Моделирование узлов стыков плит – СТО 36554501-026-2012 Рекомендации по расчету и конструированию жилых крупнопанельных домов с применением бессварных вертикальных и горизонтальных стыков на тросовых петлевых соединениях и многопустотными плитами безопалубочного формования, СТО, Стандарт организации от 27 января 2012 года №36554501-026-2012

Содержание

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 Контактные_стыки_02

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).

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.