Partner logo
 

Proiectarea capacității de rezistență

Soluție globală de proiectare, program performant și ușor de utilizat pentru calculul și optimizarea structurilor.

 

Unicitatea suitei GRAITEC ADVANCE este dată de faptul că este o soluţie software intuitivă, integrată, globală şi completă, dedicată specialiştilor proiectanţi, ce automatizează întreg procesul de proiectare de la calculul structural până la obţinerea detaliilor de execuţie, toate acestea ajutând la o recuperare rapidă şi eficientă a investiţiei, de obiciei chiar de la primul proiect realizat.

ADVANCE Design 2013 continuă procesul de implementare şi actualizare a prevederilor Eurocodurilor şi a normelor românești: generatoare climatice actualizate conform prevederilor ultimelor normative în vigoare CR 1-1-3/2012 și CR 1-1-4/2012, combinații automate de încărcări conform CR 0-2012, verificarea la străpungere conform Eurocodului 2, verificare la stabilitate generală a secțiunilor circulare de Clasă 4 conform Eurocodului 3, proiectarea capacității de rezistentă (Capacity Design) conform P100-2006 sau Eurocodului 8.

 

 

1. Introducere

Proiectarea seismică a structurilor are ca principal obiectiv dezvoltarea unui mecanism favorabil de plastificare care să îi confere structurii rezistență, ductilitate și stabilitate. 

Comportamentul unei structuri actuale la acțiunea unui seism major este departe de unul ductil, luând în considerare caracterul oscilant al acțiunii seismice și faptul că articulațiile plastice apar mai degrabă aleator. Pentru a îndeplini condiția de ductilitate, elementele structurale și, implicit, întregul sistem structural trebuie să reușească să disipe energia indusă de acțiunea seismică, fără o reducere substanțială a rezistenței.

Atât codul românesc de proiectare seismică P100-1/2006, cât și standardul românesc SR EN 1998-1, propun o metodă de ierarhizare a capacitații de rezistență a elementelor structurale (En: "capacity design method") pentru a impune structurii mecanismul dorit de disipare a energiei. Determinarea eforturilor de proiectare și a eforturilor capabile în elemente se va face respectând prevederile acestei metode.

 

2. Măsuri constructive pentru îndeplinirea condițiilor de ductilitate locală și globală

În funcție de capacitatea de disipare a energiei, structurile sunt încadrate în următoarele clase:

  • clasa de ductilitate medie (M)
  • clasa de ductilitate înaltă (H)

Pentru a proiecta pentru una din cele două limitată clase de ductilitate este necesară alegerea valorilor factorilor de comportare q. Pentru structurile realizate din beton armat, valoarea acestora este limitată de valorile din Tabelul 2.1 atât pentru P100-1/2006, cât și pentru SR EN 1998-1-1.

Un mecanism de plastifiere favorabil presupune o alcătuire a secțiunilor astfel încât deformațiile plastice să apară mai întâi la extremitățile grinzilor și, ulterior, la baza stâlpilor. De asemenea, nodurile dintre grinzi și stâlpi trebuie sa rămână în domeniul elastic de solicitare. 

Pentru îndeplinirea acestor condiții, prevederile codului P100-1/2006, respectiv SR EN 1998-1-1, trebuie corelate cu prevederile constructive din SR EN 1992-1-1.

Cerințele de ductilitate locală prevăd atât pentru grinzi, cât și pentru stâlpi, o arie minimă de armare pentru armătura longitudinală. Astfel, SR EN 1992-1-1 recomandă pentru stâlpi o arie minimă de armătură longitudinală, As,min, conform capitolului 9.5.2 (2):

Unde:

fyd – limită de curgere de calcul a armăturilor pentru beton armat;
NEd – valoarea de calcul a forței axiale (forța axială maximă în stâlpi);
Ac – aria secțiunii transversale de beton.

O altă condiție pentru asigurarea ductilității locale a stâlpilor se referă la valorile normalizate ale forței axiale, νd. Tabelul 2.2 prezintă valorile limită ale acesteia.

În mod similar, pentru a satisface condițiile de ductilitate locală în grinzi, capitolul 5.4.3.1.2 (5) din SR EN 1998-1-1, respectiv capitolul 5.3.4.1.2 (4) din P100-1/2006, recomandă folosirea unui procent minim de armare longitudinală a zonei întinse:

Unde:

fyk – limită de curgere caracteristică a armăturilor pentru beton armat;
 [MPa] când clasa de rezistență pentru beton este ≤ C50/60
 [MPa] [MPa] când clasa de rezistență pentru beton este > C50/60
 [MPa]

Valorile de proiectare ale momentelor încovoietoare din grinzi se determină cu ajutorul formulei (5.3) din P100-1/2006, respectiv (5.8) din SR EN 1998-1-1:

 

Unde:

M(R,b,i/j) - valoarea momentului capabil din capătul "i" sau "j" al grinzii, în sensul momentului de încovoiere seismic;
M(d,b,i/j) - valoarea momentului încovoietor de proiectare pentru determinarea forțelor tăietoare asociate; 
ΥRd - factor de suprarezistență (Tabelul 2.3) care ia în considerare efectul consolidării oțelului și a fretării betonului în zonele comprimate;
∑M(R,c) - suma valorilor de proiectare ale momentelor capabile ale stâlpilor care intră în nod;
∑M(R,b) - suma valorilor de proiectare ale momentelor capabile ale grinzilor care intră în nod.

În mod similar, valorile de proiectare ale momentelor încovoiere din stâlpi sunt calculate cu ajutorul formulei (5.4) din P100-1/2006, respectiv (5.9) din SR EN 1998-1-1:

 

Unde:

MR,c,i/j - valoarea de calcul a momentului capabil la capatul "i" sau "j" al stâlpului, în sensul momentului de încovoiere seismic;
ΥRd - factor de suprarezistență (Tabelul 2.4) ce ia în considerare efectul consolidării oțelului și a fretării betonului în zonele comprimate
∑M(R,c) - suma valorilor de proiectare ale momentelor capabile ale stâlpilor care intra în nod;
∑M(R,b) - suma valorilor de proiectare ale momentelor capabile ale grinzilor care intra în nod.

 

Conform P100-1/2006 (Capitolul 5.2.3.3.2. relația 5.1.) și SR EN 1998-1-1 (Capitolul 4.4.2.3. relația 4.29.), nodurile structurilor din clasa de ductilitate H și M, amplasate în zone seismice se vor verifica cu relația:

Pentru clasa de ductilitate H, formula prevede că suma momentelor capabile ale stâlpilor ce intră într-un nod să fie mai mare cu 20%, respectiv cu 30%, decât suma momentelor capabile ale grinzilor ce intră în acel nod.

 

 

3. Proiectarea capacitații de rezistență cu ADVANCE Design 2013

Pentru structura multietajată din Figura 3.1, amplasată într-o zonă cu seismicitate ridicată (ag = 0.28g) se dorește determinarea eforturilor de proiectare în elementele cadrului transversal (Figura 3.2), precum și verificarea nodurilor acestuia (n.a. cadrului transversal). 

ADVANCE Design 2013 poate realiza automat toate aceste verificări conform standardului românesc P100-1/2006 (sau SR EN 1998-1-1 cu Anexa Națională), respectiv SR EN 1992-1-1.

Figura 3.1. Vedere 3D a structurii analizate

 

Figura 3.2. Cadrul transversal cel mai solicitat

Sistemul structural ales este format din cadre de beton armat (clasa de rezistență C30/37) rigidizate prin contravântuiri verticale centrice (realizate din oțel S355) prevăzute perimetral și un nucleu central realizat din pereți de beton armat (clasa de rezistență C30/37). Valoarea factorului de comportare q, pentru ambele direcții de acțiune a seismului, este 4.725 încadrând structura în clasa de ductilitate M.

ADVANCE Design 2013 determină în mod automat, cu ajutorul modulului Expert Beton, soluția optimă pentru ariile de armătură reală din grinzi și stâlpi și, ulterior, verifică prevederile metodei de ierarhizare a capacității de rezistență a elementelor structurale pentru nodurile cadrului analizat. Ariile teoretice de armătură, și implicit ariile de armătură reală, pentru grinzi și stâlpi sunt determinate în mod automat conform prevederilor standardului românesc SR EN 1992-1-1 și Anexei Naționale.

Figura 3.3 prezintă soluția de armare reală longitudinală și transversală propusă de ADVANCE Design 2013 pentru una din grinzile analizate.

Figura 3.3. Soluția de armare reală propusă de ADVANCE Design 2013 pentru o grindă

 

 

Figura 3.5. Vizualizarea 3D a carcasei de armătură din grinzi

 

Figura 3.4. Arii de armătură teoretice și arii de armătură reală

  

 

Figura 3.6. Aria de armătură longitudinală și curbe de interacțiune pentru stâlpi

 

Verificarea capacității de proiectare, efectuată cu ajutorul programului ADVANCE Design 2013 presupune verificarea nodurilor cadrelor din beton armat. Verificarea se face cu relația 5.1 (capitolul 5.2.3.3.2) dacă se utilizează P100-1/2006, respectiv relația 4.29 (capitolul 4.4.2.3.) dacă se utilizează SR EN 1998-1-1. La determinarea momentelor capabile din stâlpi și grinzi (determinarea termenilor MR,c, MR,b din relațiile sus-amintite) se folosește armătura reală determinată în mod automat de ADVANCE Design 2013. Nodurile care nu respectă relația de verificare vor fi marcate corespunzător într-o notă de calcul specifică (Figura 3.7).

Figura 3.7. Verificarea nodurilor grinzi-stâlpi în ADVANCE Design 2013

 

Pentru nodurile cadrelor din beton armat care nu verifică condițiile impuse de P100-1/2006, respectiv SR EN 1998-1-1, ADVANCE Design poate permite modificarea manuală a soluției de armare sau poate efectua în mod automat iterații pentru găsirea unei armături longitudinale optime în stâlpi, astfel încât condițiile specifice să fie îndeplinite. Modificarea manuală a soluției de armare pentru grinzi presupune modificarea următorilor parametri: lungimile de ancoraj, diametrul barelor longitudinale sau transversale, numărul de bare longitudinale sau transversale.

 

 

4. Concluzie

Metoda de proiectare a capacității de rezistență (En. "Capacity Design") este aplicabilă în general cadrelor din beton armat și permite utilizatorilor o dimensionare corectă a stâlpilor și a grinzilor prin verificarea nodurilor de cadru, în conformitate cu prevederile SR EN 1992-1-1, SR EN 1998-1-1 sau P100-1/2006. ADVANCE Design 2013 este instrumentul de lucru care înglobează toate aceste norme oferind inginerilor constructori o soluție rapidă și optimă de proiectare a structurilor din beton armat.

În timp ce proiectarea capacității de rezistență ar trebui sa conducă la o modelare sigură și rezultate mult mai precise, inginerii ar trebui să rețină faptul ca modelele de calcul reprezintă doar o simulare matematică a fenomenelor fizice și nu poate prezice cu exactitate comportamentul structural. Există prea multe surse de incertitudine și rămâne la latitudinea inginerului constructor proiectant să caracterizeze cât mai bine și cât mai mulți parametrii de comportament.

Alte produse care v-ar putea interesa

PowerPack for Revit®

PowerPack for Revit®

Productivity add-on for Revit® bursting with tools for Architectural, Structural and MEP Designers

Autodesk® Advance Steel

Autodesk® Advance Steel

BIM software for structural steel engineering, detailing and fabrication

PowerPack for Advance Steel

PowerPack for Advance Steel

Productivity add-on for Advance Steel - practical tools for everyday needs

Advance BIM Designers

Advance BIM Designers

Collection of advanced apps for automating structural design-to-detail BIM workflows

     Advance Design - Prezentări video
 

Dacă aveți idei de instrumente ce v-ar putea ajuta să vă desfășurați mai ușor activitatea, împărtășiți-le cu noi!

Advance Design - Feedback

 

Contactați-ne

GRAITEC GROUP 2017 At GRAITEC we take privacy seriously. Please read our privacy policy.