Создание модели и определение внутренних сил у тавровой балки, подпирающей каменную стену

Техническая статья

В моделировании железобетонного ребра, подпирающего каменную стену, существует опасность того, что ребро будет ослабленным вследствие неправильной оценки поведения каменной кладки и неточно смоделированного соединения между каменной стеной и балкой перекрытия. Данной проблематике посвящена наша статья, в которой будут показаны возможные варианты моделирования конструкций данного типа. В нашем примере объем арматуры будет определен исключительно на основе внутренних сил без учета минимальной второстепенной арматуры.

Изображение каменной стены посредством линейной модели материала

Полное соединение, работающее на сдвиг
Балка перекрытия или ребро передают в 3D-модели пару сил. При обычном сопротивлении изгибу в стенке балки возникнет составляющая растяжения, а в плите - сжатия. Если в этом случае каменная стена над балкой перекрытия связана с перекрытием полным соединением, работающим на сдвиг, то вся конструкция работает совместно. Однако это не соответствует действительности. Существует опасность того, что ребро будет спроектировано с недостаточным запасом прочности.

Pисунок 01 - Требуемая арматура ребра и распределение нормальных сил в стене

Отсутствие соединения, работающего на сдвиг
Для того, чтобы избежать совместной работы ребра и стены, мы можем задать линейное высвобождение. Мы должны высвободить степень свободы Cux. Кроме того, следует избежать того, что ребро вертикально висит на стене. Отобразить данные свойства позволяет нелинейность (защемленная, если vz положительно). Возможность применения данной нелинейности также является причиной выбора линейного высвобождения вместо линейного шарнира.

По сравнению с полным сдвиговым соединением балка перекрытия несет теперь гораздо большую нагрузку. Армирование увеличилось почти в четыре раза.

Pисунок 03 - Требуемая арматура ребра и распределение нормальных сил в стене

Однако остается открытым вопрос о реалистичности распределения внутренних сил в стене и наличии в данном контексте эффектов, которые могут повлиять на нагрузку на ребро.

Изображение каменной стены с помощью нелинейности

Изображение с помощью «мембраны без растяжения»
Еще один метод предусматривает изображение каменной стены в качестве поверхности типа «Мембрана без растяжения». В данном случае необходимо обеспечить то, что стена не сможет воспринимать растягивающие силы. В последующем расчете ребра мы получим примерно те же результаты по арматуре. При учете нормальных сил можно отобразить распределение сжатых раскосов в стене. Мы видим, что с нижней стороны стены появился горизонтальный сжатый раскос.

Pисунок 04 - Требуемая арматура ребра и распределение нормальных сил в стене

Изображение с помощью модели материала "изотропная кладка 2D"
Для того, чтобы проверить результаты модели с поверхностью типа «мембрана без растяжения», создадим новую модель с помощью модели материала изотропная кладка 2D. Модель материала настроена таким образом, что кладка не может воспринять растягивающую силу.

Оба результата примерно одинаковы. Тем не менее, в данной модели также присутствует горизонтальный сжатый раскос с нижнего края стены из кладки.

Pисунок 05 - Требуемая арматура ребра и распределение нормальных сил в стене

Изображение с учетом стадий строительства

В зависимости от того, когда будет снята опалубка с балки перекрытия и соединенной плиты, может проявится влияние стадий строительства. Если плита будет разопалублена до того, как будет возведена каменная стена над ней, то не возникнет нагрузок на верхний этаж или на стену из кладки, благодаря постоянным нагрузкам на нижний этаж. Стена из кладки еще не существовала бы в это время. Чтобы подтвердить данную взаимосвязь, необходимо выполнить расчет с учетом стадий строительства. На рисунке 06 показано, что в нижней части стены нет сжатого раскоса (см. рисунок 05).

Pисунок 06 - Требуемая арматура ребра и распределение нормальных сил в стене с учетом стадий строительства

При расчете ребра на основе внутренних сил, полученных с учетом стадий строительства, произойдет увеличение арматуры примерно на 20%.

Резюме

В моделировании стены из кладки с помощью ребра необходимо убедиться в том, что ребро не передает нагрузки через стену. Это можно частично обеспечить с помощью линейных шарниров и линейных высвобождений. Кроме того, нужно выяснить, необходим ли учет стадий строительства. Важно избежать того, чтобы каменная стена воспринимала напряжения в момент времени, когда еще не присутствует в модели.

Ключевые слова

Полная модель Кладка Балка перекрытия Ребро Расчет BIM

Загрузки

Ссылки

Контакты

Свяжитесь с Dlubal

У вас есть какие-либо вопросы по нашим программам или вам просто нужен совет?
Тогда свяжитесь с нами через бесплатную поддержку по электронной почте, в чате или на форуме или ознакомьтесь с различными решениями и полезными предложениями на страницах часто задаваемых вопросов.

+49 9673 9203 0

info@dlubal.com

RFEM Основная программа
RFEM 5.xx

Основная программа

Программное обеспечение для расчета конструкций методом конечных элементов (МКЭ) плоских и пространственных конструктивных систем, состоящих из плит, стен, оболочек, стержней (балок), тел и контактных элементов

Цена первой лицензии
3 540,00 USD
RFEM Железобетонные конструкции
RF-CONCRETE 5.xx

Дополнительный модуль

Расчет железобетонных стержней и поверхностей (плиты, стены, плоские конструкции, оболочки)

Цена первой лицензии
810,00 USD
RFEM Прочие
RF-MAT NL 5.xx

Дополнительный модуль

Учет физической нелинейности материалов

Цена первой лицензии
1 300,00 USD
RFEM Прочие
RF-STAGES 5.xx

Дополнительный модуль

Учет этапов на стадии строительства

Цена первой лицензии
850,00 USD