Еврокод 0. Основы проектирования по Eurocodes
В ПК ЛИРА-САПР реализованы требования строительных нормативных документов многих стран, в том числе, комплекта гармонизированных европейских стандартов Eurocodes (Еврокоды), а также национальных приложений к Eurocodes для Республики Казахстан, Республики Беларусь и Украины.
Еврокод 0. Основы проектирования по Eurocodes
В ПК ЛИРА-САПР можно задать на узлы и элементы расчетной схемы различные типы нагрузок:
- Нагрузки на узлы - силы и моменты по направлению глобальных и локальных осей координат узла, заданное смещение и поворот.
- Нагрузки на конечные элементы – равномерно распределенные нагрузки, трапециевидные нагрузки, силы и моменты с привязками, температурный нагрев, температурный перепад, неравномерно распределенные нагрузки на пластины, нагрузки на стороны пластин, нагрузки на объемные элементы и их грани, нагрузка-штамп произвольного очертания на пластины.
- Нагрузки для моделирования динамических воздействий – веса масс по направлению глобальных и локальных осей координат узла, распределенные веса масс на конечные элементы, автоматическое преобразование статических нагрузок в нагрузки для динамических воздействий, импульсные и ударные воздействия, гармонические колебания, статические ветровые нагрузки для расчета на пульсацию ветрового потока, реальные и синтезированные акселерограммы землетрясений.
- Супернагрузки – нагрузки на супер-элементы. Нагрузки для расчета динамики во времени. Нагрузки для построения линий влияния.
Решение задачи об определении наиболее опасных сочетаний нагрузок обеспечивает взаимосвязь между результатами расчета сооружения на различные нагрузки и конструированием его элементов. В общем случае полное количество сочетаний нагрузок достигает числа 2n , где n–количество приложенных нагрузок. При этом имеется в виду, что расчет сооружения произведен в линейной постановке. Практически это означает, что для рассчитываемой конструкции необходимо найти 2n напряженно–деформированных состояний, а это неприемлемо даже при использовании современной техники. Уже при сравнительно небольшом значении n достижение результата становится затруднительным, а объем его – необозримым. В связи с этим возникает следующая задача: найти критерий, на основании которого можно было бы ограничить количество рассматриваемых сочетаний нагрузок до числа m (m << 2n ). Конструирование, выполненное на основании m сочетаний, должно обеспечить прочность конструкции для всех 2n сочетаний. Для решения этой задачи применяются различные подходы. Один из таких подходов основан на вычислении расчетных сочетаний нагрузок (РСН) и соответствующих им усилий на основании нормированных формул. Такой подход принят как основной в странах Европы и США. Он вытекает из вероятностной оценки вклада той или иной нагрузки в итоговое напряженно-деформированное состояние сооружения. Для каждого сооружения рассматривается всегда одинаково ограниченное количество сочетаний. Следует отметить, что данный подход может быть применен и для решения нелинейных задач, хотя в силу несправедливости принципа суперпозиции задача сочетания нагрузок перерастает в задачу расчетных сочетаний историй нагружения.
С помощью системы РСН выполняется вычисление перемещений узлов и усилий (напряжений) в элементах от стандартных и произвольных линейных комбинаций загружений. Под стандартными линейными комбинациями подразумеваются комбинации (сочетания), которые установлены формулами нормативных документов. Производится учет знакопеременности и взаимоисключения. При задании произвольных линейных комбинаций величины и знаки коэффициентов не ограничиваются.
В системе РСН реализованы нормативы различных стран в том числе и Еврокоды:
- EN 1990:2002 Еврокод 0. Основные положения по проектированию несущих конструкций;
- СП РК EN 1990:2002+A1:2005/2011 Основы проектирования несущих конструкций;
- ТКП EN 1990-2011 (02250), СТБ ЕН 1990-2007.
Согласно Еврокод 0 рассматриваются следующие предельные состояния:
- критические (комбинации воздействий, указанные в выражениях (6.10) – (6.12b), следует использовать при расчетах по 1-му предельному состоянию);
- по эксплуатационной пригодности (комбинации воздействий, указанные в выражениях (6.14b) – (6.16b), следует использовать при расчете по 2-му предельному состоянию).
Нормозависимые сочетания
Примечание
Выше обозначено: I ПС – первое предельное состояние, II ПС – второе предельное состояние.
Индекс "k" в приведенных формулах означает нормативную величину нагрузок, без учета коэффициента безопасности.
*Для группы сочетаний I. Основное сочетание и выборе группы расчета B с помощью радио-кнопок в ЛИРА-САПР дополнительно указывается номер формулы (ф-ла 6.10, ф-ла 6.10a, ф-ла 6.10b), или выбирается опция изм. к п. НП2.2.3.2 от 30.12.21. В последнем случае сочетания будут формироваться последовательно по двум указанным формулам. Для групп A и C применяется формула 6.10.
**Коэффициент сочетаний ?1,1 применяется в том случае, если одному из временных загружений присвоен признак Доминирующее. Если задано несколько доминирующих, то программа создает разные наборы комбинаций, где указанные загружения поочередно назначаются доминирующими.
В EN 1990:2002 (и во всех нормах на базе Еврокодов), есть максимальные и минимальные коэффициент надежности по нагрузке (коэффициент безопасности). Как правило, принимается максимальное значение, потому что в большинстве случаев «большая нагрузка = больше усилия». Но бывают случаи, когда меньшая нагрузка приводит не к худшим (для конструкции) результатам. Например, расчет на опрокидывание, где большая статическая вертикальная нагрузка на конструкции приводит к увеличению удерживающего (от опрокидывания) момента. Это еще одна причина задавать нормативные нагрузки, и только на стадии создания комбинаций, в зависимости от расчетного назначения этой комбинации, применять бОльшие или мЕньшие значения коэффициентов надежности по нагрузке или коэффициент безопасности.
В Евронормах (в том числе СП РК EN 1990:2002+A1:2005/2011) описаны коэффициенты сочетаний (И) в нескольких вариантах значений: И0, И1, И2.
1. РСН в ВИЗОР-САПР
Для формирования основных сочетаний РСН в ВИЗОР-САПР необходимо выбрать таблицу (А, В или С). В зависимости от выбранной таблицы имеется возможность выбрать формулу для основных сочетаний: для таблицы А может быть только формула 6.10, для таблиц В и С можно выбрать любую из формул 6.10, 6.10а или 6.10b. Отдельно можно указать признак формирования сочетаний с благоприятными и неблагоприятными нагрузками. В соответствии с СП РК EN 1990:2002+A1:2005/2011 (и во всех нормах на базе Еврокодов) можно задать шесть типов сочетаний РСН: основные, аварийные, сейсмические, характеристические, частые и квазипостоянные. Для выбранной строки сочетаний отображается соответствующая формула и ее номер.
Для основных сочетаний в зависимости от выбранной формулы (6.10, 6.10а или 6.10b) возле списка сочетаний отображается сама формула и ее номер. Основные сочетания могут быть заданы только по одной формуле в одной таблице РСН (в ПК ЛИРА-САПР есть возможность создания нескольких таблиц РСН, расчет на которые может быть выполнен в разных вариантах конструирования).
В столбец «Доминирующее», с помощью символа «*» можно указать те загружения, которые должны быть доминирующими. При формировании сочетаний РСН будут автоматически созданы все возможные сочетания с заданными доминирующими загружениями (при этом, в одно сочетание может войти только одно доминирующее загружение).
Для каждого столбца сочетаний присваивается признак вида сочетаний (от l до Vl). Имеется возможность изменить этот вид для любого столбца сочетаний. При этом программа по отдельному запросу может перезаполнить коэффициенты сочетаний с учетом нового вида сочетания.
Двойным щелчком по имени столбца сочетаний открывается окно «Имя сочетания». В этом окне можно изменить имя сочетания (по умолчанию в качестве имени присваивается номер и вид сочетания). Для сочетаний, которые формируются для второго предельного состояния, можно выбрать случаи использования этих сочетаний: использовать их во всех расчетах по второму предельному состоянию, использовать их только для расчета трещин в железобетонных элементах или только для расчета прогибов металлических элементов.
В РСН по европодобным нормам (в том числе СП РК EN 1990:2002+A1:2005/2011) – каждая комбинация имеет свое предназначение. Таким образом результат расчета таблицы РСН по EN – единая таблица с указанием: какая комбинация для чего нужна (в нашем случае это римские значения от I до VII).
2. РСН в САПФИР
В ПК ЛИРА-САПР в препроцессоре САПФИР процесс задания сочетаний по нормам СП РК EN 1990:2002+A1:2005/2011 автоматизирован:
- добавлены подвиды временных загружений для реализации разных коэффициентов сочетаний в соответствии с разными категориями помещений;
- заполнены умолчания в соответствии с выбранной группой расчета (А, В, С), по умолчанию предлагается «группа В», как наиболее востребованная;
- описаны правила создания комбинаций (формулы 6.10 – 6.16).
ВАЖНО: Предполагается, что в расчетной модели задаются нормативные нагрузки, и при передаче на расчет в ЛИРА-САПР домножения на коэффициент безопасности не происходит. Нагрузка становится «расчетной» путем умножения коэффициента сочетания на коэффициент безопасности. Т.о. в МКЭ-модели (ВИЗОР) мы имеем тоже нормативные нагрузки, и только по результатам расчета РСН в нужных комбинациях усилия становятся расчетными.
С учетом принятых умолчаний (или с учетом исправлений пользователя: изменить можно и коэффициент безопасности, и любой из коэффициентов сочетания) по нажатию кнопки «Вычислить коэффициенты» (!) происходит умножение Y*И и заполняется нижняя таблица коэффициентов сочетаний для загружений всех подвидов/категорий, которые затем используются в комбинаторике. По нажатию «Установить стандартные правила» (*), происходит возврат программных умолчаний (сброс до «заводских настроек»).
Если были изменены таблицы или внесены правки то необходимо обязательно нажать на кнопку «Вычислить коэффициенты», чтобы пересчитались коэффициенты, которые затем используются в комбинаторике.
В нижней таблице слева можно вкл/выкл галочки – по каким формулам создавать (генерировать) комбинации. По умолчанию позиции 2-3 (формулы 6.10a и 6.10b) выключены, а позиция 1 (формула 6.10) включена. Но при необходимости можно включать и выключать любые позиции на усмотрение пользователя.
Также для норм СП РК ЕN 1990:2002+А1:2005/2011 в ЛИРА-САПР 2022 добавлены дополнительные настройки для автоматического формирования комбинаций нагрузок:
- комбинация "G+W" - при её использовании создаются комбинации со всеми постоянными и одной временной нагрузкой «Ветер».
- комбинаций"G+Sn" - при её использовании создаются комбинации со всеми постоянными и одной временной нагрузкой «Снег».
Внимание! Данные комбинации важно использовать в расчетах, чтобы меньше пригружать каркас. Особенно это необходимо для проверки на отрыв, опрокидывание и для расчета анкеров для фундаментов.
Коэффициенты сочетаний И2 для особого сочетания являются и коэффициентами сбора масс для сейсмики.
Для сейсмического воздействия (модуль 61) по СП РК EN 1998-1:2004/2012 со спектром из НТП РК 08-01.1-2017 можно сразу задать все параметры, включая способ комбинирования форм колебаний – CQC, и параметр затухания к нему (по умолчанию 0.05).
Если добавлялись какие-то загружения уже после задания динамического воздействия, то правой клавишей из контекстного меню можно обновить список загружений для масс. При этом учитываются все загружения отмеченные галочками в первой колонке таблицы (автоматически исключаются загружения «ветер», «сейсмика», «аварийные», даже если галочки на них тоже включены).
Таким образом можно сгенерировать комбинации по принятым параметрам, а затем что-то поменять (поменять доминирующее загружение, изменить коэффициенты безопасности и/или сочетаний, включить или выключить какие-то формулы сочетаний в нижней таблице), и еще сгенерировать комбинации – они добавятся к уже имеющимся. Т.е. не происходит удаление ранее заданных комбинаций.
3. Объединения результатов расчета нескольких расчетных схем (система “МЕТЕОР”)
Для норм СП PK EN 1990:2002+A1:2005/2011 реализована возможность использовать систему “МЕТЕОР” (МЕТод Единого Обобщенного Результата), предназначенную для объединения результатов расчета нескольких расчетных схем с одинаковой топологией в единый обобщенный результат. В процессе объединения выполняется унификация результатов РСН(о) – выбор для всех сечений из всех задач таких РСН(о), которые вызывают экстремальное значение каждого критерия. При этом все РСН(о) по соответствующим критериям автоматически становятся взаимоисключающими.
4. Создание комбинированных загружений (загружения «по формуле»)
В ПК ЛИРА-САПР также реализована возможность создания новых загружений как комбинации результатов расчета произвольного набора других загружений. Для такого комбинирования пользователь формирует в «Редакторе загружений» мнемонические формулы, где в качестве компонент используются ссылки на существующие номера загружений, задаются коэффициенты к этим компонентам и определяются математические операции над ними. Сформированные загружения «по формуле» могут быть использованы при формировании РСН/РСУ и участвовать в конструктивном расчете. Одним из примеров необходимости такого комбинирования результатов от разных загружений является требование учета многокомпонентности сейсмических воздействий при расчете линейно-спектральным методом, а также аналогичные требования ряда национальных строительных норм стран Европы (см. например, EuroCode 8 «Design of structures for earthquake resistance», СП РК 2.03-30-2017 «Строительство в сейсмических районах Республики Казахстан»).
Оцените возможности
Если у вас все еще есть сомнения, загрузите демонстрационную версию и попробуйте или свяжитесь с нашей службой поддержки для получения более подробной информации.