Jak zaprojektować budynek żelbetowy: model, obliczenia statyczne i zbrojenie teoretyczne

Typowy budynek żelbetowy da się przeprowadzić w jednym programie od pustego ekranu do notki obliczeniowej. Ten poradnik pokazuje całą ścieżkę w trybie „Budynek” programu IgentForm na prostym przykładzie: model kondygnacji, obciążenia i kombinacje, obliczenia statyczne, teoretyczne powierzchnie zbrojenia, notkę obliczeniową i przejście do budynku wielokondygnacyjnego.

Kolejność kroków jest taka sama jak w filmie powyżej — możesz czytać i oglądać równolegle.

Krok 1. Kondygnacja: płyta, ściany, słupy i belki

Pracę zaczynasz od płyty pierwszej kondygnacji. Jej kontur może być dowolny. Przy wskazywaniu punktów pomagają opcje dociągania oraz siatka, którą można dowolnie modyfikować.

IgentForm jest modelerem bryłowym, więc narysowana płyta od razu staje się bryłą. W praktyce jedna bryła odpowiada jednej kondygnacji. Ma to konkretną zaletę: wszystkie zewnętrzne linie konturu zaznaczasz jednym ruchem i za jednym razem definiujesz na nich ściany zewnętrzne.

Następnie:

• wskazujesz punkty i dodajesz ściany wewnętrzne,
• dodajesz słupy i belki — po tym kroku schemat statyczny prostego budynku jest gotowy,
• wstawiasz otwory drzwiowe i okienne z bazy otworów, którą można rozbudowywać o własne wymiary.

Jeśli masz rzut w pliku DXF, nie musisz rysować od zera: program wczytuje podkłady DXF i pozwala modelować konstrukcję na ich podstawie.

Gotowa kondygnacja: płyta o dowolnym konturze, ściany i otwory. Po lewej baza przekrojów i otworów.

Krok 2. Obciążenia, schematy i kombinacje

Podział płyty na pola

Zanim przyłożysz obciążenia, warto podzielić płytę na pola. Podział można wykonać ręcznie albo automatycznie — według ścian wewnętrznych. Służy do tego opcja uwzględniania linii wewnętrznej w podziale płyty i obciążeń. Gdy jest włączona, program aktualizuje podział po każdej zmianie modelu. W przykładzie płyta główna została w ten sposób podzielona na trzy płyty.

Obciążenia

Obciążenie eksploatacyjne przypisujesz do całej płyty albo do wybranych pól, na które została podzielona. Wartość obciążenia można w każdej chwili zmienić.

Obciążenie eksploatacyjne przypisane do płyty kondygnacji.

Schematy obciążeń

Schematy możesz budować ręcznie, wybierając obciążenia, które mają do nich wejść. Szybciej jest użyć schematów automatycznych: po kliknięciu jednej opcji program generuje wszystkie możliwe układy obciążeń, tak aby później uzyskać najbardziej niekorzystne siły wewnętrzne.

Kombinacje normowe

Na koniec wybierasz normę dla kombinacji i klikasz „Generuj”. Wszystkie kombinacje wygenerowane według normy zobaczysz w tabeli.

Krok 3. Obliczenia statyczne — trzy metody

Przed obliczeniami wybierasz normę do wymiarowania. Dostępne są norma francuska BAEL 91 mod. 99 oraz Eurokod (EC).

Następnie wybierasz metodę obliczeń. Do wyboru są trzy:

Metoda	Jak liczone są płyty	Co warto wiedzieć
Zejście obciążeń — metoda kopertowa (metoda powierzchni wpływu)	Obciążenie z płyty jest rozdzielane na podpory według kopert	Wyniki: koperty, rozkład obciążeń na kondygnacji, siły pionowe w elementach, momenty w belkach, reakcje na fundamentach
Zejście obciążeń z płytami liczonymi MES	Płyty liczy wbudowany solver metody elementów skończonych	Dodatkowo przemieszczenia i momenty zginające płyt
Autodesk Robot	Obliczenia MES silnikiem obliczeniowym Autodesk Robot	Metoda dostępna dla użytkowników programu Autodesk Robot

Metoda kopertowa i metoda powierzchni wpływu to dwie nazwy tej samej metody. Na liście „Metoda obliczeń” odpowiadają tym metodom pozycje „Zejście obciążeń”, „Zejście obc. (Płyty MES)” i „Autodesk Robot”.

Wyniki metody kopertowej

Po obliczeniach możesz wyświetlić koperty oraz rozkład obciążeń na kondygnacji.

Koperty pokazują, z której części płyty obciążenie trafia na daną ścianę, belkę lub słup. Po lewej panel „Obliczenia” z wyborem metody.

W widoku konstrukcji program domyślnie pokazuje siły pionowe przekazane na elementy oraz wykresy momentów w belkach. Na końcu wyświetlisz reakcje na fundamentach — na ławach i stopach fundamentowych.

Siły pionowe w elementach i wykresy momentów zginających w belkach.

Wyniki dla płyt liczonych MES

Po wybraniu metody z płytami liczonymi MES program domyślnie pokazuje przemieszczenia pionowe płyty. Możesz też wyświetlić mapy momentów zginających potrzebne do wymiarowania.

Mapa wyników dla płyty policzonej wbudowanym solverem MES.

Dla każdej płyty i każdego przypadku obciążenia można wyświetlić wartości ekstremalne: maksymalne ugięcie, maksymalne momenty zginające oraz powierzchnie zbrojenia dolnego i górnego we wszystkich kierunkach.

Opcje, które wpływają na wyniki

Obliczenia statyki i zbrojenia mogą uruchamiać się automatycznie po zmianie dowolnego parametru. Dzięki temu od razu widać skutek każdej decyzji:

• Rozmiar siatki MES — po zmianie obliczenia wykonują się ponownie.
• Sposób podparcia płyty — ścianę lub belkę można określić jako podporę przegubową albo utwierdzoną. Zmiana od razu wpływa na ugięcia i deformację, więc łatwo sprawdzić, czy model zachowuje się poprawnie.
• Belki jako podpory sztywne — belki są domyślnie traktowane jako sztywne podpory płyty. Opcję można wyłączyć, co od razu widać w ugięciach.
• Współczynnik sztywności belki — jego zmniejszenie pozwala w przybliżony sposób uwzględnić zarysowanie belki, a wyniki stają się bardziej miarodajne.

Krok 4. Teoretyczne powierzchnie zbrojenia

Płyty: krzyże zbrojenia

Dla płyt program pokazuje „krzyże zbrojenia”, czyli wymagane powierzchnie zbrojenia w punktach charakterystycznych płyty. Od razu widać, w których miejscach potrzeba więcej stali niż wynosi zbrojenie minimalne.

Krzyże zbrojenia: teoretyczne powierzchnie zbrojenia w punktach charakterystycznych płyty.

Te wartości przydadzą się w kolejnym etapie: zapisany model otwierasz w IgentDraw i na ich podstawie dobierasz zbrojenie rzeczywiste płyty.

Belki: dwie opcje, które warto znać

Teoretyczne powierzchnie zbrojenia belek program wyświetla na modelu i w tabeli. Na wynik wpływają dwie opcje:

• Redukcja momentów do lica podpory. Domyślnie siły wewnętrzne i zbrojenie są liczone w osiach podpór. Po włączeniu tej opcji program sam wykrywa szerokości podpór i redukuje momenty do ich lica. Momenty przyjęte do wymiarowania są mniejsze, co pozwala zmniejszyć powierzchnię zbrojenia belek.
• Współpraca płyty. Opcja jest domyślnie włączona. Belka jest wtedy wymiarowana nie jako przekrój prostokątny, lecz teowy, a program rozpoznaje taki przekrój automatycznie.

Wykresy momentów w belkach. W panelu „Obliczenia” widać m.in. opcje redukcji momentów do lica podpory i współczynniki sztywności.

Krok 5. Notka obliczeniowa

Notka obliczeniowa jest generowana w formacie XLS. Dla belek wybierane są punkty charakterystyczne: przekroje nad podporami i ekstremalne wartości w przęsłach.

W notce znajdziesz:

• zbiorcze zestawienie użytych materiałów i przekrojów,
• parametry wszystkich elementów,
• wyniki zejścia obciążeń dla słupów, belek, ścian i fundamentów,
• teoretyczne powierzchnie zbrojenia.

Przy każdym elemencie podane są opcje obliczeniowe użyte w obliczeniach. Dla słupów notka zawiera wartości, które pomagają zweryfikować poprawność obliczeń. Dla belek wypisane są wszystkie użyte przekroje — prostokątne i teowe — więc można sprawdzić, jakie szerokości półek zostały przyjęte.

Arkusz „Zbrojenie” w notce: opcje obliczeniowe, przekroje prostokątne i teowe oraz siły wymiarujące.

Krok 6. Z jednej kondygnacji — cały budynek

Z pojedynczej kondygnacji bardzo szybko powstaje budynek wielokondygnacyjny. Na czas zmian w modelu warto wyłączyć automatyczne obliczenia.

1. Zwiększ liczbę kondygnacji; ich wysokości możesz dowolnie zmieniać.
2. Skopiuj wybraną kondygnację na pozostałe, podając liczbę kopii. Opcja kopiowania poligonu pozwala potem nadać każdej kondygnacji inny schemat statyczny.
3. Wybierz poziom i zmień jego układ — na przykład usuń belki i ustaw inaczej słupy.
4. Przy definiowaniu elementów wyświetl kondygnację poniżej lub powyżej jako odniesienie.

Po uruchomieniu obliczeń mapy wyników dla zmienionych kondygnacji różnią się od pozostałych. To samo widać w metodzie kopertowej: koperty na zmienionej kondygnacji mają inny kształt.

Budynek wielokondygnacyjny z mapami wyników na stropach kolejnych kondygnacji.

Podsumowanie

Cała ścieżka projektowa typowego budynku żelbetowego mieści się w jednym modelu:

1. kondygnacja z płytą, ścianami, słupami, belkami i otworami,
2. obciążenia, automatyczne schematy i kombinacje normowe,
3. obliczenia statyczne jedną z trzech metod,
4. teoretyczne powierzchnie zbrojenia płyt i belek,
5. notka obliczeniowa w formacie XLS,
6. powielenie kondygnacji do budynku wielokondygnacyjnego.

Ponieważ obliczenia mogą uruchamiać się po każdej zmianie parametru, model nadaje się do szybkiego sprawdzania wariantów — innego podparcia, innej sztywności belek czy innego układu słupów.

Co dalej

Zapisany model otwierasz w IgentDraw, gdzie na podstawie obliczonych powierzchni powstaje zbrojenie rzeczywiste i rysunki. Opisuje to poradnik Rysunki zbrojenia budynku żelbetowego: płyty, belki, słupy i ściany.

Chcesz przejść te kroki na własnym przykładzie? Pobierz wersję demo IgentForm — przez 30 dni działa z pełną funkcjonalnością.