Różnicowe skrócenie między centralnym rdzeniem a słupami obwodowymi jest kluczowym aspektem projektowym w przypadku budynków wysokościowych o 40 i więcej kondygnacjach. Efekty te mogą prowadzić nawet do modyfikacji projektu, takich jak zwiększenie wymiarów słupów lub dodanie belek wystających.
Jednym ze skutecznych sposobów ograniczenia skrócenia słupów jest uwzględnienie udziału zbrojenia podłużnego. Podejście to nie jest kosztowne, ponieważ zbrojenie jest już obecne. Oczywiście możemy dodać więcej zbrojenia, aby dodatkowo zmniejszyć skrócenie słupów.
Ale jak to jest realizowane w powszechnie używanym oprogramowaniu do analizy konstrukcji? Najpierw powinniśmy zrozumieć mechanizmy skrócenia słupów:
- Skrócenie słupów w konstrukcjach żelbetowych można przypisać dwóm głównym składowym: odkształceniom sprężystym i niesprężystym. Skrócenie sprężyste występuje natychmiast po przyłożeniu obciążenia i jest regulowane przez sztywność osiową elementów konstrukcyjnych, która zależy zarówno od właściwości materiałowych, jak i wymiarów przekroju poprzecznego.
- Natomiast skrócenie niesprężyste (zależne od czasu) rozwija się stopniowo w czasie z powodu efektów pełzania i skurczu w betonie. Zjawiska te prowadzą do postępującej redukcji efektywnej sztywności słupów, co skutkuje dodatkowym odkształceniem pionowym nawet przy stałym obciążeniu.
Zobaczmy, jak te efekty są uwzględniane w powszechnym oprogramowaniu MES.
Podejście ETABS
Zbrojenie nie jest uwzględniane w obliczeniach sztywności osiowej słupów, ale uwzględniany jest wpływ zbrojenia na parametry pełzania betonu. Innymi słowy, ETABS uwzględnia wpływ zbrojenia na niesprężystą część skrócenia słupa (patrz rysunek poniżej), ale pomija część sprężystą.
Podejście RFEM
Dlubal oferuje ogólne podejście, umożliwiając użytkownikom uwzględnienie zbrojenia w obliczeniach sztywności pręta (patrz rysunek poniżej) w RFEM 6. Słupy są traktowane jako przekroje zespolone (beton + zbrojenie) podczas analizy. Dlatego wpływ zbrojenia na obie składowe skrócenia słupa – sprężystą i niesprężystą – jest uwzględniany.
Przykład
Aby zilustrować, w jaki sposób każde oprogramowanie radzi sobie ze skróceniem słupów i pokazać wpływ zbrojenia, przedstawiono przykład numeryczny.
Uwzględniono następujące parametry:
- Wymiary słupa: 1,0 m × 1,0 m
- Długość: 10,0 m
- Beton: C30/37
- Zbrojenie: 36T32 (2,89%)
- Obciążenie: 10 000 kN
Wyniki
1) Najpierw przeprowadzono analizę sprężystą w obu programach, aby upewnić się, że uwzględniono te same parametry. W obu programach uzyskano dokładnie takie samo skrócenie (3,03 mm).
2) Następnie przeprowadzono analizy niesprężyste, uwzględniając pełzanie i skurcz betonu bez zbrojenia. Widzimy, że również uzyskano dokładnie takie same wyniki (16,74 mm).
3) Na koniec uwzględniono zbrojenie w analizie niesprężystej. Zgodnie z oczekiwaniami, ETABS zawyża odkształcenie osiowe, ponieważ nie uwzględnia zbrojenia w sztywności pręta, tak jak robi to RFEM. Różnica między wynikami wynosi około 56%, co podkreśla znaczenie uwzględnienia zbrojenia w szacowaniu pełzania oraz w sztywności sprężystej prętów.
| Typ analizy | ETABS | RFEM |
| Analiza sprężysta bez zbrojenia | 3,03 mm | 3,03 mm |
| Analiza niesprężysta (pełzanie + skurcz) bez zbrojenia | 16,74 mm | 6,74 mm |
| Analiza niesprężysta (pełzanie + skurcz) ze zbrojeniem | 14,64 mm | 9,38 mm |
Uwagi
W ETABS można znaleźć przybliżoną metodę uwzględnienia zbrojenia w szacowaniu sztywności osiowej prętów poprzez zmianę modyfikatorów sztywności. Jednak nie jest to tak praktyczne w porównaniu z RFEM, które oferuje dokładniejsze i bardziej bezpośrednie podejście.
Możliwe jest uwzględnienie sztywności osiowej zbrojenia poprzez zdefiniowanie równoważnego przekroju zespolonego w ETABS. Ponieważ skurcz i pełzanie nie są uwzględniane podczas analizy, ETABS nie może wówczas uwzględnić odkształcenia niesprężystego.