Definicja modelu obliczeniowego

Opis problemu

W poniższym artykule omówione zostaną podstawowe aspekty modelowania konstrukcji powierzchniowych na przykładzie programu Soldis PROJEKTANT 8.8. Przedmiotem przykładu jest strop żelbetowy ostatniej kondygnacji budynku biurowego. Zdefiniowana zostanie geometria i właściwości układu wraz z jego obciążeniami.

Metody

Modelowanie stropu przeprowadzono w wersji 8.8.13 programu. W odtworzenia geometrii konstrukcji wykorzystano import z dxf.

Założenia:

  • Klasa betonu: C30/37
  • Klasa stali zbrojeniowej: B500SP
  • Grubość konstrukcji żelbetowej: 12 cm
  • Ciężar warstw stropu (z wyłączeniem konstrukcji) 1.165 kN/m2
  • Obciążenie użytkowe: 3.5 kN/m2 (wartość zalecana; obiekt biurowy o przestawnych ścianach działowych o ciężarze mniejszym niż <1 kN/m)

Schemat statyczny

Geometria: Ze względu na konstrukcję stropu (oparcie na ścianach, i podciągu, proporcje wymiarów) płyty można traktować jako pracujące dwukierunkowo.

Podparcie: Sposób oparcia stropu na ścianach zewnętrznych nie gwarantuje wystarczającej sztywności obrotowej. Oparcie na ścianach zamodelowano jako przegubowe. Nadproża nad otworami niższej kondygnacji oraz podciąg zamodelowano jako żebra konstrukcji. Podciąg podparty przegubowo na słupie w połowie swojej rozpiętości.

Obciążenie: Dla uproszczenia rozważań pominięto obciążenia punktowe balkonu, a całość konstrukcji obciążono jednakowymi obciążeniami stałymi i użytkowymi.

Procedura (Soldis PROJEKTANT v8.8.15)

  • Po uruchomieniu programu wybierz opcję Płyta przy wyborze typu konstrukcji dla nowej pozycji obliczeniowej.

Import krawędzi z pliku dxf:

Uwagi dotyczące importu dxf.

Narzędzie do importu dxf zostało poprawione w wersji 8.8 programu. W przypadku konstrukcji płytowych zawsze należy korzystać z opcji Podziel przecinające się krawędzie, w przeciwnym razie model nie zostanie poprawnie zinterpretowany przez program.

  • Będąc w trybie modelowania, z paska ikon wybierz Import dxf. Upewnij się, że zaznaczono opcje Podziel przecinające się krawędzie i uzgodniono jednostki (Rys.1.).

dxf_import

Rys.1. Import modelu z pliku dxf.

  • Po zatwierdzeniu przyciskiem OK geometria zostanie zaimportowana do przestrzeni roboczej. Program automatycznie wyodrębni panele i przypisze do nich domyślne definicje przekroju, materiału, parametrów wymiarowania oraz powiąże je z globalnym układem współrzędnych.

Definicja podpór układu:

Obsługa filtrów widoczności obszaru kreślenia.

Z uwagi na wiele obiektów znajdujących się w modelu program udostępnia filtry widoczności znajdujące się się w prawym dolnym rogu obszaru kreślenia. Typy obiektów o wyłączonej widoczności nie będą wyświetlane, a także niemożliwa jest ich edycja. Na przykład, przy modelowaniu podpór użytkownik może wyłączyć widoczność paneli aby ułatwić sobie zaznaczenie krawędzi (jednakże nie jest to konieczne).


Przy zmianie trybów pracy programu (modelowanie, statyka, itd.) program ustawia domyśle filtry widoczności.

  • Zaznacz krawędzie będące podporami i wybierz opcję Podpora liniowa (ściana) z menu podręcznego (Rys.2.)

select_walls

Rys.2. Definicja podpór liniowych

 

  • Aby zamodelować podporę przegubową, odbierz sztywność podpory Ky (obrót wokół osi y układu lokalnego podpory) (Rys.3.).
Układy współrzędne podpór liniowych.

W programie przyjęto, że dla każdej podpory liniowej tworzony jest anonimowy, lokalny układ współrzędnych związany z tą podporą. Kierunek osi OX tego układu wyznaczany jest przez normalną do podpory.

create_walls

Rys.3. Definicja podpory liniowej

  • Zatwierdź dodanie podpór za pomocą przycisku OK.

Definicja żeber stropu:

Wspólna definicja obiektów o jednakowych właściwościach.

Program umożliwia przypisanie i modyfikacje właściwości wielu obiektów jednocześnie (wykorzystano już przy okazji definicji podpór). W analizowanym modelu możliwa jest definicja wszystkich elementów nadproży jednocześnie, gdyż mają takie same właściwości. Niezależnie należy natomiast zdefiniować podciąg. Definicja wielu obiektów jednocześnie jest dobrą praktyką z uwagi na ograniczenie możliwości wystąpienia błędów, a także znacznie łatwiejszą późniejszą edycję.

  • Zaznacz krawędzie odpowiadające nadprożom w sposób analogiczny do podpór. Z menu podręcznego wybierz opcję Dodaj żebro (Rys.4.).select_windows

Rys.4. Definicja nadproży

  • Podaj wymiary oraz nadproży równe odpowiednio 0.2 m 0.3m. W polu Materiał wybierz C25/30 (Rys.5.).

create_windows

Rys.5. Definicja parametrów nadproża

  • Zaznacz krawędź podciągu (Rys.6).

podział_model

Rys.6. Podział krawędzi podciągu

  • Podziel na dwa odcinki za pomocą narzędzia Podziel krawędzie (Rys.7).

podział_dialog

Rys.7. Okno dialogowe podziału krawędzi podciągu

  • W wygenerowanym punkcie podziału umieść przegubową podporę punktową (Rys.8.).

słup_modelRys.8. Definicja podpory punktowej

  • Upewnij się, że definiowana podpora posiada jedynie sztywność w kierunku osi z układu (Rys.9.).

słup_dialog Rys.9. Definicja parametrów podpory punktowej

  • Zaznacz powstałe krawędzie (Rys.10.).

podciag_model Rys.10. Definicja podciągu

  • Podaj wymiary oraz podciągu równe odpowiednio 0.3 m 0.6 m. W polu Materiał wybierz C30/37 (Rys.11.).

podciąg_dialog Rys.11. Definicja parametrów podciągu

Ustawienie właściwości paneli:

Panele w programie.

Program wprowadza pojęcie paneli jako obiektów przypisanych do powierzchni, które przechowują informacje o:

  • Materiale
  • Układzie współrzędnych
  • Parametrach wymiarowania, tzn. wszystkich danych potrzebnych do wymiarowania płyt żelbetowych wg wybranej normy (PN lub EC2).
  • Przekroju płyty

  • Przed ustawieniem właściwości usuń panel w miejscu otworu klatki schodowej. Aby to zrobić, zaznacz panel i wybierz opcję zamień panel na otwór (Rys.12.).

create_hole

Rys.12. Zamiana panelu na otwór

  • Aby edytować wszystkie panele jednocześnie, zaznacz je w modelu i wybierz opcję Edytuj właściwości panelu (Rys.13.). 

edycja_paneli_model
Rys.13. Edycja powierzchni modelu

  • W pojawiającym się oknie dialogowym wybierz odpowiednie właściwości (Rys.14.). Aby edytować pozycje w listach rozwijanych należy posłużyć się ikoną ołówka.

edycja_paneli_dialog
Rys.14. Edycja parametrów powierzchni

  • W większości przypadków domyślne parametry wymiarowania konstrukcji nie będą zgodne z wymaganiami projektowymi. Aby dodać własny zbiór parametrów wymiarowania wykorzystaj ikonę definicji własnych parametrów wymiarowania (ikona “plus”) (Rys.15.).

parametry_wymiarowania Rys.15. Edycja parametrów wymiarowania

  • W pojawiającym się oknie dialogowym zmień nazwę parametrów na własną. W polu Typ dla zbrojenia wybierz B500SP. Ustaw grubość otuliny górą i dołem na 30 mm, zmień wartość współczynnika pełzania na 2.5. (Uwaga: W odróżnieniu od pozostałych właściwości paneli, parametry wymiarowania nie mają wpływu na wyniki statyki, stąd też zostaną szerzej omówione później. Przy wymiarowaniu i weryfikacji można swobodnie edytować parametry wymiarowania.)

Definicja układów współrzędnych:

Układy współrzędnych i ich wpływ na wyniki obliczeń.

W odróżnieniu od obiektów liniowych modelu (belki, podpory liniowe) panele domyślnie powiązane są z globalnym układem współrzędnych. Układ współrzędnych ma wpływ na wyświetlanie wyników statyki – obrotów, momentów zginających, itp. Układ współrzędnych definiuje też kierunki podstawowego zbrojenia paneli. Zwykle korzystnym jest, aby ustawić kierunki paneli zgodnie ze spodziewanym głównym kierunkiem ich pracy. Takie podejście znacznie ułatwia późniejszą pracę na modelu (wyświetlanie wyników, wymiarowanie oraz weryfikację).

  • Chcąc utworzyć nowy układ współrzędnych wybierz opcję Nowa orientacja z panelu głównego.

create_csys Rys.16. Okno właściwości układu wpółrzędnych

  • Dla lewej części stropu utwórz układ współrzędnych o osi OX w kierunku pionowym (dalej identyfikowany będzie nazwą Kierunek 1). Powtórz operację aby utworzyć układ o poziomej osi OX przeznaczony dla prawej części stropu (dalej: Kierunek 2). Należy zauważyć, że utworzenie kierunku 2 nie jest konieczne, gdyż kierunek jego osi pokrywa się z osią układu globalnego. Warto jednak to zrobić, gdyż ułatwi to ewentualną edycję i wymiarowanie panelu (niemożliwe jest edytowanie globalnego układu współrzędnych).
  • Przypisz układy do odpowiadających im paneli (patrz: Ustawienie właściwości paneli powyżej).
  • Program oferuje możliwość wizualizacji parametrów paneli na modelu (Rys.17.). Aby upewnić się, że edycja przebiegła pomyślne przejdź do zakładki Widok i wybierz opcję Orientacja z paska głównego.

orientacja_model

Rys.17. Mapa orientacji paneli

Siatkowanie:

Siatkowanie w obliczeniach metody elementów skończonych.

Program Soldis PROJEKTANT implementuje obliczenia konstrukcji powierzchniowych metodą elementów skończonych (dalej MES). Podstawową ideą MES jest zamiana równań różniczkowych statyki na układ równań liniowych przez dyskretyzację modelu i wykorzystanie funkcji przybliżających rozwiązanie na elementach skończonych modelu (dalej ES). Podział na ES w programie Soldis PROJEKTANT realizowany jest przez siatkowanie i ma bezpośredni wpływ na wyniki obliczeń. Za generalną zasadę można przyjąć, że zagęszczanie siatki prowadzi do dokładniejszych wyników, jednak kosztem większego nakładu obliczeń. Program implementuje specjalistyczne, płytowe ES, które osiągają zbieżność wyników bardzo szybko. Pomimo to, w obszarach szczególnie istotnych z punktu widzenia konstrukcji, bądź miejscach o skomplikowanej geometrii zaleca się zagęszczenie siatki. Rozwiązanie MES jest dokładne jedynie w węzłach siatki, dlatego też zagęszczanie siatki wiąże się z lepszą interpolacją w danym obszarze modelu. Aby umożliwić efektywną definicję siatki udostępniono narzędzia zagęszczania siatki, które zostaną wykorzystane poniżej.

  • Zaznacz na modelu krawędź odpowiadającą podciągowi i wybierz opcję Zagęszczanie wzdłuż linii (Rys.18.). W polu zasięg podaj wartośc 1.2m

zageszczanie_model
Rys.18. Zagęszczanie liniowe siatki ES

  • Operację powtórz zaznaczając wszystkie pozostałe krawędzie modelu, w polu zasięg podając jednak wartość 1.0 m. Aby zweryfikować poprawność, wybierz opcję Zagęszczenie siatki z narzędzi filtrowania widoku. Obszar zakreskowany reprezentuje miejsca o zagęszczonym siatkowaniu. Dodatkowo należy zdefiniować zagęszczanie punktowe we wszystkich charakterystycznych punktach modelu takich jak: załamania krawędzi, podpory punktowe, miejsca przecinania się podpór liniowych.
  • Ponieważ zagęszczanie odbywa się relatywnie do zdefiniowanego rozmiaru ES należy ustalic globalny rozmiar siatki. Na Rys.19. przedstawiono przyjętą siatkę ES.

siatka
Rys.19. Ostateczna siatka ES przyjęta do obliczeń

  • Zwykle optymalny rozmiar siatki i zasięg zagęszczenia jest zależny od danego modelu i właściwe jego określenie leży w gestii projektanta. W praktyce dobór odpowiedniej siatki odbywa się iteracyjnie przez stopniowe jej zagęszczanie aż do uzyskania zbieżności wyników (tj. dalsze zagęszczanie siatki nie zmienia znacząco wyników). Należy też zwrócić uwagę, aby w siatce nie występowało wiele elementów silnie zniekształconych – bardzo wydłużonych w jednym kierunku, ani bardzo dużych. Siatkę uzyskaną na powyższym modelu można uznać za wystarczającą. Wykorzystane powyżej wielkości siatki są dostateczne w większości typowych konstrukcji.

Obciążenia:

  • Utwórz grupę obciążeń użytkowych i ustaw jej Typ na Użytkowe: powierzchnie biurowe (Rys.20.).

load_group_edit

Rys.20. Edycja właściwości grupy obciążenia

  • Zaznacz wszystkie panele modelu i wybierz opcję Obciążenia powierzchniowe (Rys.21.). 

obc_model
Rys.21. Przypisanie obciążeń powierzchniowych do paneli

  • Podaj wartość 3.5 kPa (Rys.22.).

Rys.22. Definicja wartości obciążenia użytkowego

  • Operację powtórz dla obciążeń stałych przypisując do wszystkich paneli wartość 1,17 kPa. 

Uruchomienie obliczeń dla statyki:

Aby przeprowadzić obliczenia w progamie Soldis PROJEKTANT wystarczy prześć do zakładki Analiza i użyć przycisku Statyka.

Następny dokument: Analiza statyczna

Załączniki do pobrania

Plik Opis Rozmiar pliku Pobrania
sdi płyta_strop_zelbetowy 357 kB 778

Leave a Comment