SCAD в учебном процессе МГТУ

1. SCAD в учебном процессе МГТУ Мурманский государственный технический университет. Кафедра ПГС Котов Алексей Алексеевич

2. В МГТУ ПК SCAD Office изучается студентами специальности ПГС и направления «Строительство» в рамках плановой учебной

дисциплины, которая называется

3. «Расчетные модели сооружений в конечноэлементных компьютерных комплексах (SCAD)»

4. Учебный курс «РМС в ККК» включает в себя 30 часов лекций, 30 часов аудиторных практических занятий, одну самостоятельную

расчетнографическую работу и зачет.

5. Лекции проводятся в компьютерном классе на 11 мест с сетевой учебной версией SCAD Office 21.1, c проектором и экраном.

6.

7. Лекции проводятся в форме практической работы по созданию в среде SCAD расчетной модели некоторого сооружения, выбранного по

одному из вариантов для
самостоятельных работ.

8.

9. Варианты заданий содержатся в специально разработанной методичке, которая имеется и в печатном, и в электронном видах.

10.

11.

L
h
h
f

12.

А
a, м
L, м
f, м
E, Т/м2
h ф, м
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
1,0
1,2
1,3
1,5
1,6
1,8
2,0
2,1
2,4
2,5
1000
1200
1500
1800
2000
2100
2400
2700
3000
3200
1,2
1,5
1,8
2,1
2,4
2,7
3,0
2,0
2,2
2,5
R0, Т/м2
C
Профлист
35
38
15
18
20
21
24
27
30
32
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Н57-750-0,6
Н57-750-0,7
Н57-750-0,8
Н60-845-0,6
Н60-845-0,7
Н60-845-0,8
Н75-750-0,7
Н75-750-0,8
Н75-750-0,9
Н75-750-0,8
B
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Тип
местности
A
B
C
A
B
C
A
B
C
A
n
h, м
Климатич.
район
µ
6
5
4
3
4
3
6
5
4
3
3,0
3,3
3,6
3,9
4,2
4,5
4,8
5,1
5,4
5,7
Мурманск
Ковдор
Кола
Апатиты
Кировск
Мурманск
Печенга
Полярный
Мурманск
Никель
0,10
0,12
0,15
0,18
0,20
0,21
0,24
0,11
0,14
0,16
hп, м
p, кГ/м2
-0.150
-0.200
-0.250
-0.300
-0.180
-0.240
-0.270
-0.160
-0.210
-0.350
200
250
300
350
400
450
500
550
600
650

13. Преподаватель выполняет все действия по формированию расчетной модели на экране в режиме реального времени.

14. Студенты на своих рабочих местах повторяют эти действия. Причем поскольку за компьютером их двое, то один повторяет, а второй

имеет
возможность записывать
разъяснения преподавателя.

15.

16. Для моделирования рассматривается двухэтажное здание с металлическим каркасом, железобетонным монолитным перекрытием,

столбчатыми фундаментами на
естественном основании.

17.

Здесь L = 13м,
a = 10м

18. На лекции реализуется примерно следующий порядок сборки расчетной модели.

19.

А
6
Б
6
5
5
4
12,3
4
10,2
3
3
5,1
2
2
0
1 -2,16
А
Б
1

20.

21. Опорная плита создается из пластинчатых конечных элементов на упругом основании. В центре ее устанавливаются две горизонтальные

линейные связи
и одна угловая относительно
вертикальной оси.

22. Грунтовое основание упрощенно задается как однослойное модулем упругости, коэффициентом Пуассона и расчетным сопротивлением.

23. Подколонник моделируется стержневым конечным элементом. Область сопряжения подколонника с плитой во избежание концентрации

напряжений формируется с
помощью подкосов на толщину
плиты и площадь сечения
подколонника.

24.

25. Далее на подколонник устанавливается колонна из колонного двутавра….

26.

27. …и затем копируется на ширину пролета вместе с фундаментом.

28.

29. Далее рама замыкается ригелями покрытия и перекрытия.

30.

31. Затем рама копируется вдоль сооружения нужное количество раз.

32.

33. Далее создаются балочные сетки перекрытия и покрытия из прокатных двутавровых профилей.

34.

Перекрытие:

35.

Покрытие:

36. Главная балка, проходящая по коньку покрытия, имеет нестандартное сечение и формируется в модуле «Конструктор сечений».

37.

Коньковая балка покрытия

38. Монолитная железобетонная плита перекрытия устраивается по металлическому профлисту как по несъемной опалубке. В разрезе она

выглядит
следующим образом:

39.

Железобетонная плита перекрытия
по профлисту

40. В расчетной схеме она моделируется стержневым конечным элементом таврового сечения:

41.

Расчетное сечение стержневого
элемента плиты перекрытия

42. Для обеспечения горизонтальной жесткости опорные шарниры устанавливаются только относительно горизонтальной оси:

43.

44.

45. Сборка модели завершается установкой вертикальных связей в продольных стенах и ветровых связей в покрытии. Затем формируются

загружения.

46. -собственный вес

47. -балластное загружение

48. - полезное загружение

49. - снеговое загружение

50. - ветер слева

51. - ветер анфас

52. Затем формируются комбинации загружений

Имена загружений
Номер
Наименование
1
Вес нормативный
2
Баластное расчетное
3
Полезное расчетное
4
Снег расчетный
5
Ветер слева
6
Ветер анфас
Комбинации загружений
Номер
Формула
1
(L1)*1.15+(L2)*1
2
(L1)*1.15+(L2)*1+(L3)*1
3
(L1)*1.15+(L2)*1+(L3)*1+(L4)*1
4
(L1)*1.15+(L2)*1+(L3)*1+(L5)*1
5
(L1)*1.15+(L2)*1+(L3)*1+(L6)*1
6
(L1)*1.15+(L2)*1+(L3)*1+(L4)*1+(L5)*0.9
7
(L1)*1.15+(L2)*1+(L3)*1+(L4)*1+(L6)*0.9

53. и выполняется линейный расчет. По результатам расчета принимаются меры для обеспечения общей устойчивости сооружения.

Коэффициенты запаса устойчивости от комбинаций
Номер Наименование загружения/комбинации
Значение
1
(L1)*1.15+(L2)*1
Коэффициент запаса > 2
2
(L1)*1.15+(L2)*1+(L3)*1
Коэффициент запаса > 2
3
(L1)*1.15+(L2)*1+(L3)*1+(L4)*1
Коэффициент запаса > 2
4
(L1)*1.15+(L2)*1+(L3)*1+(L5)*1
Коэффициент запаса > 2
5
(L1)*1.15+(L2)*1+(L3)*1+(L6)*1
Коэффициент запаса > 2
6
(L1)*1.15+(L2)*1+(L3)*1+(L4)*1+(L5)*0.9 Коэффициент запаса > 2
7
(L1)*1.15+(L2)*1+(L3)*1+(L4)*1+(L6)*0.9 Коэффициент запаса > 2
Верхняя граница поиска - 2

54. Далее в постпроцессорах выполняется подбор сечений металлических элементов, подбор арматуры для железобетонных конструкций.

Результаты расчета отражаются в
пояснительной записке.

55. Сечения элементов:

60Б1
100Б1
100Б1
100Б1
30Б2
100Б1
30Б2
100Б1
30Б2
100Б1
30Б2
100Б1
30Б2
100Б1
30Б2
75 * 15
75 * 15
60Б1
100Б1
60Б1
30Б2
30Б2
30Б2
30Б2
30Б2
30Б2
30Б2
30Б2
30Б2
30Б2
75 * 15
75 * 15
30Б2
60Б1
75 * 15
75 * 15
30Б2
30Б2
75 * 15
75 * 15
75 * 15
75 * 15
30Б2
100Б1
75 * 15
75 * 15
75 * 15
75 * 15
75 * 15
30Б2
75 * 15
60Б1
30Б2
30Б2
30Б2
75 * 15
30Б2
100Б1
100Б1
75 * 15
75 * 15
75 * 15
75 * 15
30Б2
75 * 15
30Б2
75 * 15
75 * 15
75 * 15
75 * 15
75 * 15
30Б2
30Б2
75 * 15
75 * 15
70Б1
75 * 15
75 * 15
30Б2
100Б1
100Б1
75 * 15
70Б1
75 * 15
75 * 15
30Б2
75 * 15
75 * 15
30Б2
75 * 15
30Б2
100Б1
75 * 15
100Б1
75 * 15
70Б1
30Б2
30Б2
70Б1
30Б2
75 * 15
100Б1
100Б1
70Б1

56. Коэффициенты использования сечений металлических элементов

0,3
0,34
0,5
0,51
0,51
0,34
0,31 0,24
0,19
0,66
0,68
0,22
0,75
0,78
0,32
0,75
0,78
0,7
0,43
0,75
0,78
0,7
0,78
0,44
0,53
0,66
0,7
0,6
0,69
0,54
0,63 0,66
0,51 0,28
0,41 0,19
0,51 0,28
0,62 0,66
0,48 0,25
0,73
0,25 0,47
0,5
0,7
0,78
0,33
0,73
0,27
0,61
0,78
0,23
0,7
0,21 0,43
0,69
0,19
0,49
0,27 0,51
0,24
Коэффициенты использования сечений металлических элементов
0,49

57. Давление фундамента на грунт

-25,6
-24,2
-24,2
-22,9
-22,9
-21,5
-21,5
-20,2
-10
-11,8
-13,8
-16
-17,8
-19,2
-11,3
-13,1
-15,2
-17,4
-19,2
-20,6
-13,1
-14,8
-16,9
-19,1
-20,9
-22,4
-15,1
-16,9
-19
-21,2
-23
-24,4
-16,7
-18,5
-20,6
-22,8
-24,5
-25,9
-17,8
-19,7
-21,8
-24
-25,7
-27,1
-20,2
-18,8
-18,8
-17,5
-17,5
-16,2
-16,2
-14,8
-14,8
-13,5
-13,5
-12,1
-12,1
-10,8
-10,8
-9,4
-9,4
-8,1
-8,1
-6,7

58. Арматура в опорной плите фундамента

0,4
0,9
1,8
2,3
1,5
0,7
0,5
1,6
5,8
7,5
3,1
1
0,7
1,9
5,9
10,6
3,6
1,2
0,6
2,2
5,7
7,8
3,6
1,1
0,4
1,8
4,1
5,4
2,7
0,7
0,3
0,6
1,2
1,6
1
0,6
Подбор арматуры Интенсивность S (нижняя по X) (см 2/м)
1
0,2
0,9
0,9
1,5
1,5
2,2
2,2
2,8
2,8
3,5
3,5
4,1
4,1
4,8
4,8
5,4
5,4
6
6
6,7
6,7
7,3
7,3
8
8
8,6
8,6
9,3
9,3
9,9
9,9
Требуемый максимум: 10,60 см2 /пм. 18-A400, шаг 200 = 12,72 см2 /пм.
10,6

59. Арматура в подколонниках

8,8
8,8
8,8
8,8
8,8
8,8
Арматура в подколонниках
Требуемый максимум: 8,80 см2. Принимаем 4Ø 8(см )
езультаты армирования Площадь S (симметричная)
2
A400=
10,18
см
8,8
8,8
2
1

60. Арматура в железобетонных элементах перекрытия нижняя продольная

0,7
0,8
0,7
0,5
0,5
0,5
0,5
0,7
0,8
0,5
0,5
0,8
0,7
0
0,7
0,5
0,5
0,5
0,5
1,6
1,1
1,7
1,7
0,7
0,7
1,6
1,1
0,5
0,5
,50
,5
0,7
0
0,7
,50
,5
1
0,6
0,7
0,5
0
0,7
,50
0,5
0
,5
0,5
,50
0,5
0,7
,5
0,5
0
0,5
,7
0,6
0,5
0
0,5
,7
0,7
0,5
0
0
,
0
,50
0,5
50
,5
,5
0,5
,7
0,7
0,5
0
0,5
,7
0,8
0
0,7
,50
0,5
0
,5
0,5
,50
0,5
0,7
,5
0,5
0,7
0,5
0
0,5
,
1
80
0,5
,2
0,7
0
,
5
,5
0,5
1
0,5
0,7
1
0,5
0
0,5
,
1
7
0,5
,
1,8
20
0,5
0,7
0
,
2
50,
,5
,22
0,5
50
0,7
,2
0,5
0,5
,7
1,8
0,5
1
0
,8
0,7
,50
0,5
2
,5
0,5
,22
0,5
0,7
,2
0,5
0
0,5
,7
1,8
0,5
1
0,5
,2
0,7
0,5
0
,5
1
0,5
0,5
0,7
1
0,5
0
0,5
,7
1,2
0,5
0
0,5
,8
0,7
0,5
0
0
,
0,5
,50
0,5
50
,5
0,5
,7
0,7
0,5
0
0,5
,8
0,7
0
0,7
,50
0,5
0
,5
0,5
,50
0,5
0,7
,5
0,5
0,7
0,5
0
0,5
,
0,6
70
0,5
0,7
0
,
0
50,
,5
,50
0,5
50
0,7
,5
0,5
0,5
,7
0,6
0,5
0
0
,8
0,7
,50
0,5
0
,5
0,5
,50
0,
0,7
50,
,5
0
0,5
51
,7
0,8
0,5
0
,1
0,7
,
0
5
0
,
0,7
50,
,5
0,5
0,7
50
0,7
0,5
,7
1,1
0,5
1,6
0,5
0,5
0,5
1,7
0
,5
1,7
0,7
0,7
1,6
0,5
0,5
0,5
0
,5
0,5
0,7
0,7
0,5
0,5
0,5
0,7
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
Арматура в железобетонных элементах перекрытия
нижняя продольная
2.Принимаем 4Ø10-A400 = 3,14
Требуемый
максимум:
2,10
см
0,5
0,6
0,8
0,9
1,1
1,3
1,5
1,6
1,8
1,9
2,1
2,2
2
0,9
1в каждом
1,3 гофре.
1,4
1,6
1,7
1,9
2
см 0,6
, т.е.0,71Ø 0-A400
Результаты армирования Площадь S (несимметричная) (см2)
1
1,1
1,4
1,5
1,7
1,8
2
2,1

61. Деформативность элементов

-22
-35
-42
-42
-35
-22
-22
-38
-45
-45
-38
-22
-21
-44
-49
-51
-44
-21
-20
-48
-53
-55
-47
-20
-18
-49
-53
-56
-48
-18
-16
-47
-51
-54
-46
-16
-13
-41
-46
-48
-41
-14
-11
-33
-38
-40
-33
-11
-8
-23
-28
-29
-23
-9
-7
-17
-23
-23
-17
-7
.
Перемещения Z (мм)
-59
-55
-55
-52
-52
-48
-48
-45
-45
-41
-41
-38
-38
-34
-34
-31
-31
-27
-27
Относительный прогиб ригеля:
-24
-24
-20
22 7
1
1
12000 800
200
-20
.
Относительный прогиб главной балки:
.
Относительный прогиб прогона:
-17
-17
-13
-13
-10
-10
-6
-6
-3
46 22
1
1
10000 417 200
57 32
1
1
6000
240 200

62. Эпюры усилий в рамах

-36,4
4
-27,
26,2
-27,
4
36,4
26,2
17,2
-17,2
-11,6
11,6
-53,6-39,5 13,2 37,6 60,8 82,8 103,5 122,9
132,1
132,1123 103,5 82,8 60,9 37,6 13,2 -39,5-53,6

63. Нагрузки на фундаменты

64,8
64,8
89,8
89,8
95,6
95,6
95,6
95,6
95,6
95,6
89,8
89,8
64,8
64,8

64. Для получения зачета студент представляет рабочий SCAD-файл и файл пояснительной записки. Решение о зачете или незачете

Для получения зачета студент
представляет рабочий SCADфайл и файл пояснительной
записки.
Решение о зачете или незачете
принимается по результатам
собеседования.

65. Навыки применения SCAD, полученные в ходе освоения учебного курса, студенты-дипломники используют для выполнения своих ВКР. Вот

Навыки применения SCAD,
полученные в ходе освоения
учебного курса, студентыдипломники используют для
выполнения своих ВКР.
Вот некоторые примеры
последних лет.

66. Торгово-развлекательный комплекс в пос. Мурмаши. Металлический каркас, монолитные перекрытия. Дипломный проект 2015 2015 г.

67. Аквапарк в г. Мурманске. Монолитный железобетон. Дипломный проект 2013. Габариты 80×50×25 м

68. Аварийный жилой дом в г. Мурманске: крен вправо до 30 см вследствие неправильного проектирования свайного основания. Кирпич,

сборный
железобетон. Расчетная схема с
учетом крена:

69.

2
9
.0
8
2
7
.
7
5
2
7
.2
2
5
.2
2
2
.4
1
9
.6
1
6
.8
1
4
1
1
.2
8
.4
5
.6
2
.8
0
-2
.8
-5
.6
-6
.2
7
-8
.5
5
2
/1
2
1
Е
Ж
А
Б
В
И
Г
5
Д
Е
Ж
3
И
2
/1
2
1
4
6

70. Этот же дом после реконструкции. Усиление жилыми контрфорсами: металлический каркас на мощном свайном основании. Дипломный

проект 2012 г.

71.

2
9
.0
8
2
7
.
7
5
2
7
.2
2
5
.2
2
2
.4
1
9
.6
1
6
.8
1
4
1
1
.2
8
.4
5
.6
2
.8
0
-2
.8
0
2
.
0
2
-5
6
.6
2
7
2
-8
.5
5
2
Д
2
/1
12
И
А
Б
В
8
Г
6
5
Д
Е
Ж
3
И
2
/1
2
1
4
7

72. Силосный склад железорудного концентрата в г. Ковдоре Мурманской обл. Монолитный железобетон. Высота сооружения - 45 м, диаметр

силоса – 12 м.
Выпускная квалификационная
работа 2013 г.

73.

74.

Многоэтажный жилой дом с
подземной парковкой в г.
Мурманске.
25 этажей, высота 75 м
Монолитный железобетон.
Дипломный проект 2015 г.

75.

Л
Л
К
К
И
Ж
0
И
Ж
Е
Д
Г
Е
Д
Г
В
Б
В
Б
1 2 3 4 5 6 7 8 9 1
0 1
1

76. Еще один проект, уже не студенческий, а выполненный в рамках сотрудничества с «Мурманскпромпроектом»: кафедральный собор в г.

Мурманске. Кирпич, металл,
сложный криволинейный
железобетон.

77.

78. Спасибо за внимание!