Сопряжение плита-колонна

При моделировании стыка плита-колонна в безригельном каркасе следует учитывать количество степеней свободы в узле элемента. Так, стержневой КЭ 10 имеет 6 степеней свободы в узле (X, Y, Z, uX, uY, uZ). Элемент оболочка имеет 5 степеней свободы в узле (X, Y, Z, uX, uY).

Кроме того:

Изгибающий момент в стержне вне зависимости от размеров сетки, передается на плиту как момент, сосредоточенный в узле сетки (сосредоточенность момента вытекает из одномерности стержневого элемента). С другой стороны, плита под действием сосредоточенного изгибающего момента получает бесконечный угол поворота в плоскости действия момента в месте его приложения, а точнее, в выражении для угла поворота возникает особенность логарифмического типа. Таким образом, плита не оказывает сопротивления на сосредоточенный поворот, а значит, и не защемляет элементов каркаса.
А.В.Перельмутер, В.И.Сливкер «РАСЧЕТНЫЕ МОДЕЛИ СООРУЖЕНИЙ И ВОЗМОЖНОСТЬ ИХ АНАЛИЗА»

Таким образом, сгущение сетки КЭ плиты вокруг колонны приводит к снижению изгибающего момента в колонне

Для того, чтобы корректно описать узел сопряжения плиты перекрытия и колонны, следует рассмотреть конструктивное решение в месте примыкания колонны.

Элементы плиты, попадающие в поперечное сечение колонны, могут рассматриваться как абсолютно жесткое тело, не меняющее своих размеров при любых изменениях сетки КЭ плиты.

Этого можно добиться следующим путем:

а) моделирование колонны объемными конечными элементами;
б) моделирование колонны стержнем и введение фиктивных элементов большой жесткости по контуру колонны;
в) моделирование колонны стержнем с использованием АЖТ (абсолютно жесткого тела) по размеру поперечного сечения колонны.

Как видно по рис. ниже изгибающий момент в плите одинаков (близок) для всех вариантов

А изгибающий момент в колонне не зависит от крупности КЭ плиты

Создание АЖТ выполняется при помощи отметки на схеме соответствующих узлов и присвоения одному из них статуса ведущего узла

Заметки эксперта ПК ЛИРА. 59. Моделирование шарнирного опирания плит

Как показывает практика, моделирование шарнирного соединения пластинчатых элементов вызывает сложности у пользователей. В данной заметке рассмотрим функцию, которая позволяет легко решить эту проблему.

Такой функцией служит добавление группы объединения перемещений.

Рассмотрим подробно алгоритм моделирования шарнирного опирания пластин:

1. Вызываем команду «Объединения перемещений» и переходим на вкладку «Составная группа»

2. Выбираем необходимые направления связей. То есть, тут задаются именно направления связи, соответственно, для моделирования шарнирного опирания, необходимо фиксировать только линейные перемещения.

Направления задаются в локальной системе координат, которая по умолчанию совпадает с глобальной. В случае расположения конструкции под углом к глобальным осям, можно поменять направление локальных осей узлов.

3. Выделяем по одной пластине из пары и совместные узлы.

Важно: перед выделением схема должна быть упакована, только в этом случае функция добавления групп объединения перемещений сработает верно.

4. Нажимаем кнопку «Добавить составную группу». При этом, узлы схемы расшиваются автоматически. Показателем правильного назначения группы объединения перемещений является появление в списке составной группы.

Следует отметить, что есть инструменты, которые позволяют отобразить выбранную группу объединения перемещений. Для этого может послужить как «Индикация назначения», так и выделение на схеме.

Также с этой функцией вы можете ознакомиться в записи нашего вебинара (необходима регистрация на сайте)

Если у вас возникли вопросы, вы можете задать их нашим специалистам в чате на сайте, на форуме ЛИРА 10 или в теме обсуждения в социальной сети «Вконтакте»

Платформенный двухсторонний стык

Платформенный стык внутренних стен с двухсторонним опиранием плит перекрытий

Свойства для прототипа стыка задаются в диалоговом окне «Библиотека стыков», для экземпляра – в диалоговом окне «Библиотека стыков/Параметры выделенного стыка» либо в окне свойств объекта САПФИР:

Рис. 1.1. Общие настройки платформенного стыка

Параметры взаимодействия элементов в стыке настраиваются в диалоговом окне «Опирание панелей», которое вызывается кликом по кнопке с аналогичным названием

Рис. 1.2. Диалог Опирание панелей

Все элементы узла имеют свой порядковый номер. В диалоге «Опирание панелей» настраивается, каким образом должны быть соединены элементы в стыке. При этом ряд настроек опирания предопределены. Так, настройка «Тип конструктива» в общих настройках стыка говорит о том, как будут соединяться друг с другом элементы в стыке. При этом по умолчанию подразумевается, что стены друг с другом соединяются через заполнение (КЭ-58/59 или 258/259), которое связано с одной из плит (на рис. это плита под номером 1). Вторая плита, входящая в стык, соединяется с элементами по линии их пересечения. Способ соединения этой плиты выбирает пользователь. По умолчанию соединение выполняется объединением перемещений по Z.

Рис. 1.3 Схема платформенного стыка (рис. 4.2. [1])

Существуют следующие варианты соединения/опирания элементов:

Рис. 1.4. Список вариантов опирания

Если пользователь указывает, что опирания «нет» или оно «свободное», то данный элемент не будет иметь общих узлов с другими, сходящимися на оси стыка. При этом способ опирания «нет» подразумевает, что узлы данного элемента не совпадают с узлами стыка. Способы опирания «полужесткое» и «объединение перемещений» показаны на рисунке ниже:

Рис. 1.5. Конечноэлементная модель платформенного стыка

На рис. для плиты 2 настроено свойство «аналитика по физике», а зазор увеличен для большей наглядности. По умолчанию в аналитическом представлении стыка узлы плиты 2 имеют те же координаты, что и узлы на линии стыка.

«Полужесткое» соединение предполагает, что плита перекрытия, входящая в стык (№2 на рис. 1.3), связана со стыком связями конечной жесткости (линейные КЭ55 или нелинейные КЭ255). Следует отметить, что КЭ55/255 не передают момент от опирания плиты перекрытия на стык с эксцентриситетом. Способ опирания «объединение перемещений» также не передает момент от эксцентриситета приложения нагрузки с плиты перекрытия.

Способ опирания «общие узлы» подразумевает, что элементы соединены в узлах и взаимодействуют по всем степеням свободы, имеющимся у конечных элементов в стыке.

Толщины верхнего и нижнего растворных швов задаются в общих настройках стыка. Зазор между плитами в стыки также задается в общих настройках. В текущей версии 2017 принимается, что зазор между плитами равномерный по толщине плит. При скосах кромок плит следует задавать среднее арифметическое между зазором по нижней и верхней граням плит

Литература:

1. СП «Крупнопанельные конструктивные системы. Правила проектирования» (Проект, Вторая редакция).
2. Пособие по проектированию жилых зданий Вып. 3 Конструкции жилых зданий (к СНиП 2.08.01-85). М. 1989 г.

3. Стыки стеновых панелей

Как уже указывалось выше, эксплуата­ционные качества крупнопанельных до­мов во многом зависят от конструктив­ного исполнения стыков между панелями и с другими элементами здания.

Стыки между панелями наружных стен должны быть герметичными (т. е. иметь малую воздухопроницаемость и исклю­чать проникание дождевой воды внутрь конструкции), не допускать образования конденсата в месте стыка (вследствие не­достаточных теплозащитных свойств), обладать достаточной прочностью, чтобы предохранить стык от появления в нем трещин.

При конструировании крупнопа­нельных зданий необходимо учитывать также особенности работы стен.

Рис. 12.9. Конструкция вертикального упруго-податливого стыка панелей:

1 — стальная накладка, 2 — закладные детали, 3 — тяжелый бетон, 4 — термовкладыш, 5 — полоса гидроизола или рубероида, 6 — гернит или пароизол, 7— раствор или герметик

Если в кирпичных стенах нагрузки распреде­ляются равномерно, то в крупнопа­нельных они концентрируются в местах стыкования панелей. Кроме того, под влиянием изменений температуры ме­няются линейные размеры стены. Это происходит из-за воздействия на поверх­ности панели положительной (с внутренней стороны) и отрицательной (с наруж­ной стороны) температуры, в результате чего изменяются ее линейные размеры. Возникающие при этом усилия приводят к образованию трещин.

По расположению стыки различают вертикальные и горизонтальные. Вер­тикальные стыки по способу свя­зей панелей между собой разделяют на упругоподатливые и жесткие (моно­литные). При устройстве

упругоподатливого стыка (рис. 12.9) панели соединяют­ся с помощью стальных связей, привари­ваемых к закладным деталям стыкуемых элементов. В паз, образуемый четвертя­ми, входит на глубину 50 мм стеновая панель внутренней поперечной стены. Со­единяют панели с помощью накладки из полосовой стали, привариваемой к за­кладным деталям панелей. Для гермети­зации стыка в его узкую щель заводят уплотнительный шнур гернита на клею или пороизола на мастике. С наружной стороны стык промазывают специальной мастикой — тиоколовым герметиком.

Для изоляции от проникновения влаги с внутренней стороны стыка наклеивают на битумной мастике вертикальную до-лоску из одного слоя гидроизола или ру­бероида. Вертикальный колодец стыка заполняют тяжелым бетоном.

Недостатком упругоподатливых сты­ков является возможность коррозии стальных связей й закладных деталей. Та­кие крепления податливы и не всегда обеспечивают длительную совместную работу сопрягаемых панелей и, следова­тельно, не могут предохранить стык от появления трещин. Это происходит пото­му, что от нагрева при сварке закладная деталь как бы отрывается от бетона, в который она была замоноличена при изготовлении. Проникающая в щель ат­мосферная или конденсационная влага разрушает нижнюю поверхность заклад­ной детали. Для защиты от коррозии их покры­вают на заводе со всех сторон цинком путем распыления, горячего цинкования или гальванизации. После сварки при монтаже панели защитный слой с лице­вой стороны закладной детали и связи-накладки восстанавливается с помощью газопламенной металлизации. Кроме то­го, оцинкованные стальные элементы за­щищают замоноличиванием их цементно-песчаным раствором (1:1.5... 1:2) тол­щиной не менее 20 мм.

Более надежными в работе являются жесткие монолитные стыки. Прочность соединения между стыкуемыми элемента­ми обеспечивается замоноличиванием со­единяющей стальной арматуры бетоном. На рис. 12.10 показан монолитный стык однослойных стеновых панелей с пет­левыми выпусками арматуры, соеди­ненными скобами из круглой стали диа­метром 12 мм. Между замоноличенной зоной стыка и герметизацией образована вертикальная воздушная полость, кото­рая служит дренажным каналом, отводя­щим попадающую внутрь шва воду с вы­пуском ее наружу на уровне цоколя. Нередко в стык панелей для повышения его теплозащитных свойств укладывают минераловатный вкладыш, обернутый полиэтиленовой пленкой, или из пенопла­ста (рис. 12.11).

Для устройства жестких стыков ис­пользуют также сварные анкеры-связи (рис. 12.12), которые представляют собой Т-образные элементы, изготовленные из полосовой стали и располагаемые в сты­ке «на ребро». При этом в стеновых пане­лях оставляют концевые выпуски арматуры (в пределах габарита форм), ко­торые приваривают после установки па­нелей к концам анкеров. Такое соедине­ние позволяет обеспечить возможность плотного заполнения полости стыка бе­тоном, уменьшить почти в три раза рас­ход стали.

Интересным является устройство стыка в виде ласточкина хвоста, разработанное в ЦНИИЭПжилища. При этом почти полностью можно отказаться от приме­нения стальных связей (рис. 12.13).

Для устройства горизонтальных стыков верхнюю стеновую панель укладывают на нижнюю на цементном растворе. При этом через горизон­тальный шов, плотно заполненный рас­твором, дождевая вода может проникать главным образом вследствие капиллярно­го подсоса воды через раствор. Вот поче­му принята такая сложная геометрия го­ризонтального стыка (рис. 12.14). В нем устраивают так называемый противодо­ждевой барьер или зуб в виде гребня, идущего сверху вниз. На наклонной части раствор прерывают и создают воз­душный зазор, в пределах которого подъ­ем влаги по капиллярам прекращается.

Таким образом, мы видим, что для обеспечения нормальных эксплуата­ционных качеств стен из крупных панелей для устройства стыков применяют раз­личные материалы, имеющие самые раз­нообразные физико-механические свой­ства: крепежные (сталь), утепляющие (минераловатные вкладыши), гидроизо­лирующие (рубероид или изол), связую­щие и уплотняющие (бетон и раствор), герметизирующие (пороизол или гернит и мастики). Все эти материалы имеют разную долговечность и часто гораздо меньшую срока службы здания. Вот по­чему при конструировании стыков пане­лей и их исполнении необходимо особое внимание уделять возможности обеспече­ния высокого качества производства строительных работ, применяя для этого материалы только с хорошими физико-механическими свойствами.

Рис. 12.10. Монолитный вертикальный стык:

а — вертикальный стык, 6 — то же, с утепляющим па­кетом,

1 — наружная керамзитобетониая панель, 2 — анкер диаметром 12 мм, 3 — дренажный канал, 4 — пороизоловый жгут, 5 — герметик, 6 — прокладка, 7 — скобы, 8 — бетон, 9 — внутренняя несущая панель из железобетона, 10 — петля, 11 — минераловатный пакет

Рис. 12.11. Жесткий вертикальный стык трех­слойных стеновых панелей:

1 — герметик, 2 — рубероид или гидроизол, 3 — термо­вкладыш (минераловатный пакет, обернутый плен­кой), 4 — термоизоляционный слой панели, 5 — тяжелый бетон

Рис. 12.12. Соединение стеновых панелей с по­мощью сварного стального анкера-связи:

1 — арматурные выпуски из панелей, 2 — сварные швы,

3 — Т-образный анкер-связь, I — деталь анке­ра-связи

Рис. 12.13. Безметалльный стык панелей;

а — горизонтальный стык, б — вертикальный стык, в — схема ланели, 1 — герметизирующая мастика, 2 — уплотнительный шнур, 3 — панель наружной стены, 4 — раствор, 5 — утеплитель, б — панель пере­крытия, 7 — панель внутренней поперечной стены, 8 — гернит или пороизол, 9 — шпонка

Рис. 12.14. Конструкция горизонтального сты­ка однослойных стеновых панелей:

1 — железобетонная панель перекрытия, 2 — цемент­ный раствор, 3 — стеновая панель, 4 — противодождевой барьер, 5 — герметизирующая мастика (тиоколовая или полиизобутиленовая УМС-50), 6 — пороизол или гернит, 7 — термовкладыш в гидро­изоляционной оболочке

Соединение панелей внутренних стен бескаркасных зданий (рис. 12.15) осущест­вляется путем сварки соединительных стержней диаметром 12 мм к закладным деталям по верху панели. Вертикальные швы между панелями заполняют упругими прокладками из антисептированных мягких древесноволокнистых плит, обер­нутых толем, а вертикальный канал за­полняют мелкозернистым бетоном или раствором.

На рис. 12.16 показан узел отирания плит перекрытия на внутреннюю панель и соединение панелей с помощью само­фиксирующего болта.

Нередко горизонтальный стык между несущими панелями поперечных стен и перекрытий проектируют платформен­ного типа (рис. 12.17), особенностью ко­торого является опирание перекрытий на половину толщины поперечных стеновых панелей, при котором усилия в верхней стеновой панели на нижнюю передаются через опорные части панелей перекрытий. Швы между панелями и плитами вы­полняют на растворе. Однако в случае неполного заполнения швов раствором в отдельных участках панелей может воз никнуть опасность концентрации напря­жения.

Рис. 12.15. Конструкция стыка внутренних стен:

а — на уровне перекрытий, б — на уровне сечения панелей, 1 — соединительные стержни диаметром 12 мм, 2 — закладные детали, 3 — монолитный бетон, 4 — панель продольной внутренней стены, 5 — упругая прокладка (антисептированная мягкая древесноволокнистая плита, обернутая толем), 6 — цементный раствор

Рис. 12.16. Конструкция соединения панелей внутренних стен и перекрытий:

1 — цементный раствор, 2 — стеновая внутренняя панель,

3 — паз длиной 100 мм, 4 — самофиксирую­щийся болт диаметром 25 мм, 5 — панель перекрытия

Рис. 12.17. Конструкция горизонтального плат­форменного стыка панелей внутренних попе­речных несущих стен:

1 — панель внутренней стены, 2 — панель перекры­тия,

3 - цементно-песчаная паста

Чтобы предотвратить это явле­ние, для стыковых соединений приме­няют цементно-песчаную пластифициро­ванную пасту, из которой можно полу­чать тонкие швы толщиной 4...5 мм. Такая паста состоит из портландцемента марки 400...500 и мелкого песка с макси­мальным размером частиц 0,6 мм (состав 1:1) с добавлением пластифицирующей и противоморозной добавки нитрата на­трия в количестве 5... 10% от массы це­мента. Такая паста как бы склеивает па­нели между собой.

При строительстве крупнопанельных зданий существует много других кон­струкций стыков, однако требования к ним и принципы исполнения являются общими.

Вертикальный стык стен

Подход по созданию вертикальных стыков стен и работа с ними аналогична по своей сути с горизонтальным стыком (см. статью Работа с инструментом стык).

Вертикальный стык – это соединение стеновых панелей посредством связей конечной жесткости КЭ55/255. Также возможен вертикальный стык, в котором по высоте элементы не соединяются (для этого нужно отказаться от формирования закладных деталей в стыке).

Свойства для прототипа стыка задаются в диалоговом окне «Библиотека стыков», для экземпляра – в диалоговом окне «Библиотека стыков/Параметры выделенного стыка» либо в окне свойств объекта САПФИР:

Рис. 1. Общие настройки вертикального стыка

Для вертикального стыка возможны типы конструктива:

• «свободный» – стеновые панели не имеют общих узлов;
• «жесткий» – стеновые панели имеют общие узлы либо узлы объединены в АЖТ;
• «с учетом закладных деталей» – стеновые панели соединены друг с другом КЭ55;
• «с учетом закладных деталей нелинейный» – стеновые панели соединены друг с другом КЭ255.

Параметры «Толщина шва» и «Толщина шва между панелями» определяют зазоры в стыке:

Рис. 2. Зазоры в стыке, соответствующие параметрам толщин швов на рис. 1

Параметры связей задаются в диалоге «Закладные детали»:

Рис. 3. Диалог «Закладные детали»

Пользователь должен указать, какие элементы стыка соединяются друг с другом, с каким шагом расставлены эти связи по длине стыка, а также численно задать жесткость соответствующей связи. Жесткость связей назначается в системе координат стыка. Для вертикального стыка ось Z лежит вдоль стыка, т.е. является вертикальной.

Следует отметить, что диалог название «Закладные детали» не означает, что при помощи него можно моделировать только связь стеновых панелей через сварку закладных деталей. В этом диалоге задаются параметры связей конечной жесткости, которые соединяют стеновые панели в стыке. Физическая интерпретация этих связей может быть различной, в том числе шпоночное соединение.

При активной функции «Подетальная настройка» для элементов в вертикальном стыке существует возможность настраивать отступы для отдельных панелей, а также параметр «Аналитика по физике».

В ряде случаев, для построения корректной аналитической модели необходимо чтобы аналитическая и физическая модели были различны. В таких случаях пользователь может настроить нужное ему соответствие аналитической и физической модели. При выбранном параметре «Нет» торец стеновой панели дотягивается до оси стыка.

Рис. 4. Вертикальный стык. Слева для элемента 3 свойство «Аналитика по физике» Да, справа – Нет

Литература:

1. СП «Крупнопанельные конструктивные системы. Правила проектирования» (Проект, Вторая редакция).
2. Пособие по проектированию жилых зданий Вып. 3 Конструкции жилых зданий (к СНиП 2.08.01-85). М. 1989 г.
3. Пособие по расчету крупнопанельных зданий. Вып. 1. Характеристики жесткости стен, элементов и соединений крупнопанельных зданий. – М., Стройиздат, 1974, 40 с.
4. Методическое пособие «Проектирование жилых многоквартирных зданий с широким шагом несущих конструкций, обеспечивающих свободную планировку», Москва, 2017
5. Платформенный стык в крупнопанельном здании (податливость, моделирование в МКЭ, конструирование, расчёт, усиление). Сбор информации на сайте dwg.ru