4 ОСНОВИ РОЗРАХУНКУ БУДІВЕЛЬНИХ КОНСТРУКЦІЙ
ЗА МЕТОДОМ СКІНЧЕННИХ ЕЛЕМЕНТІВ
4.4 Основи розрахунку несучих конструкцій багатоповерхо¬вого житлового будинку за методом скінченних елементів

4.4.2 Розрахункова модель споруди

Розрахункова модель (рис. 4.4.4 - 4.4.8), що береться в вигляді просторової системи, найбільш повно відображає особливості роботи просторового каркасу будівлі. При побудові моделі використовувались стандартні типи скінченних елементів (табл. 4.4.1). Характеристики елементів подані в таблиці 4.4.2.

Палі моделювались стержневими елементами перерізом 35×35 см і довжиною 1 м. Модуль пружності такого елементу обчислювався за результатами випробування паль:

Е=139/(0,025∙0,35∙0,35)=45388 т/м2.
Highslide J
Рисунок 4.4.4 – Загальний вигляд комп'ютерної моделі

Highslide J
Рисунок 4.4.5 – Комп'ютерна модель підвалу

Highslide J
Рисунок 4.4.6 – Комп'ютерна модель першого поверху

Highslide J
Рисунок 4.4.7 – Комп'ютерна модель типового поверху

Highslide J
Рисунок 4.4.8 – Комп'ютерна модель технічного поверху

Таблиця 4.4.1 – Типи скінченних елементів (СЕ), що використовуються при побудові комп'ютерної моделі
№ СЕ Найменування СЕ Площина
розташування		 Ступені
волі		 Коментарій
10 Універсальний стержень
довільна X, Y, Z, UX, UY, UZ 1. Використовується для одно–,  дво–,  і тривимірних задач.
41 Універсальний прямокутний елемент оболонки
 довільна X, Y, Z, UX, UY, UZ 1. Допускається наявність пружної основи.
2. Враховуються властивості матеріалу:
- ізотропія;
- трансверсальна
ізотропія;
- ортотропія;

- анізотропія.
42 Універсальний трикутний елемент оболонки
 довільна X, Y, Z, UX, UY, UZ 1. Допускається наявність пружної основи.
2. Враховуються властивості матеріалу:
- ізотропія;
- трансверсальна
ізотропія;
- ортотропія;

- анізотропія.
44 Універсальний чотирикутний елемент оболонки
 довільна X, Y, Z, UX, UY, UZ 1. Допускається наявність пружної основи.
2. Враховуються властивості матеріалу:
- ізотропія;
- трансверсальна
ізотропія;
- ортотропія;

- анізотропія.

Таблиця 4.4.2 – Параметри скінченних елементів комп'ютерної моделі
№ СЕ Геометричні параметри Фізико-механічні параметри Положення в конструктивній схемі будинку
1 Брус 35×35 E=45388, ν=0.2,  Ro=2,5 Палі
2 Брус 40×40 E=3,06e+006,  ν=0.2, Ro=2,5 Колони
3 Брус 30×40 E=3,06e+006, ν=0.2, Ro=2,5 Колони
4 Пластина H40 E=3,06e+006,   ν =0.2, Ro=2.5 Діафрагми жорсткості
5 Пластина H30 E=3,06e+006,   ν =0.2, Ro=2.5 Діафрагми жорсткості, стіни шахт ліфтів, стіни сходової клітки
6 Пластина H25 E=3,06e+006,   ν =0.2, Ro=2.5 Стіни шахт ліфтів
7 Пластина H20 E=3,06e+006,   ν =0.2, Ro=2.5 Перекриття на всіх поверхах будинку
8 Пластина H40 E=2.75e+006,   ν =0.2, Ro=2.5 Стіни підвалу
9 Брус 1×1 E=3,06e+006,  ν=0.2, Ro=0,1 Фіктивні стержні для реалізації лінійних навантажень від ваги зовнішніх стін та вітрового навантаження
10 Пластина H120 E=2,75e+006,  ν =0.2, Ro=2.5 Плита ростверка
Позначення:
Ro – об'ємна вага матеріалу елементів розрахункової моделі, тс/м3;
E - модуль пружності, тс/м2.
ν – коефіцієнт Пуассона

Для визначення напружено-деформованого стану будівлі та підбору армування до моделі були прикладені статичні та динамічні навантаження (табл. 4.4.3).

Для визначення сейсмічних сил за спектральним методом [15] використовувались коефіцієнти:  k1=0,3;  k2=1;  k3=1,9;  kгр=0,8;  ао=0,1.

Маси зосереджувались у вузлах скінченних елементів. Значення мас формувались із вертикальних навантажень з врахуванням коефіцієнтів:

0,9 – для постійних навантажень;

0,8 – для довготривалих навантажень;

0,5 – для короткочасних навантажень.


Таблиця 4.4.3. – Таблиця навантажень
№ п/п Н а з в а Нормативне γfm/γfe Розрахункове
1 ПОСТІЙНЕ
  Власна вага несучих конструкцій Визначається автоматично 1,1 Визначається автоматично
2 ПОСТІЙНЕ
  на плиту покриття
- власна вага над тех. поверхом
- власна вага над котельною
- вага парапету		 134 кг/м2
168  кг/м2
240 кг/м		   172,4 кг/м2
215,1 кг/м2
288 кг/м
  на підлогу котельної
- вага пола і інж. обладнання
- вага зовнішніх стін		 440,8 кг/м2
812  кг/м		   526,5 кг/м2
974 кг/м
  на підлогу техн. поверху
- вага підлоги, інж. комунікацій
- вага зовнішніх стін
- вага ліфтового обладнання		 161,1 кг/м2
522 кг/м
884 кг/м2 		  193,3 кг/м2
626 кг/м
928 кг/м2
  на перекриття типового поверху
- вага підлоги, інж. комунікацій
- вага зовнішніх стін		 162,3 кг/м2 650  кг/м 1,2
1,2		 199,5 кг/м2
780  кг/м
  на підлогу офісного поверху
- вага підлоги, інж. комунікацій
- вага зовнішніх стін		 187,3 кг/м2
858   кг/м		 1,2
1,2		 231,05 кг/м2
1030  кг/м
  на плиту ростверку
- вага підлоги
- боковий тиск ґрунту на стіни підвалу		 114  кг/м2
2223 кг/м2		 1,2
1,15		 147,8 кг/м2
2556  кг/м2
3 ДОВГОТРИВАЛЕ
  вага тимчасових перегородок
- на підлогу тех. поверху
- на перекр. типового поверху
- на підлогу офісного поверху
- на ростверк		 27,5 кг/м2
90 кг/м2
90  кг/м2
90  кг/м2		 1,2
1,2
1,2
1,2		 33  кг/м2
108 кг/м2
108 кг/м2
108 кг/м2
4 КОРОТКОЧАСНЕ
  - на підлогу котельної
- на підлогу технічного поверху
- на перекр. типового поверху:
      - житлові приміщення
      - коридори, сходи
      - балкони
- на підлогу офісного поверху:
      - офісні приміщення
      - коридори, сходи
- на фундаментну плиту		 200 кг/м2
200 кг/м2

150 кг/м2
300 кг/м2
200 кг/м2

200 кг/м2
300 кг/м2


200 кг/м2		 1,2
1,2

1,3
1,2
1,2

1,2
1,2
1,2		 240 кг/м2
240 кг/м2

195 кг/м2
360 кг/м2
240 кг/м2

240 кг/м2
360 кг/м2
240 кг/м2
5 КОРОТКОЧАСНЕ
  - снігове 52 кг/м2   120 кг/м2
6 ВІТРОВЕ СТАТИЧНЕ ПО Х      
7 ВІТРОВЕ СТАТИЧНЕ ПО У      
8 СЕЙСМІЧНЕ ПО Х      
9 СЕЙСМІЧНЕ ПО У      

Таблиця 4.4.4 – Коефіцієнти сполучень навантажень для статичного і динамічного розрахунку комп'ютерної моделі з врахуванням сейсмічних впливів
№ п/п Найменування Коефіцієнти РСЗ
1
головне		 2
головне		 3
головне
1 Постійне (власна вага)       1,1 1 1 1 0,9
2 Постійне       1,1 1 1 1 0,9
3 Довготривале       1,2 1 1 0,95 0,8
4 Короткочасне       1,2 0,35 1 0,9 0,5
5 Сніг       2,33 0,35 1 0,9 0,5
6 Вітер по осі Х   1 1 5,43 0 0 0 0,5
7 Вітер по осі Y   1 1 5,43 0 0 0 0,5
8 Сейсміка по X   1 1 1,0 0 0 0 1
9 Сейсміка по Y   1 1 1,0 0 0 0 1