Modelarea Structurilor Prefabricate

StatiCAD oferă instrumente de modelare, analiză și proiectare a conexiunilor pentru structurile industriale prefabricate (preturnate) din beton armat: bare cu secțiune variabilă (nonprismatic) și secțiuni parametrice precast, atribuirea conexiunilor articulate, diagonale echivalente ale diafragmei acoperișului (TBDY 2018 Anexa 8B), mase ale panourilor de fațadă și ale podului rulant, încărcări din poduri rulante, R și D diferiți în partea superioară și în cea inferioară (TBDY 4.3.6), proiectarea conexiunilor conform TBDY Capitolul 8, sarcina seismică a panourilor de fațadă, alunecarea în fundație și proiectarea armăturii grinzilor poligonale/cu secțiune variabilă.

Aceste funcții au fost dezvoltate și comparate pe clădirea-exemplu din cartea „Önüretimli Betonarme Örnek Bir Sanayi Binasının TBDY-2018’e Göre Analiz ve Tasarımı” (Analiza și proiectarea conform TBDY-2018 a unei clădiri industriale-exemplu din beton armat preturnat) a Asociației Prefabricatelor din Turcia (40×75 m, două deschideri, cu nivel intermediar, pod rulant de 200 kN) (vezi Studii de Validare pentru Structurile Prefabricate).

info

În ce ediții? Instrumentele pentru prefabricate (comenzile pentru prefabricate din meniul Macro-uri, șabloanele de secțiuni Precast, fereastra de proiectare a conexiunilor și pagina de conexiuni din raport) se găsesc în ediția StatiCAD Ultimate. Datele prefabricate ale unui proiect pregătit în Ultimate sunt păstrate în fișier; atunci când proiectul este deschis într-o altă ediție, analiza rulează cu aceleași date. Definirea secțiunii variabile (Nonprismatic) există în toate edițiile.

1. Fluxul general

1. În Setări Generale Proiect, introduceți clădirea din beton armat ca tip de clădire, materialul și parametrii seismici. Pentru clădirile cu nivel intermediar, scrieți în casetele R și D coeficienții părții superioare.
2. Definiți secțiunile: stâlpii dreptunghiulari; pentru grinzile de acoperiș înclinate, secțiune variabilă sau șabloane precast (Secțiunile 2 și 3).
3. Desenați stâlpii și grinzile. Selectați grinzile racordate articulat cu dorn, precum grinda de acoperiș, pana și jgheabul, și executați comanda Macro-uri → Articulează capetele grinzilor selectate (M2+M3) (Secțiunea 4).
4. Stabiliți diafragma acoperișului: diafragmă rigidă (implicit) sau diagonale echivalente Anexa 8B (Secțiunea 5).
5. Introduceți masele panourilor de fațadă și ale podului rulant ca masă seismică suplimentară, introduceți încărcările din poduri rulante prin fereastra de pod rulant; la clădirile cu sisteme structurale diferite în partea superioară și inferioară, efectuați setarea R–D diferite (vezi Încărcările Podurilor Rulante, Masele Seismice Suplimentare și R–D Diferite).
6. Verificați opțiunile de analiză și rulați analiza. Armătura grinzilor din beton armat poligonale și cu secțiune variabilă este calculată automat în analiză.
7. Proiectați conexiunile în fereastra Macro-uri → Proiectarea conexiunilor prefabricate (TBDY Capitolul 8)... și adăugați-le la raport (vezi Proiectarea Conexiunilor Prefabricate).

note

Toate comenzile pentru prefabricate se află la sfârșitul meniului Macro-uri din meniul principal. Ferestrele de diagonale, de pod rulant și de conexiuni nu sunt permanente: cât timp fereastra este deschisă, puteți continua să selectați elemente în model.

2. Șabloane de secțiuni parametrice precast

În lista tipurilor de șabloane din fereastra Proprietăți Secțiune Element Bară se găsesc următoarele șabloane. La selectarea unui șablon, tabelul Parametrii Secțiunii afișează dimensiunile (cm) și descrierile lor; în previzualizare, secțiunea este desenată imediat cu etichetele dimensiunilor.

Șablon	Utilizare
Precast I	Grindă precast în I sau cu talpă bulb (bulb tee); lățimile tălpilor, înălțimi, șanfrene și grosimile inimii
Precast T	Grindă de planșeu cu o singură talpă superioară, cu șanfrenuri (partea precast a unei grinzi compozite turnate la partea superioară)
Precast U	Grindă precast cu secțiune în U sau jgheab
Precast Box, Box/Tube	Secțiuni casetate: dimensiuni exterioare, grosimile pereților și ale plăcii
Trapezoidal	Secțiune trapezoidală: lățimea superioară și inferioară, înălțimea

Secțiunea este păstrată în program ca secțiune poligonală; aria, momentul de inerție și centrul de greutate sunt calculate automat din poligon. Deoarece parametrii sunt și ei păstrați, la redeschiderea secțiunii aceasta apare în mod parametric. Configurația armăturii poate fi dată din editorul de poligoane sau, dacă este lăsată necompletată, este generată automat în proiectarea grinzii. La transferul către SAP2000, șabloanele sunt trimise cu propriile definiții de secțiuni precast ale SAP2000.

3. Grinzi cu secțiune variabilă (nonprismatic)

Elementele a căror înălțime variază pe lungime, precum grinda de acoperiș tip fermă, se modelează ca o singură bară; rigiditatea se calculează conform variației reale a secțiunii. Definirea se face în fereastra Definire Secțiune Variabilă, deschisă prin selectarea tipului de șablon Nonprismatic în fereastra Proprietăți Secțiune Element Bară:

Coloană	Descriere
Start Section / End Section	Secțiunea de la începutul și de la sfârșitul tronsonului (din secțiunile prismatice definite anterior; de exemplu dreptunghi 40×26 la capăt și 40×140 la mijloc, sau două secțiuni Precast I diferite)
Length / Length Type	Absolute: lungimea tronsonului în cm. Variable: pondere proporțională; după scăderea tronsoanelor Absolute din lungimea elementului, lungimea rămasă se distribuie tronsoanelor Variable în acest raport.
EI33 / EI22 variation	Modul de variație al rigidității la încovoiere: Linear (EI liniar), Parabolic (√EI liniar; când înălțimea variază într-o secțiune în I dominată de talpă), Cubic (∛EI liniar; dreptunghi cu lățime constantă și înălțime variabilă liniar)

Grinda de acoperiș cu două pante (în două ape) se definește cu două tronsoane: secțiunea de capăt → secțiunea de mijloc → secțiunea de capăt. Aria, constanta de torsiune și ariile de forfecare variază liniar în cadrul tronsonului. Este suficient să selectați numele secțiunii ca secțiune a grinzii; analiza, transferul către SAP2000 (cu toate tronsoanele) și proiectarea armăturii folosesc automat secțiunea variabilă.

info

Cum se calculează? Matricea de rigiditate a elementului este construită prin integrarea flexibilității proprietăților de secțiune variabile pe lungime (inclusiv deformația de forfecare); la secțiune constantă, această matrice este identică cu cea a elementului prismatic, cu precizie numerică. Forțele de încastrare ale încărcării distribuite sunt calculate tot conform secțiunii variabile; capătul gros primește un moment de încastrare mai mare. Masa și greutatea proprie sunt distribuite pe lungime cu aria medie (volumul total este corect).

note

Secțiunea variabilă este luată în considerare numai la grinzi; atribuirea ei unui stâlp nu este acceptată.

4. Conexiuni articulate (cu dorn)

În clădirile prefabricate, grinzile de acoperiș, penele și jgheaburile se racordează de obicei articulat cu dorn la stâlpi. Pentru atribuirea într-un singur pas, selectați grinzile respective (la toate nivelurile) și executați comanda Macro-uri → Articulează capetele grinzilor selectate (M2+M3). Comanda eliberează cele două momente încovoietoare (M2, M3) la ambele capete ale fiecărei grinzi selectate, anulează coeficienții arcului articulației și face articulația activă în toate încărcările; la final, raportează câte grinzi au fost procesate. Pentru un singur capăt, articulația poate fi introdusă și din tabelul de articulații din fereastra de proprietăți a grinzii.

Chiar dacă la grinzi există un decalaj de ax (grinda rămâne sub linia nodului), articulația este aplicată pe partea nodului; grinda cu dorn se comportă ca un reazem simplu real. Forța axială compozită produsă împreună de diafragma rigidă și de decalajul de ax este eliminată din evaluarea încărcării axiale a grinzii.

5. Diafragma acoperișului: diafragmă rigidă sau diagonale echivalente Anexa 8B

Ipoteza implicită este diafragma rigidă pentru fiecare nivel (inclusiv acoperișul) (Setări Generale Proiect → Forțe în Elemente → Diafragmă complet rigidă). La acoperișurile cu pane și compartimentări cu diagonale, unde mii de noduri sunt legate de diafragmă, diafragma rigidă se rezolvă prin transformarea exactă master–slave; nu este necesară nicio setare din partea utilizatorului.

La acoperișurile acoperite cu tablă trapezoidală sau panou sandwich, TBDY Anexa 8B permite reprezentarea rigidității la forfecare a planului acoperișului prin perechi de diagonale echivalente articulate la ambele capete. Pentru aceasta, utilizați fereastra Macro-uri → Diagonale echivalente ale diafragmei acoperișului prefabricat (TBDY Anexa 8B):

Intrare	Descriere	Implicit
Diametrul șurubului Trifon D (mm)	Diametrul șurubului care leagă tabla de pană	4
Grosimea tablei superioare t1 (mm)	Grosimea foii la tabla trapezoidală; tabla superioară la panoul sandwich	0,5
Tabla inferioară t2 (mm)	Tabla inferioară la panoul sandwich; 0 la tabla trapezoidală	0,4
Șuruburi pe unitatea de lungime n (buc/m)	Numărul de șuruburi pe metru de-a lungul penei	5,5
Rezistența de curgere a tablei fy (MPa)		255
Coeficient de siguranță γ		0,67
Număr de diviziuni	În câte celule se împarte spațiul dintre două grinzi, în direcția lungimii grinzii	4
Materialul diagonalei E (MPa)	Modulul de elasticitate al barei echivalente	33227

1. Calculează: Se afișează rigiditatea axială echivalentă (EA)e, forța maximă pe care o poate prelua o diagonală, comparația cu Ec. 8B.1 din TBDY, secțiunea barei echivalente și condițiile de aplicabilitate ale Anexei 8B (distanța dintre pane ≤ 2,0 m, unghiul diagonalei ≈ 45°).
2. Selectați în model cele două grinzi paralele între care se vor construi diagonalele (de exemplu două grinzi de acoperiș vecine) și apăsați butonul Generează diagonale între cele 2 grinzi selectate. Spațiul dintre cele două grinzi este împărțit în numărul ales de celule și în fiecare celulă se amplasează o pereche X. Diagonalele sunt elemente virtuale articulate la ambele capete, fără masă și fără încărcare; ele nu intră în proiectarea betonului armat și nici în cantități.
3. Diagonalele generate și grinzile-sursă rămân selectate. Executați comanda Macro-uri → Împarte grinzile selectate care se intersectează la toate nivelurile pentru ca extremitățile diagonalelor să se unească cu penele și grinzile într-un nod comun.

note

La lucrul cu un acoperiș cu diagonale Anexa 8B trebuie selectat Setări Generale Proiect → Forțe în Elemente → Diafragmă semirigidă. Pentru comparație, se recomandă să rulați și soluția cu diafragmă rigidă.

6. Opțiuni de analiză

Opțiune	Locație	Descriere
Diafragmă complet rigidă / semirigidă	Setări Generale Proiect → Forțe în Elemente	La acoperișul cu diagonale Anexa 8B se selectează semirigidă; altfel se recomandă diafragma rigidă.
Atribuirea diafragmei rigide în analiza modală	Setări Generale Proiect → Forțe Seismice	Cu opțiunea „Se execută”, model redus cu trei grade de libertate pe nivel (UX, UY, RZ); nodurile aflate la cota nivelului (±2 cm) sunt legate de nivel.
Ia în considerare planșeele în analiza modală cu diafragmă rigidă	Setări Generale Proiect → Forțe Seismice	Contribuția cojilor de planșeu la rigiditate există în soluția statică, dar implicit nu există în analiza modală cu diafragmă rigidă; de aceea perioadele modale ies puțin mai lungi, iar deplasările statice puțin mai mici (2–5%). Pentru a egaliza cele două soluții, poate fi activată la modele mici; la acoperișurile mari cu pane și compartimentări cu diagonale nu este recomandată din cauza necesarului de memorie.
Nu lega nodurile intermediare ale grinzilor de diafragma rigidă	Setări Generale Proiect → Forțe Seismice	Când axele grinzilor sunt modelate sub linia nodului, nodurile de divizare ale grinzii sunt legate de diafragma rigidă și astfel grinzile devin compozit rigidizate. Când opțiunea este activată, numai nodurile de divizare rămân în afara diafragmei; nodurile stâlpilor, pereților și intersecțiilor de grinzi rămân legate. Implicit este dezactivată și se salvează împreună cu proiectul.

7. Limitele domeniului de aplicare

• Secțiunea variabilă este luată în considerare numai la grinzi; calculul secțiunilor precomprimate este în afara domeniului.
• Verificarea consolei scurte (guse) și a consolei podului rulant, verificarea fundației de tip pahar (cu locaș) și verificările din faza de montaj nu există în această ediție.
• Rigiditatea la forfecare a acoperișului semirigid cu diagonale Anexa 8B trebuie evaluată împreună cu soluția cu diafragmă rigidă.
• La detaliul de îmbinare aripă–perete al șablonului Precast U există o mică diferență de arie față de SAP2000 (−4% la secțiunea-exemplu).

8. Situații frecvente

Simptom	Soluție
În meniul Macro-uri nu există comenzi pentru prefabricate; în lista de secțiuni nu apar șabloanele Precast.	Instrumentele pentru prefabricate sunt active în ediția Ultimate.
Diagonalele generate nu se unesc cu penele.	Executați comanda Macro-uri → Împarte grinzile selectate care se intersectează la toate nivelurile cu diagonalele și grinzile selectate.
Perioada dominantă este mai scurtă decât se aștepta.	Este rezultatul ipotezei de diafragmă rigidă a acoperișului; explicația se găsește în articolul de validare.