Konstruktor - oprogramowanie dla konstruktorów budowlanych cz.3

Program Fundamenty umożliwia bezpośrednie projektowanie, w sposób kompleksowy, żelbetowych stóp fundamentowych: prostopadłościennych, schodkowych, kielichowych, trapezowych oraz ław fundamentowych.

Konstruktor - Fundamenty bezpośrednie

Program do sprawdzania nośności gruntu w poziomie posadowienia i na poszczególnych warstwach, obliczania naprężeń w narożach fundamentu, wymiarowania podstawy na zginanie, sprawdzania stateczności lokalnej na obrót i przesuw, sprawdzenia nośności na przebicie oraz analizy osiadań posadowień bezpośrednich z uwzględnieniem uwarstwienia gruntu i pracy przestrzennej fundamentu. Program pozwala na obliczanie stóp prostopadłościennych, trapezowych, kielichowych, schodkowych, okrągłych i ław undamentowych. Uwzględnione normy: PN-83/B-03020 i PN-B-03264: 2002.

Założenia
Wymiarowanie bloku fundamentu na zginanie wywołane odporem gruntu, liczone jest dla ekstremalnych naprężeń w kierunku x i y (wg PN-B03264: 1999) wraz ze sprawdzeniem warunków konstrukcyjnych na zbrojenie minimalne i odpowiednim doborem prętów. Sprawdzenie nośności na przebicie odbywa się we wszystkich charakterystycznych przekrojach danego typu fundamentu, dla kolejnych schematów obciążeń, a dla stopy kielichowej sprawdzenie przebicia w kielichu dla podanej siły montażowej. Program wykonuje sprawdzenie stateczności na obrót i przesuw w poziomie posadowienia oraz na kolejnych warstwach, dla kolejnych schematów obciążeń, z możliwością uwzględnienia tarcia i oporu bocznego gruntu.

Wprowadzanie danych
Podczas wprowadzania danych korzystamy z interfejsu, który podpowiada kolejność wprowadzania poszczególnych parametrów. Mamy tutaj 3 zakładki, pogrupowane tematycznie oraz według logicznej kolejności. Pierwsza zakładka Geometria pozwala na wybór typu fundamentu (Ława fundamentowa, Stopa prostopadłościenna, Stopa trapezowa, Stopa kielichowa czy Stopa schodkowa), a następnie zdefiniowanie danych geometrycznych. Wyniki wprowadzanych danych wizualizowane na bieżąco w edytorze graficznym. Program posiada również funkcję sprawdzającą poprawność wprowadzanych danych.

Zakładka Warunki Gruntowe pozwala na określenie podstawowych parametrów warstw geotechnicznych poniżej poziomu posadowienia, potrzebnych parametrów zasypki oraz innych danych związanych z posadowieniem (np. uwzględnienie wody w gruncie). Za pomocą przycisków "Dodaj/Usuń" dodajemy kolejną warstwę (maksymalnie 15 warstw), lub usuwamy zaznaczoną. Warstwy liczone są kolejno od spodu fundamentu.

Zakładka Obciążenia przewidziana została do wprowadzania obciążeń przyłożonych na fundamentach w osiach słupa lub ściany. Dla wszelkich obciążeń działających na stopę w innych punktach, należy dokonać ich "sprowadzenia" do osi słupa (ściany). W dolnej części zakładki w oknie "Wartości dodatnie sił w osi słupa" podane są dodatnie kierunki sił i momentów (dla momentów zapisanych wektorowo zgodnie z regułą śruby prawoskrętnej). Dla ułatwienia siła pionowa N zawsze musi być wprowadzana jako dodatnia (skierowana w dół do fundamentu) przeciwnie do kierunku osi z.
Poza obciążeniami w zakładce należy określić parametry fundamentu potrzebne do jego wymiarowania takie jak: dane materiałowe, czy dane dotyczące stosowanego zbrojenia.

Kombinatoryka obciążeń
Moduł Fundamenty bezpośrednie umożliwia wprowadzenie prawie dowolnej ilości schematów statycznych składających się z siły normalnej N, momentów zginających MX, MY, sił tnących TX, TY. Program wykonuje obliczenia traktując poszczególne schematy obciążeń niezależnie. Wartości ekstremalne uzyskane dla poszczególnych schematów zapamiętuję, uwzględniając je przy wykonywaniu sprawdzania nośności lub wymiarowania.

Obliczenia
Moduł "Fundamenty bezpośrednie" sprawdza nośność gruntów zgodnie z PN-81/B-03020. Naprężenia pod fundamentem (w przypadku braku odrywania) wyliczane są z ogólnego wzoru normowego:

q_i=(N/B*L)*(1±6*(e_x/L)±(e_y/B))

W przypadku, gdy występuje pod fundamentem odrywanie procedura obliczania naprężeń jest bardziej skomplikowana i trwa znacznie dłużej. W ogólnym zarysie polega ona na ustaleniu maksymalnego naprężenia w narożu, a następnie z równań równowagi (suma rzutów na oś pionową i sumy momentów na oś x i y) metodą iteracyjną ustalany jest kształt bryły naprężeń i pozostałe wartości naprężeń w narożach. W przypadku jednokierunkowego ściskania mimośrodowego (ex = 0 lub ey = 0), naprężenia w narożach wyliczane są z wzorów dokładnych. Cztery wartości naprężeń w narożach fundamentu pozwalają na wykonanie wykresu bryły naprężeń wraz z pokazaniem zasięgu strefy odrywania. Program na podstawie wyliczonych naprężeń w narożach sprawdza normowy warunek na maksymalny zasięg strefy odrywanej C, który nie może być większy niż połowa odległości między prostą przechodzącą równolegle do osi obojętnej przez środek ciężkości całej podstawy, a narożem podstawy przeciwległym do miejsca, w którym występuje naprężenie maksymalne.
Wymiarowania fundamentów na zginanie obejmuje następujące działania programu:
. Ustalenie naprężeń od odporu gruntu w narożach fundamentu (z pominięciem ciężaru własnego fundamentu i ciężaru gruntu na fundamencie).
. Do wymiarowania momentu dla danej krawędzi stopy przyjmowane jest średnie naprężenie od odporu dla sąsiednich naroży, lecz nie mniejsze niż wartość średnia liczona jako N/(B*L), rozłożone (dla stóp) na powierzchni trapezu utworzonego przez linie wyprowadzone z wierzchołków przekroju słupa do odpowiednich wierzchołków spodu fundamentu.
. Dla tak wyliczonego momentu i odpowiednio dobranego przekroju ustalane jest zbrojenie na zginanie w kierunku x i y dla wszystkich schematów obciążeń.
. Po wybraniu maksymalnego pola przekroju zbrojenia w obu kierunkach, oraz sprawdzeniu warunków konstrukcyjnych na zbrojenie minimalne program dobiera odpowiednie ilości prętów w kierunku L i B.
. W przypadku stóp kielichowych dodatkowo wymiarowane jest zbrojenie pionowe kielicha oraz zbrojenie poziome w postaci odpowiednio rozłożonych warstw po cztery pręty (dwa strzemiona) ułożonych w danym kierunku.
Wymiarowanie fundamentów na zginanie wykonywane jest dla przekroju prostokątnego -- metodą uproszczoną wg PN-B03264: 1999. Sprawdzenie przekroju betonowego na przebicie wykonane jest wg PN-B03264:1999 dla dwóch kierunków, we wszystkich charakterystycznych dla danego fundamentu przekrojach oraz dla każdego schematu obciążenia. W przypadku przekroczenia nośności na przebicie należy zmienić wymiary bloku fundamentowego (zalecane) lub dołożyć odpowiednie zbrojenie na przebicie obliczone indywidualnie przez użytkownika tak aby przeniosło ono podaną przez program siłę przebijającą. Moduł Fundamenty bezpośrednie sprawdza stateczność bloku fundamentowego na obrót w poziomie posadowienia oraz na przesuw w kierunku x i y w poziomie posadowienia i na stropie każdej warstwy (także w kierunku wypadkowej siły poziomej).
W programie wyznaczane są osiadania pierwotne i wtórne. Osiadania wtórne są uwzględniane tylko w przypadku, gdy czas wznoszenia budowli jest dłuższy niż 1 rok. Osiadanie na poszczególnych warstwach jest sumą osiadania wtórnego i pierwotnego.