Expertul pentru scări

Acest articol descrie modul în care expertul pentru scări din StatiCAD construiește o scară din beton armat de tip placă (cu o singură rampă, în U, în L și cu trei rampe), o analizează, îi dimensionează armătura conform TS500 și transferă reacțiunile din reazeme la structură.

Figura 1 – Scară în U cu bare înclinate: secțiunea reală, pozițiile armăturilor și tabelul rezultatelor TS500

1. Despre acest articol

Expertul construiește parametric o scară din beton armat de tip placă în clădirile din beton armat și din zidărie, o analizează cu propriile modele shell și de fâșie, alege armătura conform TS500 și aplică reacțiunile din reazeme ca încărcări pe grinzile, pereții structurali, pereții și stâlpii structurii. Scările se selectează, se copiază, se mută și se șterg în plan și în vizualizările 3D la fel ca celelalte elemente; în planul de cofraj se desenează conturul scării și pozițiile armăturilor, la care se adaugă o secțiune și desfășurarea armăturilor, iar raportul de calcul primește un capitol propriu.

info

În ce ediții? Expertul pentru scări poate fi folosit în toate edițiile StatiCAD.

Detaliile arhitecturale, precum balustradele, mâna curentă și vangurile, nu intră în sfera expertului; greutatea lor poate fi introdusă ca Încărcare permanentă suplimentară.

2. Cum funcționează?

2.1. Tipuri de scări

Tip	Părți	Reazeme implicite (descărcare longitudinală)
T1 Cu o singură rampă	K1 (podest de nivel jos/sus, opțional)	K1: început articulat, sfârșit cu reazem simplu
T2 U (cu podest intermediar)	K1, S1, K2	Capetele rampelor la nivelul etajelor; trei laturi ale podestului intermediar cu reazem simplu (perete sau grindă)
T3 L (cu podest de colț)	K1, S1, K2	Laturile exterioare ale podestului de colț cu reazem simplu, latura interioară (stânga) liberă
T4 Cu trei rampe	K1, S1, K2, S2, K3	Ca la T3; două podeste de colț

Scara se construiește de-a lungul unei linii a pasului: se dau un punct de început, un unghi de urcare și un sens de întoarcere (dreapta/stânga), iar expertul dispune pe rând rampele (K) și podestele (S). Numărul de contratrepte și lățimea treptei se stabilesc automat, prin împărțirea înălțimii etajului după regula 2h + b ≈ 63 cm; numărul de contratrepte al fiecărei rampe, lățimile rampelor și adâncimile podestelor pot fi introduse și manual.

2.2. Suprafața de analiză și modelele

Suprafața de analiză este fața superioară a plăcii; frângerile se află pe laturile podestelor. Încărcarea rampei se calculează pe proiecția orizontală (placa γ·t/cos α + umplutura treptelor γ·h/2 + finisaje + tencuiala/cos α).

• Fâșie cu axă frântă (A1): fiecare rampă se rezolvă ca un cadru plan, împreună cu podestele de la capetele ei. Deoarece comportarea pe reazem a podestului intermediar este incertă, se folosește înfășurătoarea a două modele limită: latura podestului ca reazem la capătul rampei / fâșia care continuă prin podest până la latura opusă. Podestul se rezolvă separat, ca fâșie transversală încărcată cu reacțiunile rampelor. Este o verificare acoperitoare.
• FEM shell (A2, recomandat): rampele și podestele se discretizează cu elemente shell dreptunghiulare (membrană Q6 + placă MITC4), cu noduri comune de-a lungul liniilor de frângere. Momentele de placă se transformă în momente de calcul cu Wood–Armer și se mediază pe lățimea fâșiei; eforturile de membrană (în plan) se adaugă și ele la armătură (Secțiunea 8). Pentru podestele rezemate pe trei laturi, podestele de colț, podestele care reazemă pe stâlpi și scările autoportante, rezultatul realist îl dă modelul shell.

2.3. Modul de descărcare

• Longitudinală (implicit): rampa se descarcă pe direcția de urcare; laturile podestului intermediar reazemă pe pereți sau pe grinzi.
• Transversală: rampele sunt rezemate pe ambele laturi (între doi pereți).
• Autoportantă (podest nerezemat): podestele intermediare nu reazemă pe niciun element; scara este fixată numai la legăturile cu planșeele (articulat) și lucrează ca o placă pliată. Încărcarea este preluată printr-un cuplu de forțe orizontale între cele două legături cu planșeele: o rampă este întinsă, cealaltă comprimată, iar ambele preiau încovoiere în planul lor. Aceste efecte se iau din eforturile de membrană ale modelului shell și se adaugă la armătură (Figura 10).

2.4. Moduri de analiză

• Independent: scara se analizează numai cu propriul model; în structură nu se scrie nimic.
• Independent + reacțiuni aplicate structurii (recomandat, implicit): reacțiunile laturilor se scriu ca încărcări liniare (G și Q separat, kg/m) pe grinda, centura sau peretele de reazem, iar reacțiunile stâlpilor de colț ca încărcări concentrate în nodul de pe axa stâlpului. Aceste încărcări intră în analiza clădirii atât ca încărcare verticală, cât și ca masă.
• Integrat: scara intră ca elemente shell în modelul cu elemente finite al clădirii. Această opțiune nu este încă disponibilă (este dezactivată în fereastră).

3. Deschiderea, amplasarea și editarea

Expertul se deschide din Desenare → Scară (expertul pentru scări)..., din Macro-uri → Expertul pentru scări... sau cu butonul de scară din bara de instrumente din stânga (sub butonul de acoperiș). În partea stângă a ferestrei se află previzualizarea (Plan / Secțiune / 3D), iar în dreapta filele.

1. Apăsați Amplasează în plan ▶; fereastra se ascunde.
2. Faceți clic pe punctul de început în planul etajului (colțul exterior al primei contratrepte a primei rampe, în funcție de sensul de întoarcere).
3. Deplasați mouse-ul pe direcția de urcare; scara este previzualizată. Al doilea clic stabilește unghiul de urcare. Clicul dreapta anulează operația.
4. Fereastra se redeschide cu noua poziție; apăsați Analizează pentru a vedea rezultatele și Adaugă în model ✔ pentru a adăuga scara.

tip

Sfat: X/Y de început și unghiul de urcare pot fi introduse și numeric în fila Geometrie (cm, grade). Când se editează o scară existentă, butonul devine Actualizează ✔, iar încărcările aplicate de scara veche sunt eliminate mai întâi. Șterge scara elimină scara și încărcările ei.

3.1. Selectarea, modificarea proprietăților, ștergerea

Figura 2 – Meniul clic dreapta pe o scară

Figura 3 – Proprietățile a două scări deodată: câmpurile cu valori diferite sunt goale

• Clic stânga pe o scară: o selectează / îi anulează selecția (scara selectată se desenează cu roșu și cu linie îngroșată).
• Selecție cu cadru: un cadru trasat de la stânga la dreapta selectează numai scările aflate complet în interior; un cadru trasat de la dreapta la stânga selectează scările care îl intersectează sau se află în interior (aceeași regulă ca la celelalte elemente). Selectează tot selectează și scările de pe etajul activ.
• Clic dreapta pe o scară: meniul oferă „Proprietățile scării M1” (nu este necesară selecția; se deschide expertul scării de sub cursor), Modificarea proprietăților scărilor selectate și Șterge.
• Proprietăți multiple: când sunt selectate mai multe scări, expertul se deschide o singură dată; câmpurile ale căror valori diferă între scări sunt goale. La apăsarea OK, numai câmpurile completate se aplică fiecărei scări; în câmpurile lăsate goale, fiecare scară își păstrează propria valoare. La aceeași fereastră se ajunge și cu butonul Proprietăți (proprietățile elementelor selectate) din bara de instrumente, alegând Scară.
• Șterge (din meniul clic dreapta sau cu tasta Delete) elimină scările selectate și încărcările transferate de ele; cu Anulare ele se restabilesc.

3.2. Copiere, mutare, simetrie, element similar

Figura 4 – Copia și imaginea în oglindă a scării selectate; ele apar și în vizualizarea 3D

• Copiază / Mută / Copiază în serie elementele selectate: scările selectate se copiază sau se mută cu aceleași puncte de referință și țintă ca celelalte elemente; copierea în serie repetă aceeași deplasare de numărul de ori cerut.
• Realizează simetria elementelor selectate: se creează o copie simetrică a scării față de linia de simetrie; sensul de întoarcere (dreapta/stânga) se inversează.
• Desenează element similar: în plan se amplasează o scară nouă, cu parametrii scării pe care s-a făcut clic dreapta (două clicuri, confirmare în expert).
• Taie un singur element: scara pe care s-a făcut clic dreapta se mută în același mod într-un loc nou.

În timpul acestor operații, încărcările scărilor sunt mai întâi eliminate din structură; la final, încărcările fiecărei scări sunt transferate din nou la grinzile, pereții și stâlpii de la noua ei poziție, iar pereții și grinzile copiate nu preiau încărcări orfane de la scări.

3.3. Agățarea la punctele finale

Colțurile părților scării și îmbinările rampă–podest (punctele de frângere) sunt puncte de agățare a cursorului. Când scara este desenată înaintea structurii, grinzile, pereții și stâlpii pot fi amplasați pe aceste puncte, astfel încât să se potrivească bine cu scara.

3.4. Vizualizarea 3D și stratul

Figura 5 – Scări selectate în vizualizarea 3D (cu roșu)

Figura 6 – Caseta Scări din setările straturilor

Scările sunt afișate în vizualizările 3D cu geometria lor reală (plăcile podestelor, placa înclinată a rampei și treptele); intradosul plăcii rampei se prelungește până la intradosul podestului superior. În fereastra de selecție 3D, o scară se selectează cu clic pe ea sau cu un cadru (scările selectate sunt roșii); Proprietăți element din meniul clic dreapta deschide proprietățile scărilor selectate (toate etajele), iar Șterge le șterge.

Debifarea casetei Scări din fereastra Vizualizare → Straturi afișate (Setări straturi) ascunde scările în plan și în 3D și le face neselectabile (selecția scărilor ascunse se anulează). La un proiect nou, caseta este bifată din nou.

3.5. Proiect nou și copierea etajului

Proiect nou șterge scările proiectului anterior. Copiere etaj copiază scările etajului sursă (numai pe cele selectate, la copierea elementelor selectate) în etajele țintă; la copierea completă, scările vechi ale etajului țintă sunt șterse. Dacă înălțimea etajului țintă este diferită, înălțimea scării se modifică cu aceeași diferență (dacă înălțimea scării diferă de cea a etajului, această diferență se păstrează), contratreptele se redistribuie, iar încărcările se transferă cu noua geometrie. La sfârșitul copierii se raportează, pentru fiecare scară, înălțimea etajului și a scării, numărul de contratrepte și înălțimea contratreptei; se dă un avertisment dacă lungimile rampelor se modifică sau dacă limitele ergonomice sunt depășite (scara poate să nu mai încapă în golul scării).

4. Fila Geometrie

Figura 7 – Fila Geometrie și previzualizarea în plan (denumirile laturilor și culorile reazemelor)

• Tip: tipul scării; Descărcare: longitudinală, transversală sau autoportantă (Secțiunea 2.3); Întoarcere: dreapta / stânga.
• Amplasare: etajul, X/Y de început, unghiul de urcare, cota de început (de la baza etajului) și înălțimea totală (implicit înălțimea etajului).
• Trepte: criteriul determinant (automat 2h+b=63 / numărul de contratrepte / înălțimea contratreptei), înălțimea maximă a contratreptei și lățimea treptei.
• Rampe și podeste: lățimile rampelor, numărul de contratrepte pe rampă (0: automat), adâncimile podestelor (0: automat), distanța dintre rampe la scările în U, lungimile podestelor de nivel de jos/de sus, grosimile plăcii rampei și ale podestelor.

Verificările ergonomice se fac instantaneu și apar ca avertismente deasupra previzualizării: 60 ≤ 2h + b ≤ 64 cm, h ≤ 18 cm, b ≥ 27 cm, lățimea rampei ≥ 120 cm, adâncimea podestului ≥ lățimea rampei.

5. Fila Reazeme

Figura 8 – Fila Reazeme și previzualizarea 3D

Sunt listate toate laturile de contur ale scării (de exemplu K1.bas = început, S1.son = sfârșit, S1.sag = dreapta, S1.sol = stânga, K2.son). Pentru fiecare latură se alege un tip de reazem: liber, simplu (blocare pe verticală), articulat (pe verticală + orizontală) sau încastrat; pentru laturile podestelor există și opțiunea stâlpi la colțuri.

Detectează din structură (grinzi/pereți) caută un element de reazem sub fiecare latură rezemată și îl scrie în coloana Element structural:

• Grindă / centură: la etajul laturii sau la etajele vecine, cu cota superioară la cel mult 40 cm de cota laturii, cu axa la cel mult 25 cm de linia laturii, suprapusă cu latura pe cel puțin 10 cm și paralelă cu ea (diferența de unghi < 10°).
• Perete: cota laturii între cotele inferioară și superioară ale peretelui (±20 cm), axa la cel mult jumătate din grosimea peretelui + 10 cm de linia laturii, suprapunere de cel puțin 10 cm. Astfel, într-o clădire din zidărie, podestul intermediar reazemă pe pereții casei scării.
• Stâlpi la colțuri: când podestul este legat direct de stâlpi, fără grindă de podest — o latură de podest fără grindă / perete dedesubt are câte un stâlp la ambele capete (axa stâlpului mai aproape de colț decât 0,6·max(b, h) + 10 cm) —, latura devine automat stâlpi la colțuri, iar celelalte laturi ale aceluiași podest care nu au element de reazem sunt lăsate libere (rezemare numai la colțuri). În modelul shell, nodurile aflate la cel mult 25 cm de capetele laturii sunt blocate pe verticală; reacțiunile de la colțuri se transferă ca încărcări concentrate G/Q în nodul de pe axa stâlpului, la cota podestului, și se face o verificare la străpungere conform TS500 8.3.1: Vpd = 1.4G + 1.6Q, perimetrul critic al stâlpului de colț up = (c1 + d/2) + (c2 + d/2), τpd = Vpd / (up · d) ≤ fctd.

Laturile setate de utilizator nu sunt modificate; atribuirile automate se reevaluează când se modifică structura.

danger

Avertisment: Dacă sub o latură rezemată nu se găsește niciun element, în fila de rezultate și în raport apare avertismentul „nu s-a găsit niciun element de reazem”, iar reacțiunea acelei laturi nu se transferă la structură. Fie adăugați o grindă de podest/un perete, fie faceți latura liberă. Într-un cadru din beton armat, o grindă de podest între stâlpi poate crea un stâlp scurt (TBDY 7.3.8).

6. Fila Încărcări și material

Figura 9 – Fila Încărcări și material; treptele, placa rampei și podestele în previzualizarea 3D

• Finisaje: grosimea finisajului treptelor și a contratreptelor, greutatea specifică a finisajului, tencuiala de la intrados, greutatea specifică a betonului treptelor, încărcarea permanentă suplimentară (balustradă etc., pe proiecția orizontală).
• Încărcare utilă (TS 498): locuințe 3,5 kN/m², clădiri publice 5,0 kN/m² sau o valoare dată de utilizator.
• Material: clasa betonului, oțelul pentru armături, acoperirea cu beton (până la axa barei).
• Dispunerea armăturii: cu bare drepte (bare inferioare și superioare drepte) sau cu bare înclinate: barele longitudinale inferioare se dispun ca 1 bară dreaptă + 1 bară înclinată de același diametru, fiecare la distanță dublă; barele înclinate sunt considerate armătură superioară pe reazeme (se îndoaie la L/5, la 45°), iar armătura superioară care mai este necesară se asigură cu bare suplimentare.

Diametrele de bare disponibile se iau din listele Scară (inferioară, superioară, suplimentară, înclinată) din fereastra Selectarea armăturii a proiectului.

7. Fila Analiză

Se aleg Modul de analiză (Secțiunea 2.4), Metoda (fâșie cu axă frântă / FEM shell) și dimensiunea maximă a elementelor din rețeaua shell. Cu metoda shell, soluția prin metoda fâșiei se calculează în continuare și se afișează în rezultate ca verificare acoperitoare. O scară tipică în U se rezolvă în mai puțin de 50 ms.

8. Rezultate și proiectarea conform TS500

Vizualizarea Secțiune a previzualizării arată geometria reală a treptelor: linia superioară a rampei trece prin baza contratreptelor, intradosul se află la t / cos α sub ea, iar frângerile se află la intersecțiile liniilor vecine. La scările în U, secțiunea este o secțiune verticală reală, cu ambele rampe și podestul intermediar. După analiză se desenează și pozițiile armăturilor (roșu – inferioare, mov – înclinate, albastru – superioare).

Pentru fiecare parte (rampă și podest) se dimensionează patru straturi de armătură — inferior/superior, longitudinal/transversal — pentru combinația de calcul 1.4G + 1.6Q:

• As = Md / (0.86 · fyd · d) (la fel ca la calculul planșeelor în StatiCAD).
• Rampă: ρmin = 0.002 (0,003 pentru S220); armătura de repartiție ≥ As/5; distanța dintre bare ≤ min(1,5h; 20 cm), iar pentru armătura de repartiție ≤ 30 cm.
• Podest: ≥ 0,0015 pe fiecare direcție, ≥ 0,0035 în total (0,004 pentru S220).
• Forța tăietoare: Vd ≤ Vcr = 0.65 · fctd · b · d; grosimea: h ≥ ln/25 (/30 cu ambele capete încastrate, /12 în consolă) — dacă este îndeplinită, nu este necesar calculul săgeții; ρ ≤ 0.02.
• Distanța dintre bare se rotunjește în jos la centimetri întregi, minimum 10 cm.
• Eforturi de membrană (în plan) (metoda shell): în fiecare secțiune se iau rezultantele pe lățime, N (întindere +) și momentul în plan M; modelul cu tălpi dă pe marginea întinsă o forță de întindere T = |M| / (0.8 B) + N / 2, distribuită pe jumătatea întinsă: As,mem = T / (B/2 · fyd) se adaugă în mod egal pe ambele fețe. Se verifică forța tăietoare în plan Vin ≤ 0.65 fctd t (0.8 B). Efectul este mic la descărcarea longitudinală și devine determinant la scările autoportante.

Figura 10 – Scară în U autoportantă (podest nerezemat): vedere 3D laterală și rezultate; efortul de membrană în rampa întinsă (K2) N = 101 kN, M în plan = 56 kNm, armătura inferioară longitudinală Ø10/15

Fila de rezultate prezintă, de asemenea, reacțiunile laturilor (kN), verificarea echilibrului modelului shell (încărcarea totală = reacțiunea totală) și momentele acoperitoare ale metodei fâșiei.

9. Transferul încărcărilor la structură

În modul „reacțiuni aplicate structurii”, Adaugă în model distribuie uniform reacțiunile G și Q ale fiecărei laturi rezemate pe lungimea elementului găsit și le adaugă grinzii/centurii sau peretelui ca încărcare suplimentară (kg/m); la laturile cu stâlpi la colțuri, reacțiunea se scrie în nodul stâlpului ca încărcare concentrată (kN). Fiecare transfer se memorează în datele scării: când scara este editată sau ștearsă, încărcările anterioare sunt eliminate și se scriu cele noi, astfel încât încărcările nu se dublează niciodată. Operația poate fi anulată cu comanda Anulare.

Actualizare la analiză: este posibil ca scara să fi fost desenată înaintea structurii sau ca structura să se fi modificat între timp. La începutul fiecărei analize, încărcările scărilor care transferă încărcări sunt eliminate, reazemele sunt recunoscute din nou din structură (grinzi, pereți structurali, pereți, stâlpi de colț), iar încărcările sunt scrise din nou; două analize rulate una după alta dau același rezultat.

Dacă o parte a laturii se află deasupra unui gol de ușă sau de fereastră (mai puțin de 80% din latură se află pe elemente de reazem), reacțiunea se dă totuși elementelor găsite și se afișează avertismentul „numai …% din latură reazemă pe elemente de reazem”; deasupra golului poate fi necesar un buiandrug sau o grindă de podest.

Scara însăși nu este un element al analizei clădirii și nu generează avertismente noi în analiză. Contribuția seismică a scării (efectul de diagonală comprimată, stâlpii scurți) nu este luată în considerare (Secțiunea 12).

10. Desene

Figura 11 – Secțiunea și desfășurarea armăturilor pe planșă: barele în afara secțiunii, cu formele, denumirile și dimensiunile lor

• Planul de cofraj: conturul scării, liniile contratreptelor, săgeata de urcare și eticheta (M1 Risers: 18 × 16.7 cm Tread: 29.5 cm). Fiecare poziție de armătură se desenează de-a lungul axei părții sale, cu forma rabătută în plan (cârlige, îndoirea barei înclinate), cu linia zonei de distribuție și cu eticheta ei. Partea „de sus” a secțiunii este orientată pe planșă în sus (la părțile verticale, spre stânga): barele superioare se află pe acea parte, cu cârligele în jos, iar cârligele barelor inferioare sunt orientate în sus. Etichetele sunt aliniate deasupra liniei barei. Armătura scării intră în metrajul de armătură al etajului.
• Secțiune și desfășurarea armăturilor (1/20): titlul M1 STAIR SECTION AND BAR DETAILS SCALE: 1/20 Risers … Material …. Secțiunea reală (la scările în U rampele una deasupra celeilalte, la celelalte tipuri secțiunea desfășurată) cu profilul treptelor, barele inferioare și superioare, barele prelungite cu 40Ø în partea vecină la frângeri (barele inferioare unde panta scade, barele superioare unde panta crește; o prelungire care ajunge la linia de acoperire a feței opuse continuă de-a lungul ei), barele superioare de la capete (L/4 și lungimea de ancorare), punctele barelor de repartiție și cotele.
• Desfășurarea armăturilor: fiecare poziție longitudinală se desenează din nou în afara secțiunii, puțin dincolo de fața betonului, cu forma ei proprie; denumirea și dimensiunea ei se scriu de-a lungul barei (de exemplu K1 left top extra: 8Ø8/16 L=88, K1 straight bottom, S1 top distribution). La scările în U, desfășurările rampei inferioare se află dedesubt, cele ale rampei superioare și ale podestului de nivel superior deasupra, iar cele ale podestului intermediar în partea de jos; etichetele barelor de repartiție sunt legate de bare printr-o linie de indicație.

Figura 12 – Pozițiile armăturilor scării în planul de cofraj

11. Raportul de calcul

Figura 13 – Din raportul de calcul al scării: date generale, vederile în plan și în secțiune ale expertului în capitolul de geometrie, tabelul părților

Când modelul conține scări, fereastra Selectare raport afișează nodul Raport de calcul pentru scări (TS500). Raportul are aceeași structură ca celelalte rapoarte de calcul: antet de pagină cu logo (proiectant, numele proiectului, rezumat MD5, pagina), subsol de pagină cu cod QR (versiunea programului, licența, nr. analizei, data, fișierul), bandă de titlu albastră și notă privind metoda, câte un titlu încadrat cu albastru deschis pentru fiecare bloc și tabele încadrate cu 8 coloane.

Capitole: 1 date generale; 2 geometrie și ergonomie (cu vederile în plan și în secțiune ale expertului); 3 încărcări; 4 modelul de analiză, reacțiunile din reazeme și încărcările transferate la structură; 5 proiectarea de beton armat (Md, As necesar/minim/de calcul și barele alese pentru fiecare parte); 5b eforturi de membrană (în plan); 6 verificări la forță tăietoare și ale grosimii; 6b verificarea la străpungere a stâlpului de colț; 7 verificarea prin metoda fâșiei; 8 avertismente.

12. Limite

• Analiza integrată (scara ca elemente shell în modelul cu elemente finite al clădirii) nu este încă disponibilă.
• Rampele și podestele sunt dreptunghiulare; nu sunt disponibile scări circulare, cu trepte balansate sau cu trepte în consolă.
• Acțiunea seismică asupra scării și verificarea stâlpului scurt nu sunt automatizate.
• La verificarea la străpungere a stâlpului de colț se neglijează transferul momentului neechilibrat.
• Detaliile arhitecturale, precum balustradele, mâna curentă și vangurile, nu sunt desenate.