Konstruktor - oprogramowanie dla konstruktorów budowlanych cz.4

"Konstruktor - Słup żelbetowy" to program umożliwiający wykonanie pełnej analizy wytrzymałościowej słupów żelbetowych poddanych dwukierunkowemu mimośrodowemu ściskaniu. Wykonywane jest sprawdzanie nośności i wymiarowanie słupów w jedno i dwukierunkowym stanie obciążenia z uwzględnieniem wpływu smukłości.

Konstruktor - Słup żelbetowy
Wymiarowanie wykonywane jest wg najnowszej normy: PN-B-03264: 2002. Sprawdzanie nośności słupów w dwukierunkowym stanie obciążenia z wykorzystaniem dokładnej metody normowej i uwzględnieniem wpływu smukłości. Moduł zawiera opcję automatycznego rysunku wykonawczego (w formacie DXF) do modułu Konstruktor - Słup żelbetowy. Pozwala ona na automatyczne wykonanie na podstawie obliczeń statycznych i wymiarowania, pełnego rysunku konstrukcyjnego słupów żelbetowych o przekroju prostokątnym.

Założenia do programu
Założono, że podstawą analizy nośności słupa obciążonego ukośnie mimośrodowo będą obliczenia przeprowadzane niezależnie w dwóch prostopadłych kierunkach X i Y. Wykorzystano założenia norm PN-B-03264:1999 i Eurokod 2 dotyczące charakterystyk materiałowych i granicznych stanów odkształcenia. Uwzględnienie dwukierunkowości zadanego obciążenia jest uwzględniana poprzez współczynnik  będący wykładnikiem równania określającego nośność elementu w dwukierunkowym stanie obciążenia. Współczynnik pozostawiono w algorytmie jako wielkość zmienną, której wartość ustala użytkownik programu. Po stronie bezpiecznej jest przyjmowanie =1 (jest to zgodne z NS 3473 E: 1992). Jednak najnowsza edycja normy EC2 określa współczynnik jako wartość przyjmującą wartości od 1 do 2 w zależności od stosunku N_Sd/A_cf_cd. Dla stosunku N_Sd/A_cf_cd > 0.8 współczynnik jest równy 2. Podczas definiowania obciążeń możliwe jest wybranie typu: "siły wewnętrzne w przekroju"lub "obciążenia przyłożone do słupa". Wybranie pierwszej opcji umożliwia zdefiniowanie sił wewnętrznych w przekroju, czyli mając dane wyniki obliczeń statycznych jesteśmy w stanie określić nośność lub zwymiarować słup. Wybranie zaś drugiej z tych opcji pozwala na definiowanie dowolnych typów obciążeń (obciążenia równomiernie rozłożone, siłą skupioną, momentem skupionym itd.). W obydwu przypadkach obliczenia przeprowadzone zostaną z uwzględnieniem wpływu smukłości. W zakresie warunków podparcia możliwe jest definiowanie dowolnych typów podparcia słupa, niezależnie w dwóch prostopadłych płaszczyznach. Sprawdzanie nośności w stanie dwukierunkowego obciążenia może odbywać się dla następujących przekrojów słupów: prostokątne, teowe, dwuteowe, zetowe, kątowe, okrągłe, rurowe. Wymiarowanie, czyli automatyczny dobór zbrojenia w czterech charakterystycznych punktach słupa (podpora dolna, podpora górna, maksymalny moment w płaszczyźnie xy, maksymalny moment w płaszczyźnie yz) odbywa się: dla dwukierunkowego stanu obciążenia dla przekroju prostokątnego.


Obliczanie długości słupów

W programie przyjęto dwa sposoby określania długości obliczeniowych słupa. Pierwszy polega na bezpośrednim zadaniu tych wielkości przez użytkownika, drugi - na skorzystaniu z metody podanej w załączniku normy PN-B-03264:1999. Długości obliczeniowe l_o słupów występujących w żelbetowych układach ramowych obliczane są wówczas według wzoru: l_o=xl_col.Wartość współczynnika oblicza się na podstawie wzorów podanych w normie PN-B-03264:1999. Dane geometryczne, typ przekroju słupa, założenia dotyczące materiałów, obciążenia, warunki podparcia oraz dane dotyczące zbrojenia definiujemy korzystając z intuicyjnego interfejsu, który automatycznie podpowiada kolejność wprowadzania danych.

Obliczanie wpływu smukłości
Nośność elementów ściskanych sprawdzana jest z uwzględnieniem ich smukłości i wpływu obciążeń długotrwałych, jeżeli zachodzi warunek: l_o/h>7 lub l_o>25. Nośność przekrojów przypodporowych i występujących w układach o węzłach nieprzesuwnych sprawdzana jest bez uwzględniania wpływu smukłości. Wpływ smukłości na nośność elementów żelbetowych uwzględniany jest zgodnie z pkt. 5.3.3.2 normy PN-B-03264:1999 przez zwiększenie mimośrodu początkowego e do wartości e_tot wyznaczanej ze wzoru: e_tot=xe_o.

Wprowadzanie danych
Wprowadzanie danych w programie Ściana oporowa odbywa się analogicznie jak w pozostałych modułach. Rozpoczynamy od zakładki "Parametry ogólne", gdzie ustalamy typ wykonywanych obliczeń, typ zagadnienia, typ przekroju, rodzaj materiału oraz typ wprowadzanych obciążeń.

Kolejna zakładka "Wymiary" umożliwia w szybki i prosty sposób wprowadzenie danych geometrycznych obliczanego słupa.

W zakładce "Warunki podparcia" ustalamy natomiast sposób podparcia słupa, niezależnie w dwóch prostopadłych kierunkach.

Zakładka "Obciążenia" umożliwia zadanie obciążeń działających na obliczany słup w dwóch prostopadłych kierunkach.

Kolejna zakładka "Warunki zamocowania" umożliwia zdefiniowanie wszelkich parametrów potrzebnych do obliczenia długości wyboczeniowych. Definiujemy tutaj parametry wszystkich elementów dochodzących do słupa.

W zakładce "Zbrojenie" wprowadzamy zbrojenie słupa. Możemy definiować zbrojenie jako wkładki (równomiernie rozłożone na danej krawędzi) lub jako pręty (wtedy ustalamy położenie każdego z prętów). W przypadku słupów okrągłych i rurowych rozmieszczenie prętów (w opcji sprawdzania nośności) następuje automatycznie.

Ostatnia zakładka "Obw. M-N" służy przedstawieniu i analizie wyników. Jest aktywna dopiero po wykonaniu obliczeń. Mamy w niej możliwość przeanalizować stopień wykorzystania naszego przekroju w dwukierunkowym stanie obciążenia.

Obliczenia
Program wykonuje obliczenia sprawdzania nośności w stanie dwukierunkowego obciążenia dla przekrojów żelbetowych prostokątnych, teowych, dwuteowych, zetowych, kątowych, ceowych, kołowych oraz rurowych. W trybie wymiarowania, w stanie jednokierunkowego ściskania ze zginaniem możliwe jest przeprowadzenie obliczeń dla przekrojów prostokątnych, teowych, dwuteowych, zetowych, kątowych oraz ceowych, zaś w stanie dwukierunkowego mimośrodowego ściskania ze zginaniem dla przekrojów prostokątnych. Program uwzględnia wpływ smukłości słupa poprzez zwiększenie działających momentów obliczeniowych. Do obliczeń nośności przekroju zginanego w dowolnej płaszczyźnie przyjmuje się za wysokość przekroju h rzut na kierunek prostopadły do osi obojętnej odcinka łączącego najbardziej ściskany lub najmniej rozciągany punkt przekroju z punktem najbardziej rozciąganym lub najmniej ściskanym. Wysokość użyteczną d określa się odpowiednio jako rzut odcinka łączącego punkt najbardziej ściskany lub najmniej rozciągany przekroju z najbardziej rozciąganym lub najmniej ściskanym prętem zbrojenia.