Расчет плиты на упругом основании в scad пошаговая инструкция

После того, как в предыдущей статье была создана расчетная модель фундаментной плиты в SCAD с приложенными нагрузками и связями, остается задаться коэффициентами постели для упругого основания. Сделать это поможет программа-сателлит КРОСС.

Шаг 1. Создание геометрии плиты в КРОСС

После открытия окна программы КРОСС, первым делом лучше подстроить шаг сетки, желательно на то значение, которое будет кратно габаритам фундаментной плиты, например 0.3 м. Изменение шага производится по нажатию кнопки «Параметры сетки» (рис. 1), после чего в координатах X и Y вписать одинаковое значение по 0.3 м (рис. 2).

Для того, чтобы задаться габаритами рассчитываемой фундаментной плиты, нужно нажать на кнопку «Габариты площадки» (рис. 3), после чего вписать те же данные длины и ширины контура из SCAD (рис. 4).

Для того, чтобы программа просчитала упругое основание для проектируемой фундаментной плиты в SCAD, необходимо в КРОСС задать геологические данные изысканий. На сетке имеется возможность установки точек скважин бурения, в которых вводятся слои и толщины слагающих грунтов с их лабораторно вычисленными механическими характеристиками.

На расчетной схеме необходимо указать все точки бурения. После нажатия на кнопку создания скважины (рис. 5), КРОСС предложит выбрать место на сетке, где она будет установлена. Логично, что если задаваться одной скважиной, то грунтовые условия будут одинаковы в пределах всей площади фундаментной плиты, что и будет отображено в данном примере.

Чтобы задать характеристики грунтов в пределах одной скважины, используется инструмент «Параметры скважин» (рис. 6). В появившемся окне можно точно определить местонахождение скважины в пространстве, уточнив координаты X и Y, а так же задать грунты путем нажатия одноименной кнопки (рис. 7).

На рис. 8. показано, что назначенные грунты появляются слева в перечне, их надо перетащить в правое окошечко с указанием мощностей этих слоев, после чего нажать «Применить» и сохранить файл грунтовых условий. Программу КРОСС можно пока закрыть.

Шаг 3. Экспорт фундаментной плиты из SCAD в КРОСС

В SCAD выделяется вся плита, после чего нажимается кнопка «Расчет коэффициентов упругого основания» на панели инструментов «Назначение» (рис. 9). В новом окне (рис. 10) указать в каком месте сохранен файл КРОССа, затем поставить галочку и «Продолжить с выбранной площадкой».

КРОСС вновь запустится, при этом прося пользователя навести контур плиты на сетку грунтновых условий (рис. 11).

Шаг 4. Загружение плиты

На текущем этапе неизвестными являются два коэффициента — С1 и С2, а так же нагрузка под плитой фундамента, при этом они взаимозависимы. По этой причине расчет плитного фундамента в SCAD осуществляется методом приближений в несколько итераций.

Для первой итерации необходимо задаться начальным значением. Удобнее всего брать сумму вертикальных нагрузок от комбинации загружений плиты из шага 5 предыдущей статьи и поделить это значение на площадь. В данном случае это:

• От плиты: 4.5м * 4.5м * 0.3 м * 2500 кг/м3 = 15.2 т
• От башни: 11.9 т + 11.9 т — 7.84 т — 7.84 т = 8.2 т

Первое значение нагрузок под фундаментом: (15.2 т + 8.2 т) / (4.5 м * 4.5 м) = 1,2 т/м2. Эту нагрузку и будем использовать.

Полученную нагрузку задают кнопкой «Нагрузка и отметка подошвы плиты» (рис. 12) и щелчком по плите. В новом окне задается отметка подошвы фундаментной плиты и вышеуказанная нагрузка (рис. 13). После выполняется расчет (рис. 14).

В результате появятся значения первой итерации расчета фундаментной плиты (рис. 15). Рассчитанные коэффициенты постели теперь надо перенести в SCAD с помощью кнопки «Сохранить данные для SCAD» (рис. 16).

Шаг 5. Расчет плиты в SCAD

КРОСС можно закрывать, после чего в SCAD появится окно, в котором нужно выбрать количество коэффициентов. Руководством КРОССа рекомендуется использовать 10 (рис. 17). После чего выполняется обычный линейный расчет в SCAD.

Если возникает ошибка «Неверно задана система координат выдачи усилий(напряжений) у элементов», то она возникает из-за того, что местные оси пластин не сонаправлены. Исправить это может инструмент «Переход к напряжениям вдоль заданного направления для пластин» (рис. 18).

В дальнейшем повторить шаги 3-5 для последующих итераций. В дальнейшем требуется так же провести расчет на продавливание от поясов башни.

Считаем что у нас все готово, а именно мы знаем что давит на нее сверху и что сопротивляется этому давлению снизу. 

Шаг 1. Создаем очертание плиты. Создаем контур, отступая от габаритов колонн или стен здания. Вылет консоли плиты желательно делать не менее ширины плиты. Теперь контур необходимо разбить на определенной количество пластинчатых элементов. В SCAD существует как минимум два способа:

Первый

На вкладке «узлы и элементы» выбираем элементы(1), затем создаем элементы(2) и после разбиваем(3). Минусы — постоянно необходимо просчитывать на какое количество элементов ты хочешь разбить и в обоих направлениях, при это неусыпно следить за направлениями собственных осей. Если у вас сетка 6х6 — хорошо. А если нет, а если кривое здание и треугольные элементы? Для треугольных элементов есть своя кнопка, аналог (3), но ей лучше никогда не пользоваться, как и треугольными элементами. Это окно будет сниться, если будете делать это впервые для плиты как в этом примере.

На вкладке «узлы и элементы» выбираем элементы(1), затем создаем элементы(2) и после разбиваем(3). Минусы — постоянно необходимо просчитывать на какое количество элементов ты хочешь разбить и в обоих направлениях, при это неусыпно следить за направлениями собственных осей. Если у вас сетка 6х6 — хорошо. А если нет, а если кривое здание и треугольные элементы? Для треугольных элементов есть своя кнопка, аналог (3), но ей лучше никогда не пользоваться, как и треугольными элементами. Это окно будет сниться, если будете делать это впервые для плиты как в этом примере.

Второй

На вкладке «схема» находим кнопку (1), затем определяем контур при помощи кнопки (2). Окончанием определения контура должно служить двукратное нажатие левой кнопки мыши. После кнопка (3) и появится окно для выбора параметров разбивки.

Я обычно в этом окне выбираю метод «В», «создание ортогональной сетки с заданным максимальным размером элемента», «шаг триангуляции» назначаю в зависимости от толщины (как правило шаг 0,3 — 0,4) и ставлю галочку «объединить 3-х узловые элементы в 4-х узловые». Можно и сразу назначит жесткости.

Эффективным, как и должно быть, является смешанный метод. Первым методом задаешь количество в том или ином направлении, а вторым затем разбиваем с тем же шагом. Так же не забываем изменить/задать тип элементов фундаментной плиты — это должен быть 44 тип КЭ (вкладка «назначение» — «назначение типов конечных элементов»). Ранее у нас колонны/стены были защемлены якобы в фундаменте. Сейчас вместо него плита и если мы уберем защемление, то все наше «добро» «провалится» и расчет не будет выполнен. Есть несколько подходов к решению этой проблемы. Некоторые защемляют несколько узлов по краям и в середине, или полосами вдоль и поперек.  Некоторые используют 51 тип КЭ. Я пробовал и тот и другой вариант. При использовании защемления в этих местах получим пиковое армирование, а в случае 51 КЭ — нет. В остальном разницы не нашел, поэтому я за 51 КЭ. Все узлы фундаментной плиты выделяем и задаем «связи конечной жесткости» («узлы и элементы» —  «специальные элементы»).

Я обычно в этом окне выбираю метод «В», «создание ортогональной сетки с заданным максимальным размером элемента», «шаг триангуляции» назначаю в зависимости от толщины (как правило шаг 0,3 — 0,4) и ставлю галочку «объединить 3-х узловые элементы в 4-х узловые». Можно и сразу назначит жесткости.

Эффективным, как и должно быть, является смешанный метод. Первым методом задаешь количество в том или ином направлении, а вторым затем разбиваем с тем же шагом. Так же не забываем изменить/задать тип элементов фундаментной плиты — это должен быть 44 тип КЭ (вкладка «назначение» — «назначение типов конечных элементов»). Ранее у нас колонны/стены были защемлены якобы в фундаменте. Сейчас вместо него плита и если мы уберем защемление, то все наше «добро» «провалится» и расчет не будет выполнен. Есть несколько подходов к решению этой проблемы. Некоторые защемляют несколько узлов по краям и в середине, или полосами вдоль и поперек.  Некоторые используют 51 тип КЭ. Я пробовал и тот и другой вариант. При использовании защемления в этих местах получим пиковое армирование, а в случае 51 КЭ — нет. В остальном разницы не нашел, поэтому я за 51 КЭ. Все узлы фундаментной плиты выделяем и задаем «связи конечной жесткости» («узлы и элементы» —  «специальные элементы»).

Шаг 2. Расчет при помощи КРОСС.

То, что будет описано ниже — воистину танец с бубном! Если нет времени лучше неуклонно следовать инструкции, но сначала дочитайте до конца.

Для первоначального расчета  нам необходимо значение равномерно распределенной нагрузки на поверхность плиты. Взять ее можно из протокола решения задачи, сложив суммарные нагрузки по Z, и разделив на площадь фундаментной плиты. Площадь фундаментной плиты можно попытаться измерить инструментом «определении площади полигона» на вкладке «управления». Если даже объект смоделирован в SCAD и хотелось бы рассчитать «так как есть», то все равно придется первый раз пробежаться с равномерно распределенной, потому что во так вот. При передачи данных в КРОСС нас будут спрашивать постоянно «открыть ли существующую площадку». Первый раз все-таки «нет», а потом возможно что «да». Увлекательный процесс задания грунтов и скважин не описывается, о нем можно прочитать здесь. Задаем равномерно распределенную нагрузку и отметку фундаментной плиты. Рассчитываем и предаем данные в SCAD. В окне «назначения коэффициентов упругого основания» можно изменить количество коэффициентов, а можно и не менять. После коэффициенты применяются к плите. Результат можно увидеть нажав правой кнопкой мыши на иконку «номера типов жесткости» панели «фильтры отображения и выполнив ряд манипуляций.

Выполняем расчет. На этом можно закончить, но если есть желание посидеть еще пару часов, то после расчета опять выделяем элементы фундаментной плиты и пытаем передать данные в КРОСС. Вот оно, окно.

Выполняем расчет. На этом можно закончить, но если есть желание посидеть еще пару часов, то после расчета опять выделяем элементы фундаментной плиты и пытаем передать данные в КРОСС. Вот оно, окно.

Соглашаемся и выбираем загружение или комбинацию

Данные передаются в КРОСС. Далее по идеи необходимо зайти в «настройки» — «нагрузки получены из SCAD» и убрать равномерно распределенную нагрузку (сделать ее равной нулю). Можно считать. После расчета (если получилось), передаем снова данный в SCAD, пересчитываем, снова передаем в КРОСС и т.д. пока не надоест. Если что-то не получилось я отметил ниже, то с чем столкнулся сам, может поможет:

— Если задать грунт, а потом редактировать номера скважин, то усилия могут пойти прахом, грунты могу исчезнуть (как у меня) и придется заполнять заново.
— Менее важно, но все же — при заполнении таблицы “грунты”, если вы забыл какой-то слой ввести в порядке очереди, для порядку, то вставить его в нужное место потом уже не получиться (как у меня).
— Тоже пустяк — если грунт водонасыщенный, то надо бы задать его отдельным слоем, со своими параметрами, другого механизма нет.
— И еще, уже подсказка — при заполнении скважин лучше давать отметки как есть в геологии, абсолютные, а то запутаться можно.