МОДЕЛИРОВАНИЕ ОБЛЕГЧЕННЫХ МОНОЛИТНЫХ ПЛИТ ПЕРЕКРЫТИЯ В ПК ЛИРА САПР

SIMULATION OF LIGHTWEIGHT MONOLITHIC OVERLAPPING PLATES IN THE SOFTWARE COMPLEX LIRA SAPR

Boris Karaev

undergraduate, department of industrial and civil engineering,  Ryazan institute (branch)Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education «Moscow Polytechnic University»,

Russia, Ryazan

Viktor Bilenko

Associate professor, Ph.D., Ryazan institute (branch)Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education «Moscow Polytechnic University»,

Russia, Ryazan

АННОТАЦИЯ

В статье рассматриваются сравнительное моделирование облегченных монолитных перекрытий гражданских зданий. Жесткость является важным требованием, которое определяет деформационные качества перекрытия. Использование перекрытий с пустотами повышает их жесткость, является одним из возможных путей снижения материалоемкости и массы зданий, возводимых из монолитного бетона. Уменьшение веса конструкций и их жесткость является важным преимуществом при строительстве объектов.

ABSTRACT

The article deals with the comparative modeling of lightweight monolithic floors of civil buildings.  Stiffness is an important requirement that determines the deformation properties of the slab.  The use of ceilings with voids increases their rigidity, is one of the possible ways to reduce the material consumption and the mass of buildings erected from monolithic concrete.  Reducing the weight of structures and their rigidity is an important advantage in the construction of facilities.

Ключевые слова: моделирование; монолитные перекрытия; пустотная плита; жесткость; снижение материалоемкости.

Keywords: modeling; monolithic floors; hollow core slab; stiffness; reduction of material consumption.

В России, как и во всем мире, все большее применение находят монолитные облегченные перекрытия [1, 2]. Характерной особенностью облегченных перекрытий является то, что из центральной зоны плиты с помощью пустотообразователей изъят бетон и изготовляется плита в составе самого монолитного каркаса здания.

По конструктивной схеме монолитные плиты перекрытия относятся к плоским безбалочным перекрытиям опирающиеся на колонны, пилоны или обвязочные балки. Перекрытия рассчитываются на действие постоянных, длительных, кратковременных и особых нагрузок.

Отличительной особенностью облегченных монолитных плит перекрытия от сборных плит является возможность их работы на изгиб в двух взаимно перпендикулярных направлениях. Сборные же плиты перекрытия, опираясь на две короткие стороны, работают как однопролетная балка. Для расчета облегченных монолитных плит перекрытия способ приведения к двутавровой балке эквивалентного сечения не может быть применен и используется только для получения приблизительных, оценочных результатов, так как не учитывается пространственная работа конструкций и неразрезность изгибаемых элементов. В связи с этим облегченные монолитные плиты перекрытий рекомендуется рассчитывать в составе общей расчетной модели здания, применяя вычислительные программные комплексы, реализующие расчет методом конечных элементов [3].

Основное преимущество расчета методом конечных элементов является возможность учета различных факторов, влияющих на работу перекрытий, которые трудно учесть при ручных расчетах, например, отверстий в плите или нерегулярно расположенных вертикальных несущих элементов [3].

Расчетное сечение облегченной монолитной плиты перекрытий определяется видом пустотообразователей. Для предотвращения концентраций напряжений в плите применяют пустотообразователи сглаженной формы, например круглой, овальной или шаровой [3]. С целью упрощения расчетов применим пустотообразователи прямоугольной формы, показанные на рисунке 1. Важными характерными параметрами облегченного монолитного перекрытия являются величины: общая толщина перекрытия h; толщина верхней полки h₁; толщина нижней полки h₂; высота пустотообразователя (высота ребра) h₃; ширина ребра b₁; ширина пустот (расстояние между ребрами) b_0.

Рисунок 1. Схема поперечного сечения облегченного монолитного перекрытия

Толщина полок принимается в зависимости от условий размещения арматуры по конструктивным требованиям [СП]. Плита, работающая в двух направлениях, армируется арматурной сеткой со стержнями, уложенными в два слоя. Толщина полок может быть определена по известной формуле [3]:

h₁=h₂=2a+2d,

где a – защитный слой бетона; d – диаметр арматурных стержней.

Минимальный защитный слой для монолитных конструкций согласно действующим нормам можно принять a=20 мм. Минимальный допустимый диаметр арматуры периодического профиля 10 мм. Тогда минимальная толщина полки равна h_1min=h_2min=2х20+2х10=60 мм.

Ширина ребер b₁ назначается из условия размещения поперечных стержней каркасов, установленных для восприятия поперечной силы. Кроме того, каркасы в ребрах могут служить фиксаторами для верхней арматуры. При моделировании нами принята ширина ребер 60 мм. Высоту пустотных плит рекомендуется принимать не менее 25 см и не более 50 см, класс бетона - не менее В25 [4].

В местах опирания плиты на колонны или пилоны, а также в местах расположения длительно действующих вертикальных нагрузок должны быть предусмотрены усиленные участки плиты, например введением фибры или дополнительной вертикальной арматуры для восприятия максимальных поперечных усилий и обеспечения прочности на продавливание.

В целях упрощения расчетной схемы нами приняты квадратные пустоты размером 120х120 мм. Расчет исследуемой многопустотной плиты методом КЭ произведен с помощью программного комплекса ЛИРА-САПР 2016 [5].

Была построена модель с шестью степенями свободы (X, Y, Z, Ux, Uy, Uz). Плита смоделирована оболочными конечными элементами, тип КЭ 41. Размер ячейки сетки конечных элементов принят 0,18х0,18 м. Бетон принят В25, арматура А500.

Связи введены в основании конструкции. Схема закреплена от всех линейных и угловых перемещений. На рисунке 2 показана модель в 3D формате в ПК Лира САПР.

Нагрузка на монолитную пустотную плиту перекрытия принята согласно нормам [6] Р=4000Н/м².

Рисунок 2. Вид расчетной схемы в 3D формате в ПК Лира САПР

Деформации плиты показаны на рисунке 3. Максимальное перемещение наблюдается в центре плиты, Δ=0,839 мм.

Рисунок 3. Изополя перемещений по Z пустотной плиты перекрытия в ПК Лира САПР

Для сравнения результатов нами проведено альтернативное моделирование с плитой перекрытия толщиною 14 см (эквивалентная толщина). Результаты моделирования показаны на рисунке 4. Максимальное перемещение наблюдается в центре плиты, Δ=2,52 мм.

Рисунок 4. Изополя перемещений по Z монолитной плиты перекрытия в ПК Лира САПР

Сравнивая величины прогибов, полученных в результате моделирования, приходим к выводу о преимуществах пустотных плит перекрытия:

1. Жесткость является важным требованием, которое определяет деформационные качества перекрытия.
2. Использование перекрытий с пустотами является одним из возможных путей снижения материалоемкости и массы зданий, возводимых из монолитного бетона.
3. Уменьшение веса конструкций и их жесткость является важным преимуществом при строительстве объектов в сейсмически активных регионах.

Список литературы:

1. Артюх, В.Г. Практика проектирования и устройства большепролетных монолитных многопустотных плит перекрытий / В.Г. Артюх, Г.Н. Тонкачеев // Современное промышленное и гражданское строительство – 2005. – №1. – с. 5-12.
2. Глотов, Д.А. Монолитные пустотные перекрытия в строительстве зданий / Д.А. Глотов, И.С. Лоскутов, О.В. Кантур // Строительная механика инженерных конструкций и сооружений – 2012. - №3. – с.66-71
3. Староста, Н. А. Обоснование применения облегченных монолитных железобетонных перекрытий // «Молодой ученый» – Февраль 2019. - № 6 (244). – с.22-28
4. Недвига, Е.С. Системы сборно-монолитных перекрытий / Е.С. Недвига, Н.А. Виноградова // Строительство уникальных зданий и сооружений. - 2016.- №4 (43).- с. 87-102
5. Верюжский Ю.В., Колчунов В.И. Компьютетные технологии проектирования ж/б конструкций: Учебное пособие. – Киев 2009.
6. СНиП 2.01.07-85*. Нагрузки и воздействия.