ACI 318-19 п. 8.4.1.5 и 8.4.1.6 рекомендуется использовать колонные и средние полосы для проектирования двухосных плит. Колонные полосы включают ширину 0.25lmin с обеих сторон от центра колонны. Средняя полоса располагается между двумя колонными полосами. Аналогично, CSA A23.3:19 также указывает ширину колоннной полосы как 0.25lmin, в то время как средняя полоса — это область, ограниченная двумя колонными полосами.
Подход RF-CONCRETE Surfaces
По умолчанию, в модуле RF-CONCRETE Surface используется проектирование двухосных плит. Основная программа FEA, RFEM, выполняет полный анализ конечных элементов, чтобы определить базовые внутренние усилия, такие как mx и my для всех 2D-элементов поверхности модели. Базовые внутренние усилия, определяемые локальными осями поверхности (x, y и z), далее преобразуются в главные внутренние усилия, такие как m1 и m2, связанные с главными осями 1 и 2. Более подробная информация о данном преобразовании приведена в онлайновом руководстве пользователя RFEM:
Модуль RF-CONCRETE Surfaces далее вычисляет окончательные расчетные моменты для верхней и нижней сторон плиты, ориентированные вдоль заданных направлений армирования. Подробную информацию об этом рабочем процессе расчетов можно найти в онлайновом руководстве пользователя RF-CONCRETE Surfaces в разделе 2.4.1 Расчет внутренних усилий:
Окончательные расчетные моменты рассматриваются в каждой точке сетки конечных элементов как полоса шириной 1 фут (или 1 м) в направлении продольного армирования. Армирование по этой полосе определяется на основании данного расчетного момента вместе с учетом стандартов проектирования, таких как минимальные требуемые армирования. Единицы измерения армирования указаны в [площадь армирования / ширина], что равно in²/ft (или cm²/m). Требуемое армирование в каждой точке сетки конечных элементов предоставлено в графическом представлении с использованием цветных контурных линий.
Инженеры могут быть заинтересованы в рассмотрении более широкой расчетной полосы, чем установленная по умолчанию в 1 фут (или 1 м), как это позволяет ACI 318-19 или CSA A23.3:19 для более упрощенного подхода.
Расчетные полосы с результатными балками в RF-CONCRETE Members
Результирующие балки имеют возможность суммировать все внутренние усилия элемента плиты по выбранной длине и ширине. Результирующие балки не вносят вклад в жесткость конструкции и не влияют на распределение нагрузки. Вместо этого они могут использоваться как инструмент для оценки результатов. Подробное объяснение этого типа элемента можно найти в онлайновом справочнике RFEM 4.17 Members:
Результирующую балку можно нарисовать непосредственно над элементом плиты. Тип поперечного сечения и материал могут быть выбраны произвольно. Тип элемента должен быть установлен как "результирующая балка". Следует дополнительно выбрать опцию "Внутри кубоида — общая", установив ширину Y равной общей ширине расчетной полосы, а высоту Z, чтобы она охватывала толщину поверхности. Поверхности, которые перекрывает расчетная полоса, должны быть перечислены в разделе "Включенные объекты".
Смотрите вебинар RFEM 2: Продвинутое моделирование на моменте 38:14, чтобы увидеть подобный пример применения результирующей балки на элементе плиты.
Результирующие балки также можно проектировать в модуле RF-CONCRETE Members как типичный элемент балки.
Продольное армирование будет предоставляться в соответствии со стандартами ACI 318 или CSA A23.3 на основе среднего изгибающего момента вдоль длины балки.
Множественные результирующие балки могут быть созданы в обоих продольных направлениях и спроектированы в модуле RF-CONCRETE для применения метода односторонних проектных полос для элементов плиты. Смотрите Поверхность 7 и Член 6 в модели для загрузки в конце статьи для этого примера с результирующей балкой.
Расчетные полосы со средними областями в RF-CONCRETE Surfaces
Альтернативой результирующим балкам является применение средних областей над заданной шириной расчетной полосы. Средние области усредняют внутренние усилия над назначенной областью на элементе поверхности, что далее может быть учтено при проектировании в RF-CONCRETE Surfaces. Подробнее о средних областях читайте в онлайновом справочнике RFEM 9.7.3 Средние области:
Средние области полезны для ситуаций с сингулярностями. Смотрите дополнительные статьи о "средних областях" в Базе знаний:
Их также можно учитывать в модуле RF-CONCRETE Surfaces для сглаживания высоких пиков внутренних усилий и напряжений, которые не возникают в реальных условиях из-за лучшего распределения нагрузки, которое программное обеспечение FEA не может захватить по умолчанию. Смотрите вебинар по CSA A23.3:19 Concrete Design в RFEM на моменте 56:10, чтобы увидеть пример средних областей и сингулярностей для армированного бетона.
В дополнение, в Поверхности 9 в загружаемой модели применяется использование средних областей только вокруг пересечений колонны и плиты, чтобы избежать высоких требований к армированию. Внутренние усилия усредняются во всех направлениях на площади 2 фута x 2 фута.
Средние области также могут быть использованы для воспроизведения проектных полос для учёта армирования. Поверхность 8 идентична Поверхности 9 в загружаемой модели. Однако проектные полосы применяются по всей ширине и длине плиты в обоих направлениях X и Y, а не только в местах сингулярностей. Ширина проектной полосы будет установлена пользователем и, вероятно, будет учитывать рекомендации из ACI 318 и CSA A23.3.
Также крайне важно уделить особое внимание деталям "Направления и Усилия для Усреднения" в диалоговом окне Редактирования Средней Области. Проектные полосы предназначены для одностороннего проектирования. Поэтому средние области должны учитывать усреднение внутренних усилий только в соответствующем направлении. Это может быть установлено путем выравнивания локальной оси средней области с перпендикулярной локальной осью поверхности (например, ось u средней области с осью y поверхности). Эти настройки зависят от ориентации элементов в используемой модели. Соответствующие внутренние усилия будут усреднены по ширине проектной полосы.
Отображение базовых внутренних усилий поверхностей, таких как изгибающие моменты по оси x (mx), показывает значительную разницу для значений по умолчанию вдоль разреза, включая высокие пиковые усилия (Поверхность 9) против значений разреза, усредненных по ширине средней области (Поверхность 8).
Проектирование армирования в RF-CONCRETE Surfaces может учитывать средние области, выбрав эту опцию в настройках "Детали" в модуле. Проектирование тогда будет учитывать средние области, реализованные на поверхности. Сказав это, хотя средние области непосредственно влияют на базовые внутренние усилия вдоль осей x и y поверхности, они не являются значениями, используемыми для окончательного проектирования. Вместо этого используются окончательные проектные внутренние усилия, которые были получены из максимальных и минимальных изгибающих моментов, не обязательно ориентированных вдоль осей x и y. Невозможно устранить двухосное проектирование в модуле. Средние области, используемые в качестве проектных полос, обеспечат лучшую равномерность проектирования армирования, но не являются строго односторонним проектированием.
Заключение
RF-CONCRETE Surfaces по умолчанию является модулем для проектирования армированных плит в двух направлениях. Требуемое армирование в результате анализа будет предоставлено в обоих числовом и графическом выходных данных в каждой точке конечной элементной сетки на основе окончательных проектных внутренних усилий, вычисленных внутри модуля. Оптимальным способом учёта метода проектных полос для истинно одностороннего проектирования армированного бетона при пользовательской ширине является использование результирующих балок и дополнительного модуля RF-CONCRETE Members. Альтернативой является применение средних областей в модели RFEM и активация этого учёта в RF-CONCRETE Surfaces. Последний вариант улучшит усреднение внутренних усилий по ширине проектной полосы, но проектирование двух направлений всё равно будет учитываться в процессе проектирования армирования.