Система автоматизированного проектирования и расчета
+7 (495) 180-47-59

39. Расчет на температурные воздействия в ЛИРА 10.6

Страницы:1
39. Расчет на температурные воздействия в ЛИРА 10.6, В заметке рассматриваются принципы задания температурных воздействий.
 
Расчет на температурные воздействия – задача достаточно непростая и встречающаяся не так часто, поэтому у рядового проектировщика могут возникнуть трудности с моделированием такого типа воздействия, особенно в первый раз. Исходя из этого в сегодняшней заметке коснемся плотнее этого вопроса и разберем подробнее не только тонкости задания температурных нагрузок в ЛИРА 10.6, но и положения норм.
Температурные воздействия на строительные конструкции имеют самое разнообразное происхождение, но чаще всего учитываются климатические температурные нагрузки и технологические температурные воздействия, реже рассматриваются воздействия, обусловленные пожарами.
Рассмотрим нормативные документы, в которых говорится о необходимости проведения расчетов на температурные воздействия.

В п. 1.15 пособия по проектированию жилых зданий (к СНиП 2.08.01-85) говорится: в протяженных в плане зданиях, а также зданиях, состоящих из объемов разной высоты, рекомендуется устраивать вертикальные деформационные швы: температурные — для уменьшения усилий в конструкциях и ограничения раскрытия в них трещин вследствие стеснения основанием температурных и усадочных деформаций бетонных и железобетонных конструкций здания. При этом, если обратиться к таблице 3 того же документа, в ней мы найдем максимально допустимые расстояния между температурно-усадочными швами в зависимости от конструктивной системы зданий. Например, для перекрестно-стеновой системы с несущими наружными и внутренними стенами в монолитных зданиях это расстояние не должно превышать 40 м. В случаях, когда эти значения превышаются, требуется производить расчет на температурные воздействия.

Еще одним похожим документом, в котором говорится о необходимости проведения расчетов на температурные воздействия, является «Пособие по проектированию бетонных и железобетонных конструкций из тяжелых и легких бетонов без предварительно напряжения арматуры» (к СНИП 2.03.01-84), п. 1.19.

Но в этих документах ничего не говорится непосредственно о величинах и способах задания температурных воздействий. Эта информация содержится в основном своде правил расчетчика - СП 20.13330.2011, раздел 13 «температурные климатические воздействия».

Для расчета на температурные воздействия в ЛИРА 10.6 реализованы 2 способа задания температурных нагрузок как для пластинчатых КЭ, так и для стержневых, которые позволяют смоделировать любое температурное воздействие:
  • равномерный нагрев/охлаждение;
  • температурный изгиб.
Когда температура на верхних и нижних волокнах симметричного сечения одинакова по величине и по знаку, это аналогично равномерному расширению/сжатию волокон вдоль оси стержня, что вызывает в случае статически неопределимой системы напряжения растяжения или сжатия, либо соответствующие деформации в случае статически определимой системы.

Если же стержень подвержен действию перепада температуры, то более нагретые волокна его сечения будут сжаты, а менее нагретые – растянуты – это температурный изгиб. В случае статически определимой системы будут возникать лишь деформации.

Следует отметить, что принцип задания температурных воздействий в ЛИРА 10.6 несколько отличается от предписания норм и носит универсальный характер. Расчетчик всегда должен понимать какое напряженно деформированное состояние вызовет то или иное температурное воздействие и, исходя из этого, выбирать нужный тип нагрузки.

В качестве примера разберем простую задачу расчета прямоугольной плиты. Плита расположена на открытой местности, следовательно, подвергается воздействию солнечной радиации, что вызывает температурный изгиб. Также будем считать, что плита подвергается равномерному нагреву/охлаждению. Район строительства – Московская область. Габариты - 20х30 м, толщина плиты - 1 м. Эти параметры необходимы для принятия температурных характеристик, которые регламентирует СП «Нагрузки и воздействия».

Согласно п. 13.2 СП 20.13330.2011, определим нормативные значения изменений средних температур по сечению элемента в теплое и холодное время года.



Нормативные значения средних температур tw и tc в теплое и холодное время года для однослойных конструкций определяем по таблице 13.1 СП 20.13330.2011.



t0w, t0c - начальные температуры в теплое и холодное время года, принимаемые в соответствии с 13.6 СП.



tew, tec– средние суточные температуры наружного воздуха соответственно в теплое и холодное время года, принимаемые в соответствии с п. 13.4.

θ1 = 2°С, - приращение средних по сечению элемента температур и перепада температур от суточных колебаний температуры наружного воздуха, принимаемые по таблице 13.2.

θ4 = 0,05ρ Smaxk = 0,05*0,7*830*0,3 = 8,7 – приращения средних по сечению элемента температур и перепада температур от солнечной радиации, принимаемые в соответствии с 13.5.

Средние суточные температуры наружного воздуха в теплое tew и холодное tec время года определяем по формулам:



где tI= -10°С, tVII = 20 °С – многолетние средние месячные температуры воздуха в январе и июле, принимаемые соответственно по картам 5 и 6 приложения Ж.

ΔVII = 6°С, ΔI= 20 °С отклонения средних суточных температур от средних месячных (ΔI принимается по карте 7 приложения Ж).

Перепады температур по сечению элемента в теплое ϑw и холодное ϑс время года определяются по таблице 13.1:



Коэффициент надежности по нагрузке γf для температурных климатических воздействий Δt и ϑ принимается равным 1,1.

Из всех приведенных выше вычислений нас интересуют 2 величины: нормативные значения средних температур по сечению элемента в теплое и холодное время года Δtw, Δtc и перепады температур по сечению элемента в теплое ϑw и холодное ϑc время года. Далее у расчетчиков возникают сложности с трактовкой норм, какую из приведенных величин задавать. В СП 14.13330.2011 явно это нигде не прописано. Вообще, стоит отметить, что данную информацию сложно найти в какой-либо литературе. На помощь нам пришла работа [4], в которой эта информация содержится, хотя и не явно.
Температурные усилия возникают только в статически неопределимых конструкциях. Для систем с одной лишней связью эти усилия возникают после превращения конструкции в статически неопределимую, то есть после замыкания системы. Замыкание системы реализуется при некоторой температуре t0 – температуре замыкания системы. Отсюда становится понятным смысл величин Δtw и Δtc. При задании равномерного нагрева/охлаждения, расчетчик должен знать, в какое время года будет замкнута (построена) конструкция. То есть, если конструкция построена (замкнута) зимой, в качестве нагрузки выбираем Δtw и наоборот. Но это в идеализированном случае. На практике же большая часть сооружений относится к системам с множеством лишних связей, замыкание которых происходит в различные моменты времени. Для таких конструкций нельзя точно определить температуру замыкания, которой соответствовали бы нулевые усилия. Уже в процессе строительства возникают температурные деформации и усилия, зависящие как от климатических условий, так и от последовательности монтажа. Логично предположить, что начальные усилия, возникающие в процессе строительства, имеют меньшие значения, чем температурные усилия после полного замыкания системы. При многоступенчатом замыкании конструкции происходит распределение во времени возникновения усилий, поэтому допустимо было бы принимать в качестве температуры t0 значение, являющееся средним за период строительства. В СП же приведены значения, которые позволяют учесть только один момент замыкания, следовательно, можно сделать вывод, что, принимая значения, регламентированные СП, мы учитываем нагрузку в запас.


Исходя из вышеизложенного, при расчете на температурные воздействия для нашего примера необходимо создавать три температурных загружения:

Загружение 1. Равномерный нагрев на величину Δtw, что соответствует зимнему периоду замыкания.

Загружение 2. Равномерное охлаждение на величину Δ, что соответствует летнему замыканию конструкции.

Загружение 3. Температурный изгиб, определяемый перепадом температур ϑw в теплое время года.

Отметим, что в другом примере, в случае отличия величины ϑс от нуля, необходимо бы было задавать еще одно загружение. Кроме этого, загружения 1 и 2 не могут действовать одновременно, поэтому необходимо указать их взаимоисключение.

Обратимся теперь непосредственно к заданию температурных нагрузок в ЛИРА 10.6.

В случае загружений 1 и 2 все достаточно тривиально, мы лишь задаем соответствующее значение в поле нагрузки (рис. 1).



Рис. 1. Задание равномерного нагрева
Как говорилось выше, в данном примере речь идет о температурном изгибе, в режиме задания нагрузок выбираем нагрузки на пластины – температурный изгиб (рис. 1).


Рис. 2. Окно задания температурного изгиба
Так как для холодного периода времени ϑc = 0°С, расчет на температурный изгиб будем производить только для теплого времени года.

Т1–температура верхнего волокна, нагретого солнцем; Т2 – температура нижнего волокна, следует учитывать, что положение волокон зависит от направления местной оси Z1 элементов. Направление действия выбираем «Во всех», это означает, что материал расширяется равномерно по оси Y и X.

Остается нераскрытым самый главный вопрос: как сопоставить значения различных вычисленных по СП характеристик температурных воздействий с тем, что нужно задавать в ПК ЛИРА.

В случае температурного изгиба значение имеет разность температур, при этом, логично, что верхние волокна должны иметь большую температуру, чем нижние. Поэтому тут принимаем:


Эти значения вводим в соответствующие поля в программе (рис. 2).

Стоит отметить, что при задании температурных нагрузок плиту следует закреплять «крестом», как показано на рисунке 3. Это объясняется тем, что при задании закреплений как в задачах без температурного расчета, вследствие расширения материала будут возникать дополнительные сжимающие/растягивающие усилия, которые в реальности не будут наблюдаться, т.к. плита может проскальзывать по грунту.
Рис. 3. Закрепление плиты
Картина распределения моментов от температурного загружения приведена на рисунке 4.

Рис. 4. Мозаика моментов от температурного изгиба
Таким образом, мы рассмотрели весьма непростой вопрос расчета на температурные воздействия. Еще остается открытой задача расчета температурных полей. Подробнее эта тема будет раскрыта в предстоящем вебинаре.

Использованная литература:
1. СП 20.13330.2011 Нагрузки и воздействия.
2. Пособие по проектированию жилых зданий Вып. 3 (к СНИП 2.08.01-85)
3. Пособие по проектированию бетонных и железобетонных конструкций из тяжелого бетона без предварительного напряжения арматуры (к СП 52-101-2003)
4. В.Н. Гордеев, А.И. Лантух-Лященко, В.А. Пашинский, А.В. Перельмутер, С.Ф. Пичугин. Нагрузки и воздействия на здания и сооружения. – М: Издательство Ассоциации строительных вузов, 2007.
Страницы:1


Опыт использования ЛИРА 10 на примере ООО «УралТЭП»
На вебинаре 22 сентября специалисты «УралТЭП» поделятся опытом применения ЛИРА 10 на примере двух объектов энергетики
16 сентября 2020
Вебинар для преподавателей ВУЗов. Применение ЛИРА 10 в учебном процессе.
Приглашаем научно-педагогических работников на бесплатный вебинар по эффективному использованию ЛИРА 10 в ВУЗах
09 сентября 2020
«ЛИРА софт» и Renga Software приглашают на семинар «BIM-технология для проектировщиков, сметчиков и руководителей»
2-4 сентября в Санкт-Петербурге на площадке «ЭКСПОФОРУМ» состоится серия мероприятий под единым названием «День проектировщика», на которых будут обсуждаться вопросы применения современных материалов и новых технологий при проектировании зданий и сооружений, а также формирования комфортной городской среды. На экспертной площадке соберутся представители строительной, архитектурной и проектной индустрии для обсуждения перспектив взаимодействия и решения существующих проблем.
28 августа 2020
Расчет здания на упругом основании. Решение практических задач.
На вебинаре вы увидите живую демонстрацию работы модуля Грунт и модуля Физическая нелинейность, в том числе и на примере схемы реального здания.
17 августа 2020
Все новости
Реализация модели контактного слоя при расчете адгезионного соединения с использованием метода конечных элементов
В большинстве опытов по испытанию адгезионных соединений измеряется средняя адгезионная прочность. Данная величина вычисляется как отношение разрушающей нагрузки к площади склейки. Подобный подход подразумевает равномерное распределение касательных напряжений. Исследователи давно обнаружили, что средняя адгезионная прочность соединения является сильной функцией геометрических [1] и физико-механических параметров модели и, следовательно, делает малоинформативными и несопоставимыми экспериментальные данные, выполненные на отличающихся образцах. Малочисленные результаты по измерению касательных напряжений по площади склейки с использованием преимущественно поляризационно-оптических методов [2] показывают, что распределение напряжений является нелинейной функцией. При этом наблюдается концентрация напряжений у торцов модели. В связи с этими фактами возникает необходимость детального изучения напряженно-деформированного состояния адгезионных соединений.
06 июня 2019
Оценка точности нелинейного статического метода анализа сейсмостойкости сооружений
В статье рассмотрено практическое применение методики нелинейного статического анализа сейсмостойкости зданий и сооружений. Произведен расчет одноэтажной стальной рамы нелинейным статическим и нелинейным динамическим методами. В результате анализа полученных результатов расчета показана значимость высших форм колебаний и необходимость анализа их влияния на реакцию системы.
06 февраля 2018
Напряженно-деформированное состояние коррозионно - поврежденных железобетонных элементов при динамическом нагружении
С помощью современного программно-вычислительного комплекса  ЛИРА 10.6 выполнена сравнительная оценка напряженно–деформированного состояния  не поврежденного и коррозионно-поврежденного железобетонного элемента при динамическом и статическом нагружении. Проанализировано   влияния ослабленного коррозией бетонного участка сжатой зоны на перераспределение напряжений в сечении.
25 января 2018
Применение технологий BIM при расчете зданий в условиях сложной геотехнической обстановки в связке программ Revit, ЛИРА 10.6 и PLAXIS 3D
В статье рассматривается методика совместной работы ПК ЛИРА 10.6 и PLAXIS 3D посредством API модуля. С позиции инженера-расчетчика рассматриваются возможности передачи моделей между различными программами с применением технологий информационного моделирования.
21 июня 2017
Все публикации
Опыт использования ЛИРА 10 на примере ООО «УралТЭП»
На вебинаре 22 сентября специалисты «УралТЭП» поделятся опытом применения ЛИРА 10 на примере двух объектов энергетики
16 сентября 2020
Вебинар для преподавателей ВУЗов. Применение ЛИРА 10 в учебном процессе.
Приглашаем научно-педагогических работников на бесплатный вебинар по эффективному использованию ЛИРА 10 в ВУЗах
09 сентября 2020
Расчет здания на упругом основании. Решение практических задач.
На вебинаре вы увидите живую демонстрацию работы модуля Грунт и модуля Физическая нелинейность, в том числе и на примере схемы реального здания.
14 августа 2020
Все записи вебинаров