Расчет свайного фундамента в скаде

Обновлено: 10.05.2024

Методы моделирования и расчета свайных фундаментов в SCAD Office

1. Методы моделирования и расчета свайных фундаментов в SCAD Office

СЕТЬ ЦЕНТРОВ ТЕХНИЧЕСКОЙ ПОДДЕРЖКИ SCAD SOFT
ПРОЕКТНО-КОНСАЛТИНГОВАЯ АССОЦИАЦИЯ ПО РАЗВИТИЮ
ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ СТРОИТЕЛЬНОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ
Методы моделирования и расчета
свайных фундаментов в SCAD Office
Виктор Сергеевич Михайлов
Руководитель новосибирского центра технической поддержки SCAD Office
Андрей Владимирович Теплых
Руководитель самарского центра технической поддержки SCAD Office
Ярослав Владимирович Вольф
Главный инженер ПКБ «ГИПЕРИОН», г. Новосибирск
12 октября 2016 г.
Киев

Порядок расчета свайных фундаментов
Технология статического расчета и проверок в SCAD Office фундаментов на свайном
основании может включать в себя следующие этапы:
1. Анализ ИГ усл. и определение несущей способности отдельной сваи Fd.
Компоновка свайного фундамента (минимального количества свай с учетом
допустимой расчетной нагрузки на сваю, проверка габаритов условного
фундамента, глубины его сжимаемой толщи и его осадки);
2. Расчет коэффициентов бокового отпора грунта по СП;
3. Расчет вертикальной жесткости отдельной сваи без учета деформаций в кусте;
4. Итерационное уточнение в SCAD осадки свай в виде связей конечной жесткости в
кусте введением дополнительных эквивалентных усилий ΔN на нижних торцах,
отражающих взаимное влияние свай при образовании общей осадочной воронки
условного фундамента;
5. Проверка устойчивости грунта, окружающего сваю по СП;
6. Анализ работы условного свайного фундамента с мнимой плитой на
Винклеровском основании и на основании с пер. коэф. постели;
7. Анализ поведения свайного фундамента в упругом полупространстве грунтового
массива, представленного объемными КЭ.
СЕТЬ ЦЕНТРОВ ТЕХНИЧЕСКОЙ ПОДДЕРЖКИ SCAD SOFT
ПРОЕКТНО-КОНСАЛТИНГОВАЯ АССОЦИАЦИЯ ПО РАЗВИТИЮ
ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ СТРОИТЕЛЬНОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ

1. Компоновка свайного фундамента
Компоновка свайного фундамента, для упрощенной расчетной
схемы каркасного здания с суммарной вертикальной нагрузкой по I
пред.состоянию N0I=2000 Т, размером плитного ростверка 10x10м и
круглыми буровыми сваями ф400мм L=8500мм включает
следующие шаги:
1. Определение несущей способности сваи буровой сваи Fd по
СП расчетом в ЗАПРОС и предельной расчетной нагрузки FR =
Fd / γk (В текущем примере γk =1,4);
2. Определение
минимального
количества
свай
n=1,05* N0I / FR с округлением до целого значения;
3. Определение ширины подошвы условного фундамента по
усредненному углу вн.трения: bc=b0+2*h*tg(φIImt/4);
4. Сравнение напряжений под подошвой условного фундамента
pII=(Nc+N0II)/(bc*lc)=29.7, которые не должны быть выше
расчетного сопротивления грунта R;
5. Проверка осадки условного фундамента как фундамента
мелкого заложения (ЗАПРОС).
СЕТЬ ЦЕНТРОВ ТЕХНИЧЕСКОЙ ПОДДЕРЖКИ SCAD SOFT
ПРОЕКТНО-КОНСАЛТИНГОВАЯ АССОЦИАЦИЯ ПО РАЗВИТИЮ
ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ СТРОИТЕЛЬНОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ

1. Результаты компоновки свайного фундамента
1.
2.
3.
4.
5.
Несущая способность буровой сваи
Fd=83,2 Т и предельная расчётная
нагрузка FR=59,4 Т (В текущем примере γk
=1,4);
Минимальное
количество
свай
n=1,05*N0I/FR=35,3 с округлением до
целого значения 36;
Ширина подошвы условного фундамента
по
усредненному
углу
вн.тр.:
bc=b0+2*h*tg(φIImt/4)=12,1м;
Напряжение под подошвой условного
фундамента pII=(Nc+N0II)/(bc*lc)=29.7 Т/м2
ниже расчетного сопротивления грунта
R=237 Т/м2 (расчет в ЗАПРОС);
Осадка условного фундамента S=83мм
при
расчете
как
фундамента
мелк.заложения в пределах Su=150мм.
Принимаем свайное поле из 36 свай,
по 4 сваи под местами стыка 9
колонн с плитным ростверком с
расстоянием
между
буровыми
сваями в свету 1000мм
СЕТЬ ЦЕНТРОВ ТЕХНИЧЕСКОЙ ПОДДЕРЖКИ SCAD SOFT
ПРОЕКТНО-КОНСАЛТИНГОВАЯ АССОЦИАЦИЯ ПО РАЗВИТИЮ
ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ СТРОИТЕЛЬНОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ

2. Расчет коэффициентов бокового отпора грунта
Для учета бокового отпора грунта используется приложение В СП 24.13330.2011.
Сначала вычисляются коэффициенты пропорциональности К для горизонтальных
деформаций отдельных слоев грунта по таблице В.1.
При вычислении коэффициентов пропорциональности К по табл.В.1 меньшие
значения показателя текучести IL или коэффициента пористости e соответствуют
большему значению К. Расчетные значения принимаются интерполяцией.
СЕТЬ ЦЕНТРОВ ТЕХНИЧЕСКОЙ ПОДДЕРЖКИ SCAD SOFT
ПРОЕКТНО-КОНСАЛТИНГОВАЯ АССОЦИАЦИЯ ПО РАЗВИТИЮ
ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ СТРОИТЕЛЬНОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ

2. Расчет коэффициентов бокового отпора грунта
Затем для учета взаимодействия свай по горизонтали в составе куста в расчет
вводится понижающий коэффициент αi, вычисляемый по ф-ле В.5.
СЕТЬ ЦЕНТРОВ ТЕХНИЧЕСКОЙ ПОДДЕРЖКИ SCAD SOFT
ПРОЕКТНО-КОНСАЛТИНГОВАЯ АССОЦИАЦИЯ ПО РАЗВИТИЮ
ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ СТРОИТЕЛЬНОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ

2. Расчет коэффициентов бокового отпора грунта
В итоге стержень сваи разбивается на КЭ длиной ±0,5м кратно значениям толщины
отдельных слоев грунта и вычисляется по формуле Сz=К*z*α/ϓc
СЕТЬ ЦЕНТРОВ ТЕХНИЧЕСКОЙ ПОДДЕРЖКИ SCAD SOFT
ПРОЕКТНО-КОНСАЛТИНГОВАЯ АССОЦИАЦИЯ ПО РАЗВИТИЮ
ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ СТРОИТЕЛЬНОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ

2. Назначение в SCAD коэффициентов бокового отпора грунта
Вычисленные значения коэффициентов пропорциональности К для учета бокового
отпора грунта при единичном горизонтальном смещении назначаются в SCAD для
стержневых КЭ на соответствующих уровнях.
При табличном расчете
количество строк
должно соответствовать
количеству КЭ, на которые
разбивается каждая свая.
В модели на один КЭ больше
в связи с необходимостью
учета глубины заделки сваи
в плитный ростверк.
При задании коэф.
К стержням ширина
площадки = ф сваи
СЕТЬ ЦЕНТРОВ ТЕХНИЧЕСКОЙ ПОДДЕРЖКИ SCAD SOFT
ПРОЕКТНО-КОНСАЛТИНГОВАЯ АССОЦИАЦИЯ ПО РАЗВИТИЮ
ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ СТРОИТЕЛЬНОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ

3. Расчет вертикальной жесткости отдельной сваи
Значение коэффициенте пропорциональности kz отдельной сваи определяется
расчетом осадки отдельной сваи в соответствии с п. 7.4.2. и 7.4.3. СП 24.13330.2011.
СЕТЬ ЦЕНТРОВ ТЕХНИЧЕСКОЙ ПОДДЕРЖКИ SCAD SOFT
ПРОЕКТНО-КОНСАЛТИНГОВАЯ АССОЦИАЦИЯ ПО РАЗВИТИЮ
ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ СТРОИТЕЛЬНОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ

3. Назначение в SCAD вертикальной жесткости отдельных свай
Вычисленные значения коэффициентов пропорциональности kz для учета
вертикальной жесткости сваи при единичном вертикальном смещении назначаются в
SCAD в виде связей конечной жесткости в нижних узлах стержневых КЭ,
моделирующих сваи.
В дальнейшем будут рассмотрены иные варианты учета упругого полупространства в
уровне подошвы условного фундамента.
СЕТЬ ЦЕНТРОВ ТЕХНИЧЕСКОЙ ПОДДЕРЖКИ SCAD SOFT
ПРОЕКТНО-КОНСАЛТИНГОВАЯ АССОЦИАЦИЯ ПО РАЗВИТИЮ
ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ СТРОИТЕЛЬНОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ

Деформации расчетной схемы при назначенных жесткостях свай
На рисунках снизу показаны три деформированных состояния плитного ростверка со
сваями: от вертикальной постоянной нагрузки (слева); только от временной ветровой
нагрузки без пригруза (по центру); от комбинации постоянной и временной нагрузки.
СЕТЬ ЦЕНТРОВ ТЕХНИЧЕСКОЙ ПОДДЕРЖКИ SCAD SOFT
ПРОЕКТНО-КОНСАЛТИНГОВАЯ АССОЦИАЦИЯ ПО РАЗВИТИЮ
ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ СТРОИТЕЛЬНОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ

Деформации расчетной схемы при назначенных жесткостях свай
На представленных изображениях
справа, снизу слева и снизу справа
показаны вертикальные деформации от
постоянной нагрузки, вертикальные и
горизонтальные
деформации
от
комбинации постоянной и временной
нагрузок без учета взаимного влияния.
СЕТЬ ЦЕНТРОВ ТЕХНИЧЕСКОЙ ПОДДЕРЖКИ SCAD SOFT
ПРОЕКТНО-КОНСАЛТИНГОВАЯ АССОЦИАЦИЯ ПО РАЗВИТИЮ
ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ СТРОИТЕЛЬНОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ

Итерационное уточнение осадки свай в кусте
На рисунке справа приводятся продольные
усилия Nh в нижних КЭ свай (в торцах свай) без
учета их взаимного влияния в кусте, т.е. без
учета образования общей осадочной воронки
на упругом полупространстве под подошвой
условного фундамента. Nhmax=62,3 Т.
В модели свайного фундамента в SCAD взаимное влияние
в кусте может быть учтено путем приложения в узлы
связей конечной жесткости на нижних торцах свай
дополнительных нагрузок ΔNh (рис. справа), которые
влияют на перераспределение усилий.
На рисунках снизу показаны усилия в сваях после первой
и второй итераций по уточнению ΔNh.
СЕТЬ ЦЕНТРОВ ТЕХНИЧЕСКОЙ ПОДДЕРЖКИ SCAD SOFT
ПРОЕКТНО-КОНСАЛТИНГОВАЯ АССОЦИАЦИЯ ПО РАЗВИТИЮ
ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ СТРОИТЕЛЬНОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ

Итерационное уточнение осадки свай в кусте
Из предыдущего слайда следовало, что
учет взаимного влияния свай в кусте в
текущей
расчетной
схеме
показал
небольшое изменение продольных усилий
в сваях, в пределах 2%. Однако на рисунке
справа показаны осадки без учета влияния,
которые на 42% меньше, чем на рисунках
снизу с учетом влияния после 1-й (сл.) и 2-й
(спр.) итераций. Изменение осадок на 2-й
итерации мало отличается от первой.
СЕТЬ ЦЕНТРОВ ТЕХНИЧЕСКОЙ ПОДДЕРЖКИ SCAD SOFT
ПРОЕКТНО-КОНСАЛТИНГОВАЯ АССОЦИАЦИЯ ПО РАЗВИТИЮ
ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ СТРОИТЕЛЬНОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ

Итерационное уточнение осадки свай в кусте
Вычисление дополнительн.
вертикальных нагрузок ΔNhi
для приложения в нижние
узлы свай в текущем
примере
выполнено
в
математическом редакторе
SMath Studio, при этом
может быть использован и
любой аналог табличного
редактора Excel.
Трудности расчета связаны
с вводом сначала всех
координат свай, затем с
уточнением
на
каждой
последующей
итерации
продольных усилий N в этих
сваях. Этот процесс следует
автоматизировать.
СЕТЬ ЦЕНТРОВ ТЕХНИЧЕСКОЙ ПОДДЕРЖКИ SCAD SOFT
ПРОЕКТНО-КОНСАЛТИНГОВАЯ АССОЦИАЦИЯ ПО РАЗВИТИЮ
ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ СТРОИТЕЛЬНОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ

Итерационное уточнение осадки свай в кусте
После ввода координат свай вычисляются:
- матрица a взаимного расположения свай в
кусте (расстояний между сваями в м);
- матрица δ взаимного влияния свай в кусте
(по теории упругого полупространства).
Две указанные матрицы и значения продольных
усилий в сваях Nh используются для расчета
дополнительных усилий ΔNh в соответствии с п.
7.4.4 и 7.4.5 СП 24.13330.2011.
СЕТЬ ЦЕНТРОВ ТЕХНИЧЕСКОЙ ПОДДЕРЖКИ SCAD SOFT
ПРОЕКТНО-КОНСАЛТИНГОВАЯ АССОЦИАЦИЯ ПО РАЗВИТИЮ
ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ СТРОИТЕЛЬНОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ

Проверка устойчивости грунта, окружающего сваю
После итерационного уточнения осадок свай в кусте и продольных усилий в сваях от
комбинации постоянных и временных воздействий, выполняется анализ устойчивости
грунта, окружающего сваю в соответствии с приложением В СП 24.13330.2011.
Для анализа следует выбрать сваю с наибольшими значениями бокового отпора
грунта rz и ry. Если расчет показывает, что напряжения на боковой поверхности этой
сваи превышаю предельно допустимые, то согласно СП допускается понизить
коэффициенты постели вокруг свай, что приведет к их большей деформативности и,
следовательно, к увеличению армирования.
СЕТЬ ЦЕНТРОВ ТЕХНИЧЕСКОЙ ПОДДЕРЖКИ SCAD SOFT
ПРОЕКТНО-КОНСАЛТИНГОВАЯ АССОЦИАЦИЯ ПО РАЗВИТИЮ
ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ СТРОИТЕЛЬНОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ

Проверка устойчивости грунта, окружающего сваю
Ниже показан пример проверки устойчивости грунта, окружающего сваю с
наибольшим значением rz, выполненный в Excel. Запас устойчивости грунта 75%.
СЕТЬ ЦЕНТРОВ ТЕХНИЧЕСКОЙ ПОДДЕРЖКИ SCAD SOFT
ПРОЕКТНО-КОНСАЛТИНГОВАЯ АССОЦИАЦИЯ ПО РАЗВИТИЮ
ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ СТРОИТЕЛЬНОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ

Выводы и рекомендации
При средней расчетной нагрузке на сваю 59,4 Т минимальное сжимающие усилие в КЭ свай в
уровне подошвы условного фундамента составляет 60,1 Т, а максимальное 62,3 Т без учета
взаимного влияния; 58,7 Т и 63,1 Т соответственно при учете взаимного влияния свай в кусте.
В результате учета взаимного влияния свай в кусте за счет образования общей осадочной
воронки изменяется напряженно-деформированное состояние надфундаментных конструкций и
происходит перераспределение внутренних усилий в сваях и каркасе здания.
При учете взаимного влияния свай в кусте по СП резко увеличивается осадка фундамента. В
рассмотренном примере увеличение составило 42% с 54 мм до 94 мм. Данная осадка
сопоставима с осадкой 88 мм, вычисленной в предварительном компоновочном расчете в
программе ЗАПРОС условного фундамента как фундамента мелкого заложения в виде
абсолютно жесткого штампа.
Вспомогательные модели в виде условного фундамента на мнимой плите с постоянными
коэффициентами пастели Пастернака, с переменными коэффициентами постели по модели
Федоровского или в виде массива грунта из объемных конечных элементов позволяют получить
аналогичную модель условного фундамента на упругом полупространстве. Сложности с
построением таких моделей возникают при определении глубины сжимаемой толщи.
СЕТЬ ЦЕНТРОВ ТЕХНИЧЕСКОЙ ПОДДЕРЖКИ SCAD SOFT
ПРОЕКТНО-КОНСАЛТИНГОВАЯ АССОЦИАЦИЯ ПО РАЗВИТИЮ
ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ СТРОИТЕЛЬНОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ

21. БЛАГОДАРЮ ЗА ВНИМАНИЕ!

Задание свай в расчетной схеме.

то есть просто из плиты торчит стержень, на котором внизу по Z закрепление? Эт столб, опертый на камень, причем в воде или в воздухе а не свая в грунте.

1) Можете смоделировать грунт объемными элементами и пустить там стержни, причем связать их с грунтом видимо связями конечной жесткости, смоделировав трение сваи о грунт.
2) Можете просто в ростверке в точках расположения свай ввести связи конечной жесткости.

Тут все еще зависит от типов свай. Если сваи-стойки, то и жесткой связью можно их смоделировать.

Вариант 2 предпочтительнее, т.е. фиг знает какие грунты на самом деле лежат под фундаментом. А так есть испытание, есть осадка, усилие. Легко перейти к жесткости. найти премещения свай в уровне поверхности земли от единичной нагрузки, от них перейти к жесткостям, потом задать сваю двумя сержнями длиной 1 метр один по оси сваи второй ортогонален, задать жесткости. __________________
мосты Последний раз редактировалось nevelll, 04.06.2013 в 14:37 . Ну давайте умники по фантазируйте.
Я по позже зайду. Ну давайте умники по фантазируйте.
Я по позже зайду. ))))
задавал опору путепровода в скаде, сваи моделировал с помощью программы основанной на методике ЦНИИС («Руководство по расчету фундаментов глубокого заложения», 1980 г.)
алгоритм следующий:
1. определяем перемещения свай в уровне поверхности грунта
2. моделируем сваи в программном комплексе SCAD
правда там еще к жесткости надо перейти)))
вообщем по этому способу написанно целое руководство для внутреннего пользования. люди грамотные писали.
а так, скад не мой основной инструмент, изредка им пользуюсь, так что советовать по скаду не могу __________________
мосты

Тут все еще зависит от типов свай. Если сваи-стойки, то и жесткой связью можно их смоделировать.

свая-стойка

Юлия Серенко, тогда правильно, что по вертикали нижний конец сваи ограничили по Z. Для учета работы сваи от горизонтальных нагрузок, советую посчитать вручную коэффициенты постели по СНиП "Свайные фундаменты", а потом ввести элементы конечной жесткости (не знаю номеров КЭ в СКАДе) в узлы элементов сваи, с соответствующими жесткостями по глубине сваи.

Задание свай в расчетной схеме.

Тут все еще зависит от типов свай. Если сваи-стойки, то и жесткой связью можно их смоделировать.

свая-стойка

Расчет сваи

Режим предназначен для расчета свай на совместное действие вертикальной и горизонтальной сил и момента в соответствии с требованиями СНиП 2.02.03–85 (СП 50-102-2003 или СП 24.13330.2011). Расчет производится с учетом возможности развития первой и второй стадии напряженно-деформированного состояния грунта согласно рекомендуемого приложения 1 к СНиП 2.02.03–85, приложения Д СП 50-102-2003, приложению В СП 24.13330.2011, а также с учетом особенностей проектирования свай в сейсмических районах. Определяется несущая способность свай в случае возможности развития второй стадии напряженно-деформированного состояния грунта, устойчивость основания, а также деформации свай, включающие определение горизонтального перемещения головы сваи и угла ее поворота. При расчете согласно приложения Д к СП 50-102-2003 (приложению В СП 24.13330.2011, п. 8.5.4.9 и п. Н.8 приложения Н ДБН) рассматривается только первая стадия напряженно-деформированного состояния грунта (грунт, окружающий сваю, рассматривается как упругая линейно-деформируемая среда).

Приложение нагрузки при расчете рассматривается только в одной силовой плоскости. При этом учитывается конструкция ростверка (высокий или низкий), сопряжения ростверка со сваей (шарнирное или жесткое), расположение свай в фундаменте с ростверком (однорядное или многорядное). Работа сваи в составе куста свай при этом не рассматривается (п.11 приложения 1 СНиП 2.02.03–85 и аналогичные пункты СП).

В СП 24.13330.2011 отсутствуют конкретные формулы для вычисления деформаций сваи, значений моментов и перерезывающих сил, . . Авторы СП 24.13330.2011 предлагают производить расчет сваи как балки на упругом основании с коэффициентом постели, значения которого следует определять по приложению В СП 24.13330.2011. Задача о поведении балки, лежащей на упругом основании, не имеет точного аналитического решения, поэтому в программе Запрос используется приближенное решение, которое приведено в приложении 1 к СНиП 2.02.03–85.

Подготовка данных

На странице Общие данные в группе Сваи-стойки или Висячие сваи указывается вид сваи. Для всех видов свай задаются следующие данные:

коэффициент надежности γ_k (по умолчанию — 1.4);
расчетные нагрузки, приложенные к свае в уровне поверхности грунта и коэффициент надежности по нагрузке;
доля временной части в общем моменте в сечении фундамента на уровне нижнего конца сваи.

Кроме того, указываются класс бетона сваи, расположение свай в фундаменте с ростверком (однорядное или многорядное), конструкция ростверка (низкий или высокий). Для всех видов свай, кроме забивных, предусмотрена возможность учета заделки нижнего конца сваи.

Если площадка строительства находится в сейсмическом районе, следует активизировать соответствующий маркер, а также в таблице нагрузок указать значения расчетных нагрузок, приложенных к свае в уровне поверхности грунта при особом их сочетании с учетом сейсмического воздействия.

Специальный маркер позволяет учесть изменение № 2 к СП 24.13330.2011.

На странице Конструкция в зависимости от выбранного типа сваи назначается сечение сваи и его размеры (для забивных свай предусмотрены сечения в виде прямоугольника, тавра, двутавра, квадрата с круглой полостью, круга и кольца, для остальных видов свай — только кольцевые и круглые сечения), указывается вид сопряжения ростверка со сваей (шарнирное или жесткое), а также вводятся следующие дополнительные данные:

глубина погружения нижнего конца сваи;
расстояние от подошвы ростверка до поверхности грунта;
глубина котлована;
предельный изгибающий момент, воспринимаемый поперечным сечением сваи, с учетом продольных сил (только в случае многорядного расположения свай в фундаменте с ростверком).

Для сечений, имеющих различные геометрические характеристики в разных силовых плоскостях, расчет следует выполнять раздельно для каждой силовой плоскости, задавая соответствующие значения нагрузок в таблице на странице Общие данные . Силовая плоскость назначается с помощью кнопок в одноименной группе.

Характеристики грунтов задаются в таблице на одноименной странице по тем же правилам, что и в режиме Несущая способность сваи.

При задании размеров сечения сваи предусмотрена возможность сохранить их под уникальным именем в базе данных (кнопка — ), а также загрузить из базы (кнопка — ). Контроль сечения выполняется нажатием кнопки Предварительный просмотр — .

Результаты расчета

Расчет выполняется после нажатия кнопки Вычислить . Результаты расчета в установленных в настройках единицах выдаются на странице Результаты и включают следующие величины:

расчетный момент в заделке, действующий в месте сопряжения сваи с ростверком;
коэффициент использования ограничений по устойчивости основания;
минимальный расчетный изгибающий момент в сечении сваи;
максимальный расчетный изгибающий момент в сечении сваи;
минимальная расчетная поперечная сила в сечении сваи;
максимальная расчетная поперечная сила в сечении сваи;
расчетная продольная сила в сечении сваи;
расчетное значение угла поворота сваи в уровне подошвы ростверка;
расчетное значение горизонтального перемещения сваи в уровне подошвы ростверка;
коэффициент использования несущей способности сваи;
расчетное значение угла поворота сваи в уровне поверхности грунта;
расчетное значение горизонтального перемещения сваи в уровне поверхности грунта.

Так же, как в режиме Несущая способность сваи , имеется возможность передачи данных в программу АРБАТ для анализа несущей способности сваи по материалу.

Несколько примеров расчета в SCAD Office

Программный комплекс SCAD помимо расчетного модуля конечно-элементного моделирования имеет в своем составе набор программ, способных выполнять решение более частных задач. Ввиду своей автономности набор программ сателлитов можно использовать отдельно от основного расчетного модуля SCAD, причем не запрещается выполнять совместные расчеты с альтернативными программными комплексами (ПК ЛИРА 10, Robot Structural Analysis, STARK ES). В данной статье мы рассмотрим несколько примеров расчета в SCAD Office.

Пример подбора арматуры в ребре плиты заводской готовности в программе SCAD

Плита будет монтироваться на стройплощадке, например, на кирпичные стены шарнирно. Моделировать для такой задачи всю плиту, часть здания или целиком все здание считаю нецелесообразным, поскольку трудовые затраты крайне несоизмеримы. На помощь может прийти программа АРБАТ. Ребро рекомендуется нормами рассчитывать, как тавровое железобетонное сечение. Меню программного комплекса SCAD интуитивно-понятное: по заданному сечению, армированию и усилию инженер получает результат о несущей способности элемента со ссылкой на пункты нормативных документов. Результат расчета может быть автоматически сформирован в текстовом редакторе. На ввод данных уходит примерно 5-10 мин, что значительно меньше формирования конечно элементной модели ребристого перекрытия (не будем забывать, что в определенных ситуациях расчет методом конечных элементов дает больше расчетных возможностей).

Пример расчета закладных изделий в SCAD

Теперь вспомним расчет закладных изделий для крепления конструкций к железобетонным сечениям.

Нередко встречаю конструкторов, закладывающих параметры из конструктивных соображений, хотя проверить несущую способность закладных довольно просто. Для начала необходимо вычислить срезающее усилие в точке крепления закладной детали. Сделать это можно вручную, собрав нагрузки по грузовой площади, или по эпюре Q конечно-элементной модели. Затем воспользоваться специальным расчетным боком программы АРБАТ, занести данные по конструкции закладной детали и усилиям, и в итоге получить процент использования несущей способности.

Еще с одним интересным примером расчета в SCAD может столкнуться инженер: определение несущей способности деревянного каркаса. Как мы знаем, ввиду ряда причин расчетные программы МКЭ (метод конечных элементов) не имеют в своем арсенале модули расчета деревянных конструкций по российским нормативным документам. в связи с этим расчет может производится вручную или в другой программе. Программный комплекс SCAD предлагает инженеру программу ДЕКОР.

Помимо данных по сечению, программа ДЕКОР потребует от инженера ввода расчетных усилий, получить которые поможет ПК ЛИРА 10. Собрав расчетную модель, можно присвоить стержням параметрическое сечение дерева, задать модуль упругости дерева и получить усилия по деформационной схеме:

Полученные усилия далее необходимо задать в программе ДЕКОР для расчета сопротивления деревянного сечения.

В данном примере расчета в SCAD, критическим значением оказалась гибкость элемента, запас по предельному моменту сечений «солидный». Вспомнить предельное значение гибкости деревянных элементов поможет информационный блок программы ДЕКОР:

Пример расчета несущей способности фундамента в SCAD

Неотъемлемой частью моделирования свайно-плитного фундамента является расчет несущей способности и осадки сваи. Справится с задачей подобного рода, инженеру поможет программа ЗАПРОС. В ней разработчики реализовали расчет фундаментов согласно нормам «оснований и фундаментов» и «свайного фундамента» (в расчетных программах МКЭ таких возможностей не встретишь). Итак, чтобы смоделировать сваю, необходимо вычислить жесткость одноузлового конечного элемента. Жесткость измеряется в тс/м и равна отношению несущей способности сваи к ее осадке. Моделирование рекомендуется выполнять итерационно: в начале задавать приближенную жесткость, затем уточнять значение жесткости по вычисленным параметрам сваи. Построенная модель расчета методом конечных элементов позволит нам не только точно найти нагрузку на сваю, но и рассчитать армирование ростверка:

После расчета конструкции пользователь ПК ЛИРА 10 сможет вычислить требуемую нагрузку на сваю по выводу мозаики усилий в одноузловом конечном элементе. Полученное максимальное усилие будет являться требуемой расчетной нагрузкой на сваю, несущая способность выбранной сваи должна превышать требуемое значение.

В качестве исходных данных в программу ЗАПРОС вводиться тип сваи (буровая, забивная), параметры сечения сваи и грунтовые условия согласно данным геологических изысканий.

Пример расчета узловых соединений в SCAD

Расчет узловых соединений – важная часть анализа несущей способности зданий. Однако, зачастую, конструктора пренебрегают данным расчетом, результаты могут оказать крайне катастрофическим.

На рисунке приведен пример отсутствие обеспечения несущей способности стенки верхнего пояса подстропильной фермы в точке крепления стропильной фермы. Согласно СП «Стальные конструкции» подобные расчеты производятся в обязательно порядке. В программа расчета методом конечных элементов и такого расчета тоже не встретишь. Выходом из ситуации может стать программа КОМЕТА-2. Здесь пользователь найдет расчет узловых соединений согласно действующих нормативных документов.

Наш узел – ферменный и для его расчета необходимо выбрать советующий пункт в программе. Далее пользователь выбривает очертание пояса (наш случай V-образный), геометрические параметры панели, усилия каждого стержня. Усилия, как правило, вычисляются в расчетных программах МКЭ. По введенным данным программа формирует чертеж для наглядного представления конструкции узла и вычисляет несущую способность по всем типам проверки согласно нормативным документам.

Пример построения расчета МКИ в SCAD

Построение моделей расчета методом конечных элементов не обходится без приложения нагрузок, вычисленные вручную значения присваиваются в расчетных программах МКЭ на элемент. Помощь в сборе ветровых и снеговых нагрузках инженеру окажет программа ВЕСТ. Программа включает в себя несколько расчетных модулей, позволяющих по введенном району строительства и очертанием контура здания вычисляет ветровую и снеговую нагрузку (самые распространенные расчетные модули программы ВЕСТ). Так, при расчете навеса, конструктор должен указать высоту конька, угол наклона и ширину ската. По полученным эпюрам нагрузка вводится в расчетную программу, например, ПК ЛИРА 10.4.

В качестве вывода, могу сказать, что программный комплекс SCAD и его сателлиты позволяют пользователю существенно снизить трудозатраты при вычислении локальных задач, а также формировать точные расчетные модели, а также содержат справочные данные, необходимые в работе инженеров - строителей. Автономность программ позволяет конструкторам использовать их в сочетании с любыми расчетными комплексами, основанных на расчете методом конечных элементов.

Также рекомендую посмотреть вебинар по совместному использованию ПК ЛИРА 10 и программы ЗАПРОС (SCAD office) на примере расчета свайного основания.

Расчет отдельно стоящих фундаментов в SCAD office

Инженер, столкнувшийся с расчетом каркаса здания, одним из несущих элементов которого является колонна, придет к необходимости расчета отдельно стоящего фундамента. Для расчета в вычислительном комплексе SCAD разработчики предусмотрели практически полный функционал для определения несущей способности по всем критериям проверки фундамента.

Итак, выполнив построение каркаса, например, металлического потребуется расчет отдельно стоящих фундаментов. Для этого в вычислительном комплексе SCAD необходимо указать узлы, закрепленные от смещения по заданным направлениям и углам поворота (именно в этих узлах можно выполнить расчет реакции опор). Анализу подвергаются чаще всего вертикальная реакция, горизонтальная и момент в плоскости работы конструкции. Вычислительный комплекс SCAD выводит реакции для всех узлов, отмеченных пользователем, как правило, рассматривается три комбинации нагрузок для:

Максимальные значения при большой загруженности схемы визуально определить непросто, можно воспользоваться инструментом «документирование», где с помощью вывода таблицы всех значений из вычислительного комплекса SCAD в MS Excel фильтруется нужные ячейки чисел.

Полученные комбинации значения необходимо далее использовать при расчете отдельно стоящего фундамента. Расчет отдельно стоящих фундаментов можно выполнять и вручную, для этого производятся вычисления давления под подошвой фундамента.

Ввиду возникающего момента, давление получается неравномерным. Вычисление краевых значений производится по формуле

N – сумма вертикальных нагрузок на фундамент, тс
A – площадь фундамента, м2
M - момент от равнодействующей всех нагрузок, действующих по подошве фундамента
W - момент сопротивления площади подошвы фундамента, м 3 (для ленточного фундамента длина сечения 1м) , где b – ширина фундамента.

Следующим этапом расчета отдельно стоящего фундамента становится определение расчетного сопротивления грунта. Вычисления производятся по СП 22.13330.2011 «Основания зданий и сооружений», формула 5.7. Для расчета нужны инженерно-геологические изыскания слоев грунта рассматриваемой площадки строительства (или непосредственно под отдельно стоящем фундаменте).

Вычисления расчетного сопротивления грунта для отдельно стоящего фундамента можно также производить с помощью программы ЗАПРОС (сателлита вычислительного комплекса SCAD). В программе реализован расчет по СП 22.13330.2011 «Основания зданий и сооружений».

Получившееся значение R должно быть обязательно больше значения давления P. В противном случае требуется уменьшение давления на грунт, например, увеличением площади отдельно стоящего фундамента. Площадь фундамента и момент сопротивления сечения фундамента находятся в знаменателе формулы нахождения давления P, что и заставляет снижать показатель давления.

При расчете отдельно стоящего фундамента нельзя также забывать и о расчете фундаментной плиты на продавливание и вычисления несущей способности. Фундаментная плита по несущей способности рассчитывается как двух консольная балка, нагрузка на которую равна давлению на грунт (III закон Ньютона). Результатом расчета становится установка рабочей «нижней» арматуры сечения плиты.

Усилие на плиту от колонны приходит весьма существенное, поэтому при расчете на продавливание может возникнуть необходимость установки дополнительных ступеней отдельно стоящего фундамента.

Продавливание, как и расчет двух консольной балки, может выполнить программа АРБАТ (сателлита вычислительного комплекса SCAD).

При выполнении всего вышеописанного алгоритма можно считать расчет отдельно стоящего фундамента выполненным.

Теперь вернемся к схеме каркаса здания. Любой фундамент на грунтовом основании (кроме скального) проседает под действием той или иной нагрузки. Полученная дополнительная деформация схемы способствует изменению перераспределению усилий уже в элементах схемы. Отсюда появляется необходимость в некоторых случаях (наиболее ответственных) устанавливать не жесткое защемление, а упругую связь, в месте примыкания колонны к отдельно стоящему фундаменту. Вычислительный комплекс SCAD не вычисляет автоматически жесткость упругой связи, но можно эту операцию выполнить вручную. Жесткость упругой связи при вертикальном смещении равна отношению несущей способности отдеьлно стоящего фундамента к его осадке, полученное значение измеряется в т/м. Осадка может быть вычислена с помощью программы ЗАПРОС (сателлита вычислительного комплекса SCAD).

Произведя расчет отдельно стоящих фундаментов мы получаем более точную картину деформации здания, а значит и более точные усилия в конченых элементах.

Итак, с помощь вычислительного комплекса SCAD пользователь сможет выполнить требуемый расчет отдельно стоящих фундаментов, подобрать необходимую площадь основания, выполнить расчет на продавливание, определить крен здания, а также учесть перераспределение усилий в зависимости полученной осадки конструкции.

Расчет зданий на свайных фундаментах в ПК ЛИРА 10

То, чего долго ждали все наши пользователи, наконец свершилось: в ПК ЛИРА 10.6 появился новый конечный элемент 57 – «Свая», реализующий положения СП 24.13330.2011 «Свайные фундаменты». Появление этого конечного элемента значительно расширяет возможности программного комплекса, при расчёте зданий на свайных фундаментах, позволяет делать такие расчёты быстрее и точнее. Если ранее пользователям ПК ЛИРА приходилось моделировать сваи 56 КЭ, при этом их жесткость высчитывалась либо в сторонних программах, либо вручную, то теперь все сделает программа, необходимо лишь ввести исходные данные.

Реализация

В ПК ЛИРА 10.6 реализованы следующие расчётные ситуации:

Одиночная свая (п.п.7.4.2 – 7.4.3, СП 24.13330.2011);
Свайный куст (п.п. 7.4.4 – 7.4.5, СП 24.13330.2011);
Условный фундамент (п.п. 7.4.6 – 7.4.9, СП 24.13330.2011);

При этом принимаются следующие допущения:

Условно принято, что несущая способность сваи обеспечена;
Грунт, на который опирается свая, рассматривается, как линейно-деформируемое полупространство;
Выполняется соотношение: (l – длина, d - приведенный диаметр ствола сваи).

Реализованы следующие типы свай (рис. 1):

Круглая;
Оболочка;
Прямоугольная;
Квадратная.

При этом конец сваи может быть, как заостренным, так и булавовидным.

Расчёт одиночной сваи в ПК ЛИРА 10

Длина сваи
Количество участков разбиения – чем больше это число, тем точнее производится расчет
Модуль упругости ствола – характеристика материала из которого изготовлена свая;
Коэффициент Пуассона материала;
Глубина от поверхности земли, на которой не учитывается сопротивление грунта по боковой поверхности (при сейсмических воздействиях).
Объёмный вес материала сваи.

Параметры расчёта для одиночной сваи задаются при нажатии на кнопку «Вычисление жесткости одиночной сваи» (Рис. 3).

При этом боковой коэффициент постели на поверхность сваи вычисляется по формуле:

, где К — коэффициент пропорциональности, принимаемый в зависимости от вида грунта, окружающего сваю (Приложение В, таблица В.1); γс — коэффициент условий работы грунта. Для одиночной сваи γс =3.

Расчёт осадки одиночной сваи производится в соответствии с СП 24.13330.2011: для сваи без уширения по п. 7.4.2 а, для сваи с уширением по п. 7.4.2 б.

Расчёт свайного куста в ПК ЛИРА 10

Для создания свайного куста необходимо вызвать команду «Группы свай», которая находится на панели инструментов либо в пункте меню «Назначения». Для задания свайного куста необходимо выделить группу свай, которая будет входить в куст и нажать на кнопку «Добавить свайный куст» (рис. 4).

Методика расчета свайного куста соответствует п. п. 7.4.4 – 7.4.5 СП 24.13330.2011. При этом жесткостные характеристики сваи вычисляются автоматически в Редакторе грунта, для чего в последнем таблица задания физико-механических характеристик дополнилась четырьмя столбцами (рис. 5):

Показатель текучести «IL» для пылевато-глинистых грунтов;
Коэффициент пористости «e» для песчаных грунтов;
Коэффициент пропорциональности «К», который можно задать численно, либо интерполировать выбором грунта из колонки «Тип грунта для свайного основания»;
Тип грунта для свайного основания (таблица В.1 СП 24.13330.2011). Используется для интерполяции значений «К» по заданному показателю текучести «IL» или коэффициенту пористости «e» грунта.

В параметрах расчёта (рис. 6) появилась новая вкладка – «Сваи», в которой указываются необходимые для расчёта параметры:

k — коэффициент глубины под пятой (п.7.4.3 СП 24.13330.2011);
γc — коэффициент условий работы для расчета свай на совместное действие вертикальной и горизонтальной сил и момента (п. В.2, Приложение 2, СП 24.13330.2011);
γса — коэффициент уплотнения грунта при погружении сваи, учитывается для понижения коэффициента пропорциональности К при работе свай в составе куста (п. В.2, Приложение 2, СП 24.13330.2011).

Расчет осадки свайного куста производится согласно п. п. 7.4.4 - 7.4.5 СП 24.13330.2011. При расчете осадок группы свай учитывается их взаимное влияние.

Расчет коэффициента постели Сz грунта на боковой поверхности сваи, с учетом влияния свай в кусте, производится, как для одиночной сваи, но коэффициент пропорциональности К умножается на понижающий коэффициент αi.

Взаимное влияние осадок кустов свай учитывается так же, как при расчете условных фундаментов. Расчет жесткостей свай в свайных кустах происходит по той же методике, что и для одиночных свай, но с учетом их взаимовлияния как в кусте, так и между кустами.

Расчет условного фундамента в ПК ЛИРА 10

Задание условного фундамента от свайного куста отличается лишь тем, что в «Группе свай» выбирается пункт «Условный фундамент». Также необходимо задать дополнительно Аcf — площадь условного фундамента и способ расстановки свай — рядовой или шахматный.

Геологические условия, а также физико-механические характеристики грунтов основания задаются в Редакторе грунта.

Полная осадка свайного поля фундамента определяется по формуле:

Где: — осадка условного фундамента,

— дополнительная осадка за счет продавливания свай на уровне подошвы условного фундамента,

—дополнительная осадка за счет сжатия ствола сваи.

Дополнительная осадка за счет сжатия ствола сваи - вычисляется по формуле:

Нахождение осадки условного фундамента, а также расчет взаимовлияния групп свай (в том числе и свайных кустов) возможно производить по аналогии с плитными фундаментами по 3-м различным методам:

Метод 1 - модель основания Пастернака,
Метод 2 - модель основания Винклера-Фусса,
Метод 3 - модифицированная модель Пастернака.

В случае, если едется в модуле Грунт, необходимо, как для расчёта пластинчатых элементов, назначить сваям начальную нагрузку, которую потом можно будет уточнить с помощью функции преобразования результатов в исходные данные (рис. 7). Это делается в команде «Упругое основание».

После расчёта в модуле Грунт, вызвав функцию «Анализ модели», можно отследить осадки, жесткости, и прочие параметры свай и грунта (рис. 8).

Таким образом, мы рассмотрели новую функцию, появившуюся в ПК ЛИРА 10.6, которая позволяет рассчитывать здания на свайных фундаментах.

Читайте также: