Способы применения плитных КЭ при проектировании строительных конструкций
Основные положения
В библиотеке КЭ ЛИРА САПР есть несколько видов КЭ пластинчатых элементов, которые условно можно разделить на три группы:
- Плиты (КЭ 11…15, 19);
- Балки-стенки (КЭ 21…24,27,30);
- Оболочки (КЭ 41,42,44);
Выбор каждого из типов КЭ зависит от следующих параметров:
- Признак схемы решаемой задачи;
- Конструктивная схема здания или сооружения и её влияние на пространственную работу;
В рамках данной статьи рассмотрим несколько случаев расчёта строительных конструкций и применение соответствующих типов КЭ.
Различия в работе КЭ плит, балок-стенок и оболочек
Ключевое отличие КЭ плит, балок-стенок и оболочек друг от друга заключается в наличии или отсутствии определённых степеней свободы в узлах элемента. Различия в работе данных типов КЭ показаны в видео https://youtu.be/mSOl2SKs-Qw
Особенности работа КЭ-плит
Плиты (КЭ 11…15, 19) имеют от двух до трёх степеней свободы в узле (Z, Ux, Uy), в зависимости от выбранного признака схемы и преимущественно предназначены для восприятия нагрузки, приложенной по нормали к их поверхности. В элементах плиты возникают, при этом, изгибающие моменты и поперечные силы. Нагрузки, направленные в плоскости плиты, данный тип КЭ воспринимать не может.
Особенности работы КЭ Балка-стенка
Балка стенка (КЭ 21…24, 27, 30) имеет три степени свободы в узле (X, Y, Z) и может воспринимать мембранные усилия, приложенные в плоскости данного элемента. Изгибающие моменты и поперечные силы в балке-стенке возникнуть не могут, а, следовательно, к данному типу КЭ невозможно приложить нагрузку, перпендикулярную или наклонную к его поверхности.
Особенности работы КЭ-оболочек
Данный тип КЭ имеет шесть степеней свободы в узле (X, Y, Z, Ux, Uy, Uz) и может воспринимать любые нагрузки, т.е. сочетает в себе признаки плиты и балки-стенки.
Применение разных типов КЭ при проектировании железобетонных конструкций
При выполнении расчётов зданий и сооружений пользователи, как правило, устанавливают пятый признак схемы при создании файла расчётной модели, а если в модели используются пластинчатые КЭ, то в большинстве случаев им по умолчанию присваивается тип КЭ-оболочка.
Разберём, как наиболее рационально применять признаки схемы и типы пластинчатых КЭ для расчётов зданий и сооружений.
Применение КЭ-Плиты
Данный тип КЭ больше всего подходит для выполнения расчётов при проектировании плоских монолитных плит перекрытий, с опиранием на кирпичные стены. Его применение позволит сократить время выполнения расчёта компьютером.
Применение КЭ-Балки-стенки
Применение данного типа КЭ больше всего подходит для расчёта каркасов зданий, где применяются сборные плиты перекрытия, которые, при условии анкеровки плит между собой, образуют жёсткий диск. Такой подход позволяет избежать возникновения в ригелях продольных усилий и подобрать для них меньшее сечение или сэкономить арматуру.
Ригели могут быть стальными или железобетонными. Нагрузки следует прикладывать непосредственно к ригелям ввиду того, что для КЭ Балки-стенки невозможно приложить нагрузку перпендикулярно её поверхности.
Применение КЭ-оболочки
Данный тип КЭ применим при расчётах монолитных ребристых плит и кессонных перекрытий. В таких конструкциях изгибные и продольные усилия распределяются между стержневыми и пластинчатыми элементами пропорционально их жёсткостям. Нагрузки могут быть приложены непосредственно к поверхности оболочек.
Сопряжение монолитного ребра с пластиной допускается выполнять разными способами. Один из способов представлен на рисунке.
