diplomska naloga 2942009 final - connecting …izračunano konstrukcijo v knjigi »einfuhrung in die...

UNIVERZA V MARIBORU

FAKULTETA ZA GRADBENIŠTVO

Tomaž Stropnik

ANALIZA IN DIMENZIONIRANJE POSLOVNEGA OBJEKTA S PROGRAMOM

SCIA ENGINEER

Diplomsko delo

Maribor, maj 2009

II

UNIVERZA V MARIBORU

FAKULTETA ZA GRADBENIŠTVO

SI - 2000 MARIBOR, Smetanova 17

Diplomsko delo univerzitetnega študijskega programa

ANALIZA IN DIMENZIONIRANJE POSLOVNEGA OBJEKTA S PROGRAMOM SCIA ENGINEER

Študent: Tomaž STROPNIK

Študijski program: univerzitetni, Gradbeništvo

Smer: Konstrukcijska

Mentor: red. prof. dr. Branko S. Bedenik, univ. dipl. inž. grad.

Komentor: pred. Milan Kuhta, univ. inž. grad.

Radlje ob Dravi, maj 2009

IV

ZAHVALA

Zahvaljujem se mentorju dr. Branku S. Bedeniku za

pomoč in vodenje pri opravljanju diplomskega

dela. Prav tako se zahvaljujem somentorju pred.

Milanu Kuhti.

Posebna zahvala velja Mihaeli ter družini, ki mi je

omogočila študij.

V

ANALIZA IN DIMENZIONIRANJE POSLOVNEGA OBJEKTA S PROGRAMOM

SCIA ENGINEER

Ključne besede: SIST EN, SCIA, Allplan, statična analiza, dimenzioniranje

UDK: 624.01:004.42(043.2)

Povzetek

Z vedno zmogljivejšimi računalniškimi programi postaja tudi dimenzioniranje konstrukcij

hitrejše in natančnejše. Prišlo je do točke, kjer so se začeli združevati arhitekturni

programi in programi za statično analizo z zunanjimi vmesniki, kjer je cilj, da se pri tem

prenese čim več podatkov.

Namen diplomske naloge je bolje spoznati program SCIA Engineer in preveriti njegove

zmogljivosti na 3D modelu, ki smo ga dimenzionirali s standardom SIST EN. 3D model

smo prenesli iz arhitekturnega programa Allplan BIM in preverili koliko dela je potrebno,

da je model nared za statično analizo. Zmogljivost SCIA Engineer smo preverili z

dimenzioniranjem 3D modela in podali rezultate. Programa smo testirali tudi v obratni

smeri, saj lahko položeno armaturo v SCIA Engineer prenesemo v program Allplan BIM,

kjer izdelamo armaturni načrt in izvlečke.

VI

ANALYSIS AND DIMENSIONING OF OFFICE BUILDING USING

PROGRAM SCIA ENGINEER SOFTWARE

Key words: SIST EN, SCIA, Allplan, structural analysis, dimensioning

UDK: 624.01:004.42(043.2)

Abstract

With more advanced computer programs dimensioning became quicker and more

accurate. This lead to the point where combining architecture, structural analysis and

external interfaces started. The goal of combining these is to transfer more data and to

make the work for architects and constructors easier.

Intention of this diploma is to get to know the SCIA Engineer program and to examine its

capability on a 3D model, which was dimensioned with SIST EN standard. A 3D model

was transferred from the architecture program Allplan BIM, Then the necessary amount of

work, to prepare the model for structural analysis was checked. The capability of SCIA

Engineer was tested with 3D model dimensioning and the results from the program were

given. The program was also tested in the opposite direction. The Reinforcement from

SCIA Engineer is transferred to Allplan BIM program, where the extracts are made.

VII

VSEBINA

1 UVOD ...................................................................................................................... 1

2 OPIS PROGRAMA SCIA ENGINEER ............................................................... 3

2.1 SPLOŠEN OPIS PROGRAMA SCIA ENGINEER ........................................................ 3

2.2 PREDNOSTI PRED KONKURENCO ............................................................................. 4

2.3 ZMOGLJIVOSTI PROGRAMA SCIA ENGINEER .......................................................... 4

2.3.1 SPLOŠNO - SCIA Engineer osnovno okolje: .................................................... 4

2.3.2 VNOS KONSTRUKCIJE - Modeliranje: ........................................................... 5

2.3.3 ANALIZA: .......................................................................................................... 5

2.3.4 REZULTATI: ..................................................................................................... 6

2.3.5 IZPIS – Dinamični dokumenti: .......................................................................... 6

2.3.6 NAČRTOVALEC ZA JEKLO: ............................................................................ 7

2.3.7 NAČRTOVALEC ZA LES: ................................................................................. 7

2.3.8 NAČRTOVALEC ZA BETON: ........................................................................... 7

2.3.9 »DETAILER«: ................................................................................................... 7

2.4 SCIA ENGINEER VS ALLPLAN ROUND - TRIP ......................................................... 8

2.4.1 Round – Trip inženiring ..................................................................................... 8

2.4.2 Izmenjava podatkov med SCIA Engineer in Allplan BIM ................................. 9

3 PRIPRAVA MODELA ZA STATIČNO ANALIZO ........................................ 11

3.1 »PROJECT DATA« - OSNOVNE NASTAVITVE PROJEKTA .......................................... 12

3.2 POVEZOVANJE SISTEMSKIH LINIJ STRUKTURNIH ELEMENTOV V NJIHOVIH SEČIŠČIH

14

3.3 PODPORE .............................................................................................................. 16

3.4 DOLOČITEV OBTEŽNIH PRIMEROV PO EC1 ............................................................ 18

3.4.1 Obtežni primeri ................................................................................................ 19

3.4.2 Kombinacija obtežb za mejno stanje nosilnosti (MSN) ................................... 26

3.4.3 Vnos obremenitev glede na obtežne primere ................................................... 28

3.5 PREDNAPENJANJE ................................................................................................. 30

3.5.1 Geometrija kabelske linije ............................................................................... 31

VIII

3.6 MREŽA KONČNIH ELEMENTOV.............................................................................. 40

3.7 MODUL ZA ANALIZO ............................................................................................. 42

3.8 ZAGON IZRAČUNA ................................................................................................ 42

4 DIMENZIONIRANJE POSAMEZNIH ELEMENTOV KONSTRUKCIJE .. 45

4.1 TOČKOVNI TEMELJ B – F1 ................................................................................... 46

4.1.1 Obtežbe na steber ............................................................................................ 46

4.1.2 Momenti Mx in My v temelju B – F1 ............................................................... 47

4.1.3 Kontaktnih napetosti v temelju B – F1 ............................................................ 49

4.1.4 Dimenzioniranje točkovnega temelja .............................................................. 49

4.1.5 Izračun potrebne armature zaradi preboja v temelju ..................................... 56

4.2 STEBER B – S1 ..................................................................................................... 60

4.2.1 Obtežba na steber ............................................................................................ 61

4.2.2 Notranje statične količine (NSK) ..................................................................... 62

4.2.3 Vitkost stebra ................................................................................................... 64

4.2.4 Dimenzioniranje stebra ................................................................................... 66

4.3 NOSILEC B – UZ1 ................................................................................................. 75

4.3.1 Notranje statične količine ................................................................................ 79

4.3.2 Dimenzioniranje nosilca ................................................................................. 80

4.3.3 Deformacije ..................................................................................................... 86

4.4 PLOŠČA B – D1 .................................................................................................... 89

4.4.1 Notranje statične količine ................................................................................ 89

4.4.2 Izgube prednapenjanja neodvisne od časa ...................................................... 93

4.4.3 Napetosti v kablu ............................................................................................. 94

4.4.4 Časovne izgube prednapenjanja ..................................................................... 95

4.4.5 Dimenzioniranje plošče ................................................................................... 95

5 KONSTRUIRANJE ARMATURE .................................................................... 101

5.1 KONSTRUIRANJE ARMATURE V SCIA ENGINEER ............................................... 101

5.1.1 Ročno armiranje s »Redes (without As)« ...................................................... 101

5.1.2 Avtomatično armiranje z »Automatic member reinforcement design« ......... 102

5.1.3 Temelji B – F1 ............................................................................................... 103

5.1.4 Steber B – S1 ................................................................................................. 105

IX

5.1.5 Nosilec B – UZ1 ............................................................................................. 107

5.2 KONSTRUIRANJE ARMATURE V ALLPLAN BIM ................................................... 118

5.2.1 Prenos armature v program Allplan BIM ..................................................... 118

6 IZDELAVA DINAMIČNEGA DOKUMENTA .............................................. 130

7 PRIMERJAVA REZULTATOV ...................................................................... 132

7.1 TEMELJ B-F1 ...................................................................................................... 132

7.2 NOSILEC B-UZ1 ................................................................................................. 132

7.3 PLOŠČA B-D1 ..................................................................................................... 133

7.4 STEBER B-S1 ...................................................................................................... 133

8 ZAKLJUČEK ..................................................................................................... 134

9 VIRI ..................................................................................................................... 136

Analiza in dimenzioniranje poslovnega objekta s programom SCIA Engineer Stran 1

1 UVOD

Danes se gradbeni inženirji srečujejo z zahtevo po povečani stroškovni učinkovitosti in

krajšimi roki izvedbe projektov. Prevladujejo trije glavni trendi, ki jih lahko prepoznamo v

današnjih časih. Čas, ki ga ima inženir za izvedbo projekta je vedno krajši. Povečuje se

zahtevnost in velikost projektov. Zaradi kompleksnosti in vedno večjih zahtev strank so

projekti zahtevnejši za analizo.

Razvijalci programske opreme stremijo k temu, da imajo modeli, ki jih izdelamo s

določeno programsko opremo čim več informacij, s katerimi lahko razpolagamo. V zadnjih

letih se je razvil tako imenovani »Building information modeling« (BIM), kar bi lahko

prevedli v projektiranje s pomočjo informacij. BIM opisuje popoln proces optimiziranega

dizajna, implementacijo in upravljanje z objekti in nepremičninami. Vsi z najnovejšimi,

visoko kvalitetnimi in prosto dostopnimi informacijami o dizajnu, implementaciji in

trenutnemu statusu pridobijo vsi partnerji na projektu. Cilj je izboljšati procese

dizajniranja, konstrukcije in upravljanja ter jih narediti natančnejše in cenovno bolj

ugodne.

V gradbeništvu sta najbolj znana Allplan BIM in Autodesk Revit. Oba programa sta

kompatibilna s programom SCIA Engineer, ki ga bomo podrobneje obravnavali.

V diplomi želimo preveriti ali je možno s programom, kot je SCIA Engineer izračunati 3D

model v skladu s aktualnim standardom SIST-EN. Prikazali bomo samo rezultate, ki jih je

možno dobiti iz programa. 3D model, ki ga bomo uporabili bo izrisan v programu Allplan

BIM, ki je konstrukterski program, saj pokriva celotno arhitekturo in inženirstvo. Ker sta

programa, SCIA Engineer in Allplan BIM, sedaj oba pod okriljem Nemetschek group,

razvijalci delajo na tem, da bi bila programska oprema čim bolj kompatibilna. V zadnjih

letih so razvili povezavo med programoma, ki se imenujem »Roundtrip engineering« in

temelji na formatu IFC. IFC format omogoča inteligentno izmenjavo 3D projektnih

podatkov v gradbeni industriji in je zato osnova za prenos podatkov med avtentičnimi BIM

rešitvami. Arhitekt in statik naj bi tako lahko delala na enem samem modelu.

Stran 2 Analiza in dimenzioniranje poslovnega objekta s programom SCIA Engineer

Preverili bomo izmenjavo datotek med tema dvema programoma. Izrisan 3D model bomo

prenesli v SCIA Engineer in preverili, koliko popravkov bo še potrebno narediti, da bo

model pripravljen za statično analizo.

Pri izračunu konstrukcije si bomo pomagali s tem, da bomo primerjali rezultate z že

izračunano konstrukcijo v knjigi »Einfuhrung in die DIN 1045-1«[1]. Izračun je narejen po

standardu DIN 1045-1 [3]. Od rezultatov ne pričakujemo, da bodo enaki, saj je

konstrukcija v knjigi izračunana linijsko, kljub temu pa ne smejo bistveno odstopati. Nekaj

razlik pa se bo pojavilo tudi v razlikah med standardoma, saj bomo izračun 3D modela

uporabili SIST-EN.

Programa Allplan BIM in SCIA Engineer bomo preverili tudi v obratni smeri, saj bomo

izrisano armaturo prenesli v Allplan BIM. Predvsem nas bo zanimalo ali Allplan BIM

prepozna strukturne elemente, kot opaže in armaturo kot Allplan BIM armaturo, katero

lahko obdelujemo naprej.

Vsi podatki in rezultati, ki bodo zajeti v diplomskem delu bodo dobljeni direktno iz

programa SCIA Engineer. Tako bomo dobili vpogled kaj vse je s programom mogoče

izračunati.


2 OPIS PROGRAMA SCIA ENGINEER

2.1 Splošen opis programa SCIA ENGINEER

Sl. 1: SCIA Engineer logo

Podjetje Nemetschek SCIA, ki ima sedež v Belgiji je nastalo leta 1974. Razvija, prodaja in

nudi podporo za programske pakete, ki obsegajo načrtovanje in analizo konstrukcij.

Programski paket SCIA se predvsem uporablja za načrtovanje zgradb, mostov in drugih

kompleksnih inženirskih konstrukcij.

SCIA spada pod družbo Nemetschek od leta 2007. Skupaj s programskimi paketi Allplan

BIM, Graphisoft, Vectorworks, Maxon in s veliko drugimi podjetji, kot sta tudi Frilo in

Glaser Nemetschek ponuja široko paleto orodij za načrtovanje v gradbeništvu. Nemetschek

je tako vodilno podjetje na tem področju v Evropi in tudi v svetu.

S programskim paketom SCIA Engineer je ponujeno zmogljivo okolje za modeliranje,

račun in analizo konstrukcij. CAD in računski model sta narejena sočasno, kar omogoča

takojšnjo izdelavo uporabnih načrtov za pripravo projekta. Vse konstrukcije so izvedljive

kot parametrični modeli. Programski paket je prilagojen mnogim nacionalnim in


evropskim standardom. SCIA Engineer omogoča transparentno dvosmerno komunikacijo z

načrtovalnimi paketi kot je Allplan BIM (Nemetschek) ali ProSteel (Kiwi Software).

Nenazadnje SCIA Engineer omogoča uvažanje in izvažanje datotek v formatih DWG in

DXF.

2.2 Prednosti pred konkurenco

Krajši in hitrejši čas izdelave projekta,

visoka produktivnost s izboljšano kvaliteto inženirskega dela,

zmanjšanje stroškov na račun optimizacije vpliva pravilnega načrtovanja v skladu s

standardi,

boljša komunikacija in koordinacija: velika pomoč k realnem razumevanju

obnašanja konstrukcije,

najboljši konstrukcijski program za načrtovanje v BIM-u,

lažje in hitrejše zaznavanje in popravljanje napak in opozoril ter

certifikat za IFC izmenjavanje podatkov.

2.3 Zmogljivosti programa SCIA Engineer

2.3.1 SPLOŠNO - SCIA Engineer osnovno okolje:

Objektna naravnanost: s klikom na desni gumb miške lahko modificiramo, brišemo,

kopiramo idr. (vsi ukazi v zvezi s objektom)

Dialogi »lastnosti« so za vse objekte narejeni tako, da so hitri za pregled in urejanje

Parametrično modeliranje: geometrija in obtežbe

Predloge in uporabniško definirani modeli: individualni generatorji

Avtomatično dizajniranje jeklenih profilov in armature glede na različne standarde

Trenutno prevedeno v angleščino, nizozemščino, nemščino, francoščino, češčino,

slovaščino in španščino


2.3.2 VNOS KONSTRUKCIJE - Modeliranje:

Nosilci so lahko ravni, krivi, s spremenljivim prerezom ali pa tudi popolnoma

poljubni

Ravna ali krivuljasta plošča s konstantno ali spremenljivo višino lahko

kombiniramo s izrezi, luknjami, pod regijami s različnimi višinami ali nosilci v

plošči

Analiza je mogoča 2D ali 3D s popolno integracijo nosilcev in plošč

V standardni bazi najdemo velik razpon prerezov. Vključeni so standardni jekleni

profili (HEA, IPE, L, RHS, CHS, C, T, ...), betonski prerezi, varjeni prerezi,

tankostenski prerezi, mešani prerezi,…

Obtežni generatorji: veter in sneg

Prenosi modelov tipa DWG, VRML, PSS, IFC, DSTV, XML. Več inteligentnih

povezav je možno s programoma Allplan BIM in ProStell (Kiwi Software)

2.3.3 ANALIZA:

Velik razpon tipov analiz vključno z linearno, nelinearno analizo, dinamiko in tudi

celotna analiza uklona

Linearna analiza 1. reda

Nelinearna analiza 2. reda z notranjimi deformacijami in ukrivljenostmi

konstrukcije

Nosilci s samo tlakom, samo nategom, omejenim tlakom ali omejenim nategom

Nelinearne vzmeti, členki in elastične podpore

Kabli

Dinamična analiza

Izračun lastnih vrednosti in frekvenc

Harmonična obtežba

Seizmična obtežba (analiza potresa)

Nelinearno dušenje

Celotna stabilnost konstrukcije (uklon konstrukcije – linearna in nelinearna)

Prometne obtežbe

Fizikalna nelinearna analiza deformacij v betonu (časovni efekt)


Fizikalna in geometrična nelinearna analiza betona (notranje sile)

TDA oziroma časovna analiza (za prednapenjanje), ki vsebuje reologijo betona – za

1D elemente

Analiza konstrukcije po delih glede na gradnjo (linearna in nelinearna)

2.3.4 REZULTATI:

Obravnavan je velik razpon pregledovanja rezultatov: deformacije, notranje

statične količine, reakcije, sile v vozliščih, notranje napetosti, kontaktne napetosti,

tabela rezultatov temeljenja,

rezultati so lahko vidni generalno za celotno konstrukcijo ali detajlno za izbran

element. Grafični prikaz je fleksibilen, uporabnik pa lahko izbira med različnimi

možnostmi prikaza rezultatov.

2.3.5 IZPIS – Dinamični dokumenti:

Uporabnik določi obliko dokumenta:

kateri tabele naj bodo izpisane,

obseg in obliko tabele,

velikost in lokacija izbrane slike,

izbirna začetna stran, glava in noga,

vrstni red po obtežbi, po elementu,

galerija slik.

Dokumenti so inteligentni: tabele in rezultati se posodabljajo avtomatično, ko

spremenimo vnosne podatke se konstrukcija ponovno preračuna in posodobi.

Dobro zasnovan izpis uporablja avtomatično številčenje paragrafov.

Uporabnik lahko svoj dokument shrani ko predlogo in jo uporabi za drug projekt.

Dinamični dokumenti: uporabnik lahko spremeni vnosne podatke projekta v

dokumentu. Model projekta se bo avtomatično posodobil, konstrukcija pa se bo

ponovno preračunala in tako se bodo posodobili tudi podatki v dokumentu. Tako se

podatki v projektu posodabljajo v obe smeri.

Dokument lahko prenesemo v HTML, ASCII, RTF in PDF


2.3.6 NAČRTOVALEC ZA JEKLO:

Kontrola jekla glede na veliko število standardov: EC 3, NEN 6770/6771, DIN

18800, CSN, Önorm 4300, SIA 261, CM 66, BS 5950, AISC ASD/LFRD, CHIN,

GBK 17-88, BSK 99 in KOR,

kontrola jekla glede na standard vsebuje uklon, bočna zvrnitev, kontrola prerezov,

optimizacija profilov,

uklonska dolžina se izračuna avtomatično, lahko pa je podana s strani uporabnika,

kontrola na požarno odpornost glede na EC, NEN in SIA,

vozlišča so načrtovana glede na SIST EN z vijaki, zvari, členkasta vozlišča

okvirjev, diagonale z vijaki in členkasta vozlišča v mreži.

načrtovanje vozlišč z veliko izbiro oblik,

detajlna risba avtomatično generiranih delov vozlišča,

2.3.7 NAČRTOVALEC ZA LES:

Kontrola lesa glede na EC5,

vsebuje kontrolo prereza in deformacij.

2.3.8 NAČRTOVALEC ZA BETON:

Kontrola nosilcev, stebrov in plošč glede na standarde: EC 2, BAEL 91, DIN 1045,

NEN 6720, Önorm B 4700, CSN, BS 8110, ... ,

uklon in dvojni upogib stebrov,

kontrola razpok,

varni in ekonomični algoritem za sile v plošči v kombinaciji z naprednim

algoritmom za optimalno armiranje,

kontrola preboja.

2.3.9 »DETAILER«:

Avtomatično generiranje profesionalnih risb za jeklo,

generiranje sider in načrt implantacije,


izberemo lahko več različni načrtov in slika bo generirana za vsak načrt,

uporabnik lahko sam definira obliko in vse vrste kotiranj,

možnost dodajanja teksta, linij, krogov, itd…,

končna slika je lahko narejena v tako imenovanem papirnem načinu, možnost

prenosa v DXF, DWG,…,

2.4 SCIA Engineer vs Allplan Round - Trip

2.4.1 Round – Trip inženiring

Sl. 2: Vse v enem projektu

„Round-Trip“ inženiring je odličen primer BIM-a. Integracija Allplan BIM s SCIA

Engineer dovoljuje oblikovalcem in inženirjem sodelovanje na osnovi enega samega

modela objekta. Poleg arhitekturnega modela z integriranimi količinami in stroški,

program vstvari tudi strukturni model. S tem se izognemo diskontinuiranosti medija in

ponovnemu vnašanju geometrije objekta. Allplan BIM gradbeni model se uporablja v

SCIA Engineer za kreiranje analitičnega modela, ki opravi gradbene analize. Rezultati

analize se lahko ponovno uvozijo v Allplan BIM in tam uporabijo za optimizacijo

strukture. Rezultati končnih izračunov elementov se seveda lahko uporabijo za

avtomatično kreiranje armaturnih risb.


Oblikovalci morajo imeti možnost odločitve, ali želijo uporabiti spremembe, ki so jih

naredili drugi oblikovalci, ali pa ne. Spremembe, ki so narejene na steni arhitekturnega

modela, so dostopne statikom v SCIA Engineer. Statik se lahko odloči, ali bo te

spremembe upošteval. Na primer, odprtina premera 10 x 10 cm ne bo imela bistvenega

učinka na nosilne lastnosti armiranobetonske stene in jo lahko v statičnih analizah

zanemarimo. Vendar bo, npr. steber, ki smo ga premaknili, nekaj povsem drugega in ga bo

statik preveril in analiziral zaradi podrobnejšega pregleda.

„Round-Trip“ inženiring ni program; je splošni termin, ki opisuje integriran pristop, ki

kombinira tako CAD kot tudi gradbene analize. „Round-Trip“ inženiring obstaja v

različnih oblikah, odvisno od področja programa. Za komponentno usmerjene gradbene

analize deluje „Round-Trip“ inženiring z medsebojnim sodelovanjem med Allplan BIM in

na primer, programom podjetja Friedrich + Lochner. Tukaj se individualne komponente

prenašajo v rešitve gradbenih analiz. Rezultati po metodi končnih elementov (FEM) analiz

plošč in kolutov so dostopni v Allplan BIM za avtomatično kreiranje risbe armirane

konstrukcije. „Round-Trip“ inženiring z Allplan BIM in SCIA Engineer se uporabljata za

preverjanje kompleksnih struktur na nivoju objekta. Ta pristop obstaja zaradi sodelovanja

med Allplan BIM in drugimi mednarodnimi programskimi rešitvami, odvisno od države in

področja programa.

2.4.2 Izmenjava podatkov med SCIA Engineer in Allplan BIM

Preneseni podatki modela iz Allplan BIM v Scia Engineer,

podprti so nosilci, stebri, stene in plošče vključno z vsemi vrstami odprtin,

3D oblika modela iz Allplan BIM je shranjena v strukturni model v SCIA Engineer

pri čem se ohrani večina podatkov,

sistemske linije vsakega subjekta so postavljene v težišče preseka,

ki vodi k najboljšim numeričnim rezultatom. Te linije lahko nato premikamo levo,

desno, spodaj zgoraj in v center prereza,

Prenos podatkov iz Allplan BIM v SCIA Engineer lahko izvedemo s direktnim

vmesnikom v Allplan BIM in nato obdelujemo datoteko v SCIA Engineer ali

izvozimo *.esa datoteko iz Allplan BIM in jo nato odpremo s SCIA Engineer.


Med programoma Allplan BIM in SCIA Engineer lahko izmenjujemo tudi izrisano

armaturo.

Obstaja več možnosti kako konstruirati armaturo. Ena izmed možnosti je, da v SCIA

Engineer izračunamo model in optimiziramo in izrišemo potrebno armaturo in nato

izvozimo v Allplan BIM. Tukaj lahko nato detajlno konstruiramo armaturo in izdelamo

spodoben armaturni načrt s vsemi izvlečki.

Druga možnost je, da že izrisano armaturo iz Allplan BIM prenesemo v SCIA Engineer in

tam preverimo ali ta armatura zadostuje zahtevam statične analize. Določimo lahko katere

palice naj bodo aktivne pri preverjanju v izračunu. Če armatura, ki je bila izrisana v

Allplan BIM ne zadošča, lahko optimiziramo armaturo tako, da bo zadoščala vsem

zahtevam in da je porabimo čim manj.


3 PRIPRAVA MODELA ZA STATIČNO ANALIZO

Obravnavamo poslovni objekt gabaritnih tlorisnih dimenzij L/B/H=25/17,50/7,60 m. Vsi

elementi so monolitna AB konstrukcija, plošči nad pritličjem in nadstropjem pa sta

monolitni, naknadno prednapeti konstrukciji, brez povezave kablov v ceveh. Konstrukcija

stoji na točkovnih temeljih dimenzij 2.30x2.30x0.45 m.

Sl. 3: Tloris

Sl. 4: Prerez


Zelo pomemben del pred začetkom statične analize je priprava modela, ki smo ga izrisali

in uvozili iz programa Allplan BIM, saj nam bo vsaka napačna nastavitev dala tudi

napačne rezultate.

3.1 »Project data« - Osnovne nastavitve projekta

Po uvozu modela najprej odpremo meni projekti oz. »Project«, kjer definiramo osnovne

podatke našega projekta.

Sl. 5: Okno za osnovne nastavitve projekta

V prvem zavihku »Basic data« vpišemo osnovne podatke o projektu, kot so ime projekta,

opis, avtor in datum. Pod »Structure« pri 3D objektu izberemo samo splošno XYZ, saj

ostale možnosti tukaj odpadejo. Za material izberemo beton in jeklo. Določimo pa tudi

kvaliteto betona in jekla, ki bo privzeta nastavitev za projekt. Spodaj izberemo še

zahtevnost projekta, kjer nam pri naprednem načinu odpre zahtevnejše module. Za model

izberemo »One«, ki je osnovna nastavitev. Možnosti sta še »Absence« in »Construction

stages«. Zadnja nastavitev je izbira standarda po katerem bomo projekt računali. Mi bomo

izbrali »EC-EN«, kar je enako našemu SIST-EN.

V zavihku »Functionality« si izberemo module, ki jih bomo uporabljali v projektu.

Preglednost programa izboljšamo tako, da vključimo module za katere vemo, da jih bomo


uporabljali. Seveda lahko kasneje med delom še vedno vključujemo in izključujemo vse

module. Na Sl. 6 lahko vidimo module, ki smo jih izbrali za projekt.

Sl. 6: Moduli v SCIA Engineer

Ker ne bomo potrebovali generatorja klimatske obtežbe, nismo vključili modula »Climatic

loads«. Posledično zanemarimo zavihek »Loads«, ki je namenjen za definiranje snega in

vetra. V tem zavihku je še nastavitev za gravitacijski pospešek, ki pa je po privzetem

nastavljen na 9,81m/s2. V zavihku »Combinations« lahko spreminjamo koeficiente za

obtežne kombinacije, teh za naš projekt ni potrebno spreminjat.

Vsak projekt lahko tudi zavarujemo s geslom, kar nam omogoča zavihek »Protection«. V

zadnjem zavihku »National Annexes« izberemo nacionalne dodatke med katerimi najdemo

tudi slovenski nacionalni dodatek k SIST-EN, zato smo ga tudi izbrali, kot lahko vidimo na

Sl. 7.


Sl. 7: Izbira nacionalnega dodatka

3.2 Povezovanje sistemskih linij strukturnih elementov v njihovih sečiščih

Ko pogledamo konstrukcijo s vklopljenimi površinami in upodobljeno sliko (»render«)

vidimo, da je strukturni model enak modelu v Allplan BIM.

Sl. 8: Strukturni model slikovno upodobljen (»render«)

Da bi si od bližje pogledali stike med elementi moramo izklopiti prikazovanje površin in

upodobitev slik.


Na Sl. 8 vidimo, da se sistemske linije elementov med seboj ne stikajo. To pomeni, da jih

je potrebno povezati. Tako bo generirana mreža naših strukturnih elementov delovala kot

3D model v statični analizi.

Sl. 9: Prikaz nepovezanih sistemski linij elementov

V tem primeru uporabimo ukaz »connection nodes«, ki nam vse sistemske linije elementov

združi v sečiščih.

Sl. 10: Nastavitve za povezave med strukturnimi elementi

Tukaj se lahko poigramo s različnimi nastavitvami in preverimo različne rezultate.


Sl. 11: Strukturni elementi konstrukcije pravilno povezani med seboj

Sl. 12: Rdeči znak nam prikazuje da je sečišče pravilno povezano

3.3 Podpore

Konstrukcijo lahko temeljimo na več načinov. Uporabimo lahko točkovno podporo v kateri

definiramo, da je ta podpora točkovni temelj. Poleg velikosti točkovnega temelja lahko

definiramo tudi zemljino, ki je pod in nad temeljem, kar vpliva na rezultate pri izračunu

reakcij v temelju. Rezultat statične analize je tabela notranjih statičnih količin, ki so

posledica načina točkovne podpore. Žal pa v tej verziji še ne moremo dimenzionirati

temeljev, kot na primer steber ali nosilec. To naj bi bilo mogoče v naslednji verziji, saj je v

navodilih za beton že prikazano način dimenzioniranja tudi takšnih temeljev.


Sl. 13: Točkovna podpora, kot točkovni temelj

Vsak točkovni temelj bomo prikazali kot ploščo na elastični ploskovni podpori. V meniju

»Structure« → »Model Data« → »Supports« najdemo več vrst podpor, nas pa zanima

»Surface« (el. Foundation), ki jo bomo uporabili za ploskovne točkovne temelje.

Sl. 14: Tri vrste elastične podlage v ploskovni podpori

»Individual« oz. individualno pomeni, da si sami določimo vse C koeficiente, ki jih

potrebujemo za definiranje naše zemljine. Ta način smo izbrali tudi mi.

Sl. 15: Lastnosti izbrane zemljine s katero smo dobili podobne kontaktne napetosti kot v

[1] str. 89

Naslednja možnost je »Soilin«, pri kateri moramo predhodno uporabiti ukaz

»Boreholes« s katerimi definiramo različne profile zemljine na površini


Sl. 16: Geološki profili, ki generirajo površino

Sl. 17: Definiranje geološkega profila

V tem primeru nam »Soilin« modul izračuna vse potrebne koeficiente na podlagi

podanih geoloških profilov.

V primeru, da želimo imeti različno trenje na različnih koncih, potem uporabimo

tretjo opcijo »Both«, ki je kombinacija prejšnjih dveh.

3.4 Določitev obtežnih primerov po EC1

V glavnem meniju odpremo mapo »Load cases, Combinations«, kjer izberemo »Load

cases« s katerim bomo izdelali obtežne primere. Glede na to, da bomo rezultate primerjali

z [1], moramo konstrukcijo tudi enako obremeniti.


3.4.1 Obtežni primeri

3.4.1.1 LC1 – gk1 - lastna; predstavlja lastno obtežbo konstrukcije.

Sl. 18: LC1 – gk1 – lastna

SCIA Engineer izračuna lastno težo plošče 6,13 kN/m2, kar je posledica tega, ker imamo

definiran gravitacijski pospešek 9,81 m/s2 in ne 10 m/s2. V [1] str. 24 je izračunana lastna

teža:

0,25 · 25 / 6,25 /

3.4.1.2 LC2 – gk2 stalna pritličja in nadstropja; je stalna obtežba plošč pritličja in

nadstropja.

Sl. 19: LC2 – gk2 stalna pritličja in nadstropja


Sl. 20: Sestava tlaka

Tabela 1: Obtežba tlaka

Talna obloga 0,03 kN/m2

Estrih 0,05 m x 22 kN/m3= 1,10 kN/m2

Zvočna izolacija 0,02 kN/m2

Spuščen strop 0,50 kN/m2

Skupaj: 1,65 kN/ m2


Sl. 21: Sestava ravne strehe

Tabela 2: Obtežba ravne strehe

Kritina 0,04 m x 24 kN/m3 = 0,96 kN/m2

Nasutje prodca 0,03 m x 20 kN/m3 = 0,60 kN/m2

Toplotna izolacija 0,08 m x 1 kN/m3 = 0,08 kN/m2

Naklonski beton 0,03 m x 22 kN/m3 = 0,66 kN/m2

Prednapeta plošča 0,66 kN/m2

Spuščen strop 0,50 kN/m2

3,00 kN/ m2

Sl. 22: LC2 – g2k stalna obtežba pritličja in nadstropja


3.4.1.3 Sneg – Sk

Obtežbo snega definiramo podobno kot spremenljivo obtežbo LC3. Ker imamo nov tip

obtežbe, moramo najprej dodati »Load Group« (LG3), kjer bomo določili obtežbo po

EC1.

Sl. 23: Nastavitev spremenljive obtežbe za sneg

Sl. 24: LC3 – Sk = -1,52 kN/m2 ; obtežba snega

3.4.1.4 Prednapenjanje

Ta obtežni primer naredimo enako, kot smo naredili LC2, le da v »Load type« izberemo

»prestress«..


Sl. 25: Nastavitev tipa obtežbe za prednapenjanje

3.4.1.5 Koristna obtežba pritličja in nadstropja – qk1

Pri definiranju koristne obtežbe moramo narediti nov »LoadGroup«, saj moramo definirati

vrsto obtežbe po EC1. Že pri spremembi »Action type« se nam avtomatično naredi LG2.

Tako kliknemo zraven LG2 in odpre se nam novo okno, kjer pod »EC1- Load type«

izberemo kategorijo C. Ker bomo uporabili več različnih obtežnih primerov za koristno

obtežbo, moramo pod »Relation« nastaviti na »Exclusive«, kar pomeni, da se obtežni

primeri s obtežbo skupino »LG2« ne bodo pojavljali skupaj v kombinaciji. V »Relation« je

možna še ena možnost in sicer »Together«, kar pomeni, da se bodo obtežni primeri s to

nastavitvijo pojavljali le skupaj v neki kombinaciji.

Sl. 26: Nastavitev tipa koristne obtežbe

Spremenljiva obtežba LC5 – qk1 (nad pritličjem)

qk=4,00 kN/m2; glede na kategorijo C2


∆qk= 0,80 kN/m2; dodatek za lahke predelne stene

qk=4,80 kN/m2

Spremenljiva obtežba LC5 – qk1 (nad nadstropjem)

qk=0,75 kN/m2; glede na kategorijo C2

Obtežni primeri koristnih obtežb za različne maksimalne vrednosti NSK:

Sl. 27: LC5 – qk1 – vsa polja Sl. 28: LC6 – qk1 – levo sredina

Sl. 29: LC7 – qk1 – desno sredina Sl. 30: LC8 – qk1 – sredina

Sl. 31: LC9 – qk1 – levo Sl. 32: LC10 – qk1 – desno


Sl. 33: LC11 – qk1 – 1-3

Sl. 34: LC12 – qk1 – 2-3 4-5 Sl. 35: LC13 – qk1 – 1-2 3-4 5-6

Sl. 36: LC14 – qk1 – 2-4 5-6 Sl. 37: LC15 – qk1 – 1-2 3-5

Tabela 3: Obtežne skupine


Tabela 4: Obtežni primeri

3.4.2 Kombinacija obtežb za mejno stanje nosilnosti (MSN)

V isti mapi, kjer smo prej izbrali pomočnika za obtežbe, bomo sedaj odprli pomočnika za

kombinacije obtežb pod imenom »Combinations«. S pritiskom na »New« bomo iz desne

strani, kjer imamo podane obtežne primere, ki smo jih prej definirali, prenesli na desno

stran. Tukaj jih bomo uporabili za kombinacijo mejnega stanja nosilnosti (MSN). Pod

»Name« vpišemo ime kombinacije, pod »Type« pa vrsto kombinacije, ki jo želimo. Ker

nas trenutno zanima mejno stanje nosilnosti bomo izbrali »EN – ULS (STR)«.

Sl. 38: Določitev kombinacije MSN iz obtežnih primerov


Pri mejnem stanju nosilnosti lahko programu določimo katero formulo naj uporabi glede

na SIST-EN. To nastavitev najdemo v »Projects« → »Combinations« → »Code setup«.

Sl. 39: Izbira enačbe za izračun kombinacij za MSN po EC-EN

Tukaj izberemo enačbo za izračun kombinacij glede na Eurocode – Osnove projektiranja

konstrukcij, [8]:

Sl. 40: Eurocode – Osnove projektiranja konstrukcij

Vse koeficiente, ki jih vsebujejo enačbe 6.10, 6.10a in 6.10b lahko v tem oknu

spreminjamo, privzete vrednosti so po aktivnem standardu.

Če želimo preveriti vse možne kombinacije, ki nam jih generira računalnik po SIST-EN,

lahko to preverimo s funkcijo »Explode to linear«, ki jo najdemo v spodnjem desnem kotu

okna. Ta nam prikaže vse možne kombinacije, ki jih dobimo s podanimi obtežnimi primeri.

Pri izbrani kombinaciji MSN12, vidimo da so upoštevani koeficienti po SIST-EN.


Sl. 41: Linearne kombinacije po MSN glede na SIST-EN

Poudariti je treba, da za izračun ni potrebno uporabiti ukaza »Explode to linear«, saj

računalnik že sam upošteva vse možne kombinacije. To možnost uporabimo le, če želimo

preveriti kombinacije ali če želimo te linearne kombinacije uporabiti za nelinearno analizo.

Na enak način dobimo tudi kombinacije za mejno stanje uporabnosti.

Sl. 42: Primer kombinacij MSU-quasi generirane s »Explode to linear«

3.4.3 Vnos obremenitev glede na obtežne primere

V projektu bomo uporabili samo ploskovne obtežbe, zato drugih ne predstavljamo.

Če odpremo meni »Load« se nam prikaže podmeni za vnos obtežb. Tukaj lahko definiramo

točkovne, linearne, ploskovne, temperaturne, momentne obtežbe in pomike. Torej kakršno

koli obtežbo želimo postaviti na našo konstrukcijo, (Sl. 43).


Sl. 43: Vrste obtežb

V 3D modelu nam ni potrebno podajati lastne obtežbe konstrukcije, saj se ta upošteva v

»LC1«, ki smo jo definirali kot lastno težo.

V SCIA Engineer je vnašanje obtežb enostavno. Ko začnemo vnašati obtežbe moramo

najprej izbrati pripadajoči obtežni primer, ki ga najdemo v meniju »Load«. Izberemo

»Surface load« → »On 2D member«, vstavimo obtežbo, smer obtežbe in koordinatni

sistem, kot vidimo na Sl. 44 ter označimo ploščo.

Sl. 44: Nastavitve za vnos ploskovne obtežbe

Za primere koristnih obtežb, ko obtežba ne zavzema celotnega 2D elementa moramo

uporabiti »Surface load« → »Free«. Tukaj z direktnim vnašanjem točk definiramo


globalno obtežbo, nato jo s »Select« dodamo želenemu 2D elementu, na koncu pa

uporabimo ukaz »Generate Load«, ki nam generira obtežbo direktno na ploščo.

3.5 Prednapenjanje

Modul »Prestressing« aktiviramo pod »Functionality«, kjer ga potrdimo. S tem se na desni

strani okna odprejo dodatne opcije, Sl. 45. Za naš projekt bo dovolj da potrdimo

»Advanced«.

Sl. 45: Aktiviranje modula za prednapenjanje

Najprej bomo narisali eno kabelsko linijo, ki jo bomo nato prekopirali po obeh ploščah na

razdalji a=40 cm.

Sl. 46: Potek kabelske linije v [1]


Izberemo »Structure« → »Tendons« → »Post-tensioned internal tendon«.

Odpre se nam okno v katerem bomo definirali geometrijo kabelske linije, material in ostale

nastavitve. Na Sl. 47 vidimo osnovne nastavitve za kabelsko linijo, ki jo bomo uporabili v

projektu.

Sl. 47: Prikaz osnovnih nastavitev za kabelsko linijo

3.5.1 Geometrija kabelske linije

Kabelsko linijo v 2D element lahko narišemo le z direktno metodo.

Sl. 48: Kabelska linija izrisana z direktno metodo

Sedaj smo vnesli točke in dobili ravne linije med točkami. Ker so kabelske linije v

prelomih krožne ali parabolične, moramo tem prelomom določiti še tip krivulje. To


naredimo tako, da označimo kabelsko linijo in izberemo »Actions« → »Tabel edit

geometry«. Odpre se nam tabela, kjer je tabelarično vnešena naša kabelska linija. Tukaj

določimo »Curve type« in »Curve parameter«. SCIA Engineer pozna naslednje tipe

zaokrožitev:

Sl. 49: Krog + tangenta; krog + polmer Sl. 50: simetrična parabola + tangenta

Naši kabelski liniji odgovarja tip »Circle + radius«, zato ga izberemo in dobimo rezultat

Tabela 5.

Tabela 5: Tabela kabelske linije po vnosu tipov zaokrožitev

Ko izrišemo kabelsko linijo moramo kabel dodeliti strukturnemu elementu, v našem

primeru plošči. To naredimo z ukazom »Allocation«. Na levi strani se prikažejo

razpoložljivi elementi. Ime naše plošče je S25, zato jo dodamo tudi na desno stran.


Sl. 51: Dodelitev kabelske linije plošči S25

Lastnosti vsakega elementa, ki ga označimo, se pokažejo na desni strani v okencu

»Properties«. Tukaj najdemo vse nastavitve, ki so povezane z izbranim elementom. Če

izberemo kabelsko linijo, ki smo jo prej določili, lahko vse lastnosti te linije upravljamo iz

desnega okna.

Pod mapo »Material« bomo dodali material naše kabelske linije, z ozirom na SIST-EN. S

klikom na »…« v mapi »Material« se nam odpre okno, ki služi kot urejevalnik materialov

v SCIA Engineer. Ker imamo izbrano kabelsko linijo za prednapenjanje, nam program

avtomatično filtrira materiale, ki niso primerni za ta element, tako da tukaj ne bomo našli

npr. lesa. Ko odpremo »System database« lahko izberemo veliko število pred-pripravljenih

kablov, ki so v skladu s SIST-EN. V bazi izberemo kabel »Y1770S7-15,3« in ga

skopiramo v naš projekt. Tako se nam prikaže v urejevalniku materialov. Na Sl. 52 vidimo

nastavitve, ki jih lahko spreminjamo za ta material.


Sl. 52: Lastnosti za materiala »suspa-15,3«

To so kabli, ki so definirani glede na zahteve SIST-EN in veliko parametrov tukaj ni

mogoče spreminjati. Lahko pa naredimo nov material za kabel, kjer so vsi parametri

nastavljivi. Za naš projekt smo modificirali material »Y1770S7-15,3« toliko, da smo

namesto fp0,1k = 1560 MPa vnesli fp0,1k = 1500 MPa. Sedaj ustreza materialu v [1] na str.

184.

Pogledamo si lahko tudi tabelo relaksacije jekla, ki jo lahko ob kliku na »User relaxation«

tudi spreminjamo.


Sl. 53: Diagram napetost – deformacije za »suspa – 15,3«

Tabela 6: Tabela relaksacije jekla


Final relaxation loss at infinite time

Final relaxation loss to tendon stress

Tendon stress/char. Tensile

strength

Sl. 54: Diagram končnih izgub zaradi relaksacije jekla v neskončnem času


Development of relaxation loss in time

Relaxation loss/Final relaxation loss

Time [sec]

Sl. 55: Diagram izgub zaradi relaksacije v določenem času

Ob potrditvi materiala moramo vnesti še nekaj nastavitev, ki jih prikazuje Sl. 56.

Sl. 56: Nastavitve za material

V »Stressing« bomo vstavili podatke za napenjanje.

Sl. 57: Nastavitve za napenjanje


Tipov prednapenjanja, ki jih lahko uporabimo v SCIA Engineer je pet in sicer:

Sl. 58: Tip 1 Sl. 59: Tip 2

Sl. 60: Tip 3 Sl. 61: Tip 4

Sl. 62: Tip 5


Izbrali smo tip 4, ki ustreza prednapenjanju za naš primer iz [1]. Pod »Prestressing from«

imamo štiri možnosti, ki jih prikazuje Sl. 63:

Sl. 63: Izberemo prednapenjanje na začetku »Begin«

Konstrukcijo bomo napenjali izmenično. Enega na začetku drugega na koncu. Tako za

vsak sodi kabel določimo »Begin« za lihi pa »End«.

Ostali koeficienti in podatki, ki so nam še preostali za vnos so naslednji:

Coefficient of friction in curved part of tendon – koeficient trenja kablov µ=0,06; v

programu je vidno 0.1, ker kaže samo eno število za decimalno vejico.

Unintentional angular displacement [rad/m] – koeficient neravnosti kablov k=0,5 ͦ /m →

0,008726646 rad/m

Anchorage set – zdrs v sidru ∆lsl=5 mm

Initial stress – begin [MPa] – začetna napetost v kablu, na začetku pred vnosom sile

Overhang of tendon not included in structural model – begin, end

Sl. 64: Razdalja od podpore do konca plošče

Distance between sections for output - razdalja med prerezi v katerih bodo prikazani

rezultati.

Ko smo definirali kabelsko linijo, jo lahko skopiramo po plošči na razdalji a=40 cm.

Kopirali smo od sredine na vsako stran. Nato označimo vse kable in jih skopiramo še v

zgornjo ploščo. Tukaj moramo paziti da popravimo »Allocation«, saj po kopiranju ostane

dodelitev na ploščo S25. Torej spremenimo dodelitev na S26.


3.6 Mreža končnih elementov

Sl. 65: Nastavitve za generiranje mreže končnih elementov

Mrežo končnih elementov smo definirali, kot nam prikazuje Sl. 65. Te nastavitve so

globalne za vso konstrukcijo. Če želimo v kakšnem območju določenega elementa zgostiti

mrežo, uporabimo ukaz »Local mesh refinement«, s katerim lahko določimo fino lokalno

mreženje v robovih, točkah, ploščah itd.


Sl. 66: Mreža končnih elementov celotne konstrukcije

Sl. 67: Lokalno korigiranje mreže končnih elementov


3.7 Modul za analizo

Sl. 68: Nastavitve »solver-ja«

Nastavitve modula za analizo nismo posebej nastavljali, saj so nam ustrezale privzete

nastavitve.

3.8 Zagon izračuna

Pri kompleksnih konstrukcijah, kjer imamo veliko obtežb je smiselno uporabiti ukaz »2D

data viewer«, kjer lahko preverimo vse obtežbe, če so bile pravilno vnesene. Sl. 69 nam

prikazuje lastno težo plošče, ki nam jo program izračuna sam. Na tak način lahko

preverimo vse obtežne primere.


Sl. 69: Prikaz lastne teže plošče S25

Izračun poženemo s ukazom »Calculation«. Obstajata dva ukaza, ki pa se razlikujeta samo

v tem, da eden pokaže postopke izračuna, drugi pa ne.

Odpre se nam okno Sl. 70, kjer lahko izberemo katero analizo naj nam program izvede. Za

enkrat nam zadošča linearna analiza. Tukaj še vedno lahko spreminjamo nastavitve mreže

in modula za analizo. Če predhodno ne naredimo mreže, nam jo ob izračunu program

avtomatično kreira, saj brez nje ne more narediti izračuna.


Sl. 70: »FE analysis« ali modul za analizo

Sl. 71: Kratko poročilo po uspešnem izračunu

Po končanem izračunu nam program prikaže okno Sl. 71, kjer nam izpiše maksimalne

pomike, maksimalne rotacije in sporoči, da je vsota vseh obtežb in reakcij v redu.


4 DIMENZIONIRANJE POSAMEZNIH ELEMENTOV

KONSTRUKCIJE

Po zagonu izračuna se pokaže »Results«, kjer lahko najdemo vse rezultate statične analize.

Sl. 73: Okno »Results«

Sl. 72: Okno z rezultati


4.1 Točkovni temelj B – F1

V verziji SCIA Engineer 2008.1. še ni vključenega dimenzioniranja točkovnega

temelja, zato smo morali temelj narediti kot ploščo na elastični podlagi.

4.1.1 Obtežbe na steber

Sl. 74: Tloris in naris točkovnega temelja iz [1] str. 87

4.1.1.1 Obtežba na steber iz [1] str. 88

Lastna obtežba: 566 kN

Spremenljiva obtežba: 294 kN

VeD = 1,35 x 566 + 1,50 x 294 = 1205 kN

4.1.1.2 Obtežba na steber iz 3D modela v programu SCIA Engineer

Tabela 7: Osna sila v stebru, ki deluje na točkovni temelj

Ned = VEd = -953,16 kN

Pod »Case«, v tabeli, nam število MSN/1 pove, po kateri kombinaciji MSN nam je

program izračunal maksimalno silo N. Ta podatek lahko dobimo iz dinamičnih


dokumentov v obliki tabele, če dodamo »Combination key«. Tako lahko natančno vidimo,

po kakšni kombinaciji je program prišel do tega rezultata.

Tabela 8: Kombinacija za MSN/1

4.1.2 Momenti Mx in My v temelju B – F1

4.1.2.1 Momenti izračunani v [1] str. 89

Momenti so bili izračunani s enačbo:

81

MeD,x = 289 kNm

MeD,y = 249 kNm

4.1.2.2 Momenti izračunani v programu SCIA Engineer

Za izračun uporabimo »2D member« → »Internal forces«. Na Sl. 75 vidimo, da dobimo

velik koničast moment v obeh smereh v območju, kjer deluje steber.

Sl. 75: M eD,x=393,77 kNm/m Sl. 76: M eD,y=499,85 kNm/m


Ta moment smo prerazporedili na celoten temelj tako, da smo uporabili ukaz »Averaging

strip«. Označili smo središčno točko temelja.

Sl. 77: Prerazporeditev momentov s uporabo ukaza »Averaging strip«

Sl. 78: MeD,x = 108,78 kNm/m

Sl. 79: MeD,y = 110,09 kNm/m


4.1.3 Kontaktnih napetosti v temelju B – F1

4.1.3.1 Izračun kontaktnih napetost v [1] str. 89

1205

2,3 2,3228 /

4.1.3.2 Izračun napetosti v temelju v programu SCIA Engineer

Kontaktne napetosti najdemo v »Results« → »2D member« in se imenujejo »Contact

stresses«.

Sl. 80: σz,max=202,178 kN/m2

Za elastično podlago smo izbrali zemljino s katero smo dobili podobne kontaktne

napetosti, kot so podane v [1] str. 89.

4.1.4 Dimenzioniranje točkovnega temelja

Zaščitni sloj beton: XC2; cmin = 20 mm; ∆c=35 mm; cnom=55 mm

Kvaliteta betona: C30/37; fcd = 17 MN/m2

Armatura (normalno duktilna): Bst 500 M (B); fyd = 435 MN/m2; Es=200000 MN/m2


4.1.4.1 Izračun armature po [1] str. 90

45 5,5 , 38,90 39 …statična višina v smeri x

3 45 5,5 3 , 37,70 38 …statična višina v smeri y

,

, ,0,049…

0,050, 456,5…

· · · 16,70 …teoretična armatura

4.1.4.2 Izračun potrebne armature s programom SCIA Engineer

Servis »Concrete« nam omogoča dimenzioniranje AB konstrukcije. Sestavljen je iz »1D

member«, »2D member« in »Punching«.

»1D member« je namenjen dimenzioniranju stebrov in nosilcev, medtem ko »2D member«

uporabljamo za ploskovne elemente, predvsem za dimenzioniranje plošč.

»Setup« se uporablja za globalne nastavitve betona, kjer lahko spreminjamo vrednosti v

zvezi s dimenzioniranjem glede na standard.


Sl. 81: Nastavitev modula za beton

Teksti v »Setup« oknu so označeni s tremi barvami. Barve imajo naslednji pomen.

Črna: Opcija je splošna in velja za vsak element

Modra: Opcija je omogočena tudi v »Member data«

Zelena: Opcija se nanaša na izbran standard


Sl. 82: Primer modrega teksta Sl. 83: Primer zelenega teksta

Sl. 84: Okno s nastavitvami za »Member data«

Tukaj najdemo nekatere nastavitve, ki so enake, kot v »Setup«. Iste so v »Setup« obarvane

modro tekstu. Namen tega ukaza je, da lahko uporabimo za različne elemente različne

nastavitve. Nastavitve v »Member data« imajo višjo prioriteto kot »Setup«.

Pri notranjih statičnih momentih smo izrisali območje razporeditve momentov čez celoten

temelj z »Averaging strip«. Da bi to območje upoštevali tudi pri izračunu armature,

moramo funkcijo označiti preden se izvede izračun armature.


Sl. 85: Kje označiti »Averaging strip«

Za izračun armature v točkovnem temelju bomo uporabili »Member data«, kjer bomo

nastavili priporočene parametre, katere naj program pri izračunu armature uporablja.

Sl. 86: Nastavitve v »Member data« za izračun armature


Izračun nam izvede ukaz »Concrete« → »2D member« → »Member design – Design –

ULS« .

Sl. 87: Armatura spodaj v smeri x; As,x=19,10 cm2/m

Sl. 88: Armatura spodaj v smeri y; As,y=18,24 cm2/m


Sl. 89: Armatura zgoraj v smeri x; As,x=8,63 cm2/m

Sl. 90 Armatura zgoraj v smeri y; As,y=9,35 cm2/m


4.1.5 Izračun potrebne armature zaradi preboja v temelju

4.1.5.1 Izračun potrebne armature zaradi preboja v [1]

Sl. 91: Tloris in prerez temelja iz [1]

Razporeditev obtežbe in osnovni kontrolni obseg po DIN 1045-1

38 … srednja statična višina

1,5d = 0,57 m…osnovni kontrolni obseg

µkrit = 4,68 m …kritični obseg

Acrit = 1,72 m2…kritična površina

, 0,5 · · 1009 …efektivna vertikalna sila zmanjšana za

50 % zaradi vpliva kontaktnih napetosti

Podatki za izračun striga pri preboju

Ed ≤ Rd,ct

· , ·

,216 / …največja strižna napetost, kadar je reakcija

podpore ekscentrična na kontrolni obseg.


Rd,ct = 167 kN/m… je projektna vrednost projektne strižne odpornosti brez strižne

armature za preboj vzdolž obravnavanega kontrolnega prereza

Rd,max = 1,5 Rd,ct = 251 kN/m … je projektna vrednost največje prebojne strižne

odpornosti pri preboju vzdolž obravnavanega kontrolnega prereza.

Izračun palice s krivljenimi palicami po kotom 45 ͦ

, ,1,3 · · ·

, ,

0,5d = 0,19 m…osnovni kontrolni obseg

2 · 0,35 2 · 0,2 0,38 · 2,29

,1,0 · 10092,29

441 /

, , ·1,3 · ·

0,441 0,167 · 2,29 · 101,3 · 45 · 435

15,7

4.1.5.2 Izračun potrebne armature zaradi preboja s programom SCIA Engineer

Mapa »Concrete« → »2D member« → »Punching« je namenjena izračunu prebojev v

plošči. Za izračun preboja moramo najprej izračunati teoretično armaturo v plošči, drugače

nam program ne bo hotel izračunati preboja.

Osnovne globalne nastavitve za preboj nastavimo v »Setup«, Sl. 92.


Sl. 92: Nastavitve za preboj po SIST-EN

Izberemo »Punching data«, kjer podobno kot prej v »Member data« določimo lokalne

nastavitve za določen element. S tem ukazom izberemo točko, kjer se stikata steber in

točkovni temelj. V oknu nastavimo vse parametre za izračun preboja, Sl. 93.

Sl. 93: Okno s lastnostmi preboja


Za kontrolo preboja lahko uporabimo okno »Preview«, kjer se prikazujejo vsi rezultati

tabelarično ali pa ukaz »Single check«, ki nam pokaže podrobnejšo kontrolo preboja.

Sl. 94: »Actions« → »Single check«

Glede na to, da obravnavamo 3D model, lahko nastavimo le tip stebra, lokacijo stebra

glede na ploščo, debelino plošče, možnost uporabe kapitela in dodajanje lukenj v ploščo.

Ostali parametri so že avtomatično definirani glede na 3D model in jih ne moremo

spreminjat.


Sl. 95: Kontrola preboja v »Single check«

Tabela 9: Prikaz rezultatov iz »Punching check«, brez uporabe »Single check«

Ker velja Ed < Rd,c …strižna armatura za preboj ni potrebna.

4.2 Steber B – S1

Razred izpostavljenosti: XC1

Minimalni zaščitni sloj: 10 mm


Dodatni zaščitni sloj: ∆c=10 mm

Cnom = 10+10 = 20 mm

, 0,5 20 2,0 1,0 0,5 · 1,6 16,2 16

4.2.1 Obtežba na steber

4.2.1.1 Obtežba v [1] na str. 166

Obtežba na steber je izračunana iz kombinacije: 1,35 · 1,5 ·

NEd = -468 kN … maksimalna sila v stebru

Med01 = -6,8 kN … moment spodaj

Med02 = 13,7 kN … moment zgoraj

4.2.1.2 Obtežba na steber iz programa SCIA Engineer

Steber je obtežen s horizontalno silo, vertikalno silo in momentoma v dveh smereh. Če

želimo dobiti sile v točki, kjer se stikajo steber, nosilec in plošča, uporabimo ukaz

»Connection forces«. Preden pa uporabimo ta ukaz, moramo s »Connection input« določiti

točko v kateri želimo sile videti.

Tabela 10: Sile v stebru spodaj in zgoraj


Tabela 11: »Combination key« za steber B12

4.2.2 Notranje statične količine (NSK)

4.2.2.1 NSK glede na obtežne primere iz [1] str. 163

Sl. 96: Notranje statične količine glede na lastno in koristno obtežbo


4.2.2.2 NSK glede na obtežne primere iz SCIA Engineer

Rezultate statične analize za 1D elemente najdemo v »Beams«.

»Internal forces on beam« - izračun NSK

»Deformation on beam« - izračun vseh pomikov in rotacij

»Relative deformation« - izračun relativnih deformacij

»Member Stress« - normalne napetosti v nosilcu

»Shear stress« - strižne napetosti

Zaradi primerjave z [1], smo uporabili enake obtežne primere za NSK:

Lastna + stalna obtežba gk:

Sl. 97: NSK - gk

Za določitev maksimalne osne sile in maksimalnega momenta glede na obtežni primer

koristne obtežbe smo morali najprej narediti kombinacijo vseh obtežnih primerov koristne

obtežbe. Tako smo dobili tabelo z, maksimalnimi vrednostmi glede na kombinacijo

maksimalne koristne obtežbe. S pogledom v tabelo »Combination key« lahko vidimo,

kateri obtežni primer nam daje maksimalno vrednost.


Tabela 12: Maksimalne vrednosti NSK glede na koristno obtežbo

Tabela 13: »Combination key« - tako vidimo katera kombinacija koristnih obtežb daje

največje NSK

4.2.3 Vitkost stebra

4.2.3.1 Vitkost iz [1] str. 163:

· 1,0 · 4,75 4,75 …uklonska dolžina

, · ,

, · ,47…vitkost okoli y osi

, · ,

, · ,82…vitkost okoli z osi

Potrebno je opomniti, da je y(iz [1]) = z (SCIA Engineer) zaradi drugačnega lokalnega

koordinatnega sistema.

4.2.3.2 Vitkost s programom SCIA Engineer:

Vitkost stebra preverjamo s ukazom »Concrete slenderness«.


Tabela 14: Kontrola vitkosti stebra

Program avtomatično preveri vitkost in sporoči, če ne zadostuje pogoju:

< min=lim

To pomeni, da bomo morali poleg momenta 1. reda upoštevati tudi moment 2. reda in

moment zaradi imperfekcije. Če označimo steber in v lastnostih stebra odpremo »Buckling

and system length« se pokaže sistem za izračun uklonskih dolžin.

Sl. 98: Okno za definiranje uklonskih dolžin

S klikom na »Edit« lahko definiramo uklonske in relativne dolžine Sl. 99.


Sl. 99: Nastavitve za izračun uklonskih dolžin

Faktor nam program izračuna, lahko pa ga tudi vpišemo. (Tabela 1Tabela 14).

Tako smo dobili izračunane uklonske vrednosti:

y = 84,65

z = 52,43

Potrebno je opomniti da je y(iz knjige) = z (SCIA Engineer) zaradi drugačnega

lokalnega koordinatnega sistema.

Razlika nastaja zaradi tega, ker je program koeficiente izračunal. Tako je:

y = 1,03

z = 1,12

4.2.4 Dimenzioniranje stebra

4.2.4.1 Dimenzioniranje stebra na tlak in enoosni upogib [1]

Zaščitni sloj betona: XC1; cmin = 10 mm; ∆c=10 mm; cnom=20 mm


Kvaliteta betona: C30/37; fcd = 17 MN/m2


Vzdolžna armatura

Upoštevan samo enoosni upogib!

420

0,2

· ·42,6 · 10

0,35 · 0,2 · 170,18

· ·468 · 10

0,35 · 0,2 · 170,39

·

, · · 0,2 · 20 · 35 ·17435

5,47

Izbrana vzdolžna armatura:

416 (As = 8,0 cm2)

Minimalna vzdolžna armatura:

, 0,15 · 0,003 ·

1,6cm2 < 2,1 cm2

Maksimalna vzdolžna armatura:

, 0,09 · 63

12mm < ds,potr = 16


Strižna armatura

Teorija I. reda:

VEd = 5,1 kN

Ned = -416,5 kN

Dodatek prečne sile zaradi II. Teorije:

∆VEd = 28 kN

VEd,tot = 5,1 + 28 = 33 kN

VRd,ct = 70,90 kN >> VEd,tot = 33 kN … Maksimalna sile brez armature je večja kot

maksimalna prečna sila v stebru.

Normalna napetost zaradi prečne sile:

σ NE·

,

, · ,5,95 MN/m …

spotr = b – 2d1 = 27 cm

smax = 30 cm > spotr

4.2.4.2 Dimenzioniranje stebra v SCIA Engineer

Pred izračunom moramo stebru dodati še »Member data«, kar pomeni, da mu bomo

dodelili nekaj nastavitev, ki bodo veljale samo za ta element.

Sl. 100: Nastavitev za vzdolžno armaturo stebra in stremena

Premer vzdolžnih palic spremenimo na 16mm, število palic pa pustimo 0, saj nam bo tako

program sam določil število palic.


Sl. 101: Nastavitev izračuna stebra

Zelo pomembna opcija je »Use buckling data«. Če imamo to opcijo označeno, nam

program ob upoštevanju vitkosti izračuna tudi moment 2. reda. »Type of calculation«

pustimo na »automatic«. Program pozna tri vrste analize stebra:

»Uni – Axial« - enoosni upogib

»Circular« - za krožne preseke

»Bi-Axial« - dvoosni upogib

Sl. 102: Metode izračuna stebra

Tabela 15: Prikaz momentov v smeri y 1. in 2. reda


Tukaj imamo podane vse momente zaradi imperfekcije.

My,recal = etot,z x N

M0ED,y – moment 1. reda s upoštevanjem imperfekcije

M2,y – moment 2. reda s upoštevanjem imperfekcije

etot,z – skupna ekscentričnost

eo,z – ekscentričnost 1. reda

e2,z – ekscentričnost 2. reda

Tabela 16: Prikaz momentov 1. in 2. Reda v smeri z

Če ne vemo kaj pomeni kateri simboli, gremo s miško čez simbol in se nam spodaj izpiše

opis.

Tabela 17: Dizajnirane notranje statične količine za dvoosni upogib

4.2.4.3 Izračun potrebne vzdolžne armature – dvoosni upogib

Najprej izračunamo vzdolžno armaturo glede na dvoosni upogib, ki se pojavi v naši 3D

konstrukciji. Glede na to, da je v knjigi upoštevan enoosni upogib, bomo naredili za

primerjavo tudi izračun s enoosnim upogibom.

Kot vidimo na Sl. 103 uporabimo ukaz »Member design – Design«.


Sl. 103: »Member design – Design« Sl. 104: Nastavitve za izračun

Z ukazom »Member data« smo nastavili lokalne nastavitve za dimenzioniranje stebra in

sicer:

Sl. 105: Diagram vzdolžne armature

Sl. 106: Numerični rezultati izračuna vzdolžne armature

»Calc. type« - tip izračuna, ki je bil uporabljen (Bi – Axial)


»Interaction check« - interakcija po formuli:

»Ratio y/z« - delež količine armature glede na os y in z

Sl. 107: V »Setup« nastavitvah lahko tudi sami nastavimo delež razdelitve armature

»As,req« - količina armature, glede na osnovni premer podan v »Setup«

»Reinfreq« - Armatura glede na osi:

10(8/6)x16

10: skupna količina palic

8: število palic v smeri y

6: število palic v smeri z

16: premer palic

»Reinftot« - skupna količina armature

»W/E« - »warnings and errors«, tukaj nam program sporoča opozorila in napake, ki so se

pojavile med dimenzioniranjem

V oknu lastnosti, za ukaz »Design« pomenijo simboli za »Values« sledeče:

» As tot req« - teoretična armatura, ki jo program izračuna

»As user« - v primeru, da smo v »Member data« določili število palic, nam program

prikaže diagram teh palic

»As add. req.« - v primeru, da smo pri »As user« določili število palic, nam prikaže koliko

armature nam še manjka glede na »As user«, da bo zadoščeno vsem pogojem


4.2.4.4 Izračun potrebne vzdolžne armature – enoosni upogib

Sedaj v »Member data« spremenimo nastavitev tip izračuna iz dvoosnega v enoosni

upogib.

Sl. 108: Za enoosni upogib uporabimo »Uni-axial (sum)«

Razlika med »Uni-axial (sum)« in »Uni-axial (max)«:

»Uni-axial (sum)«:

- Asy je izračunana na sile NEd in MEd,y

- Asz je izračunana na sile NEd in MEd,z

»Uni-axial (max)«:

- če je MEd,y > MEd,z → As=Asy je izračunana na NEd in MEd,y

- če je MEd,z > MEd,y → As=Asz je izračunana na NEd in MEd,y

Z obema tipoma smo dobili enake rezultate.

Sl. 109: Diagram vzdolžne armature s enoosnim upogibom

Končna armatura izražena s palicami je enaka armaturi v [1] na str. 177, kjer je dobljena

armatura 416. Glej poglavje 4.2.4.1.


4.2.4.5 Izračun potrebne strižne armature

SCIA Engineer še ne računa strižne armature za stebre. Izračuna jo glede na SIST-EN in to

glede na vzdolžni razmak stremen in premer, ki ga določimo v »Member data«.

Tabela 18: Strižna armatura izračunana glede na standard SIST EN

V numeričnih rezultatih vidimo, da program ni izračunal VRd,c in Vrd, max.

V [6] str. 39 priporočajo, da če imamo steber s enoosnim upogibom, naj spremenimo le tip

elementa na »beam«. Spremenili smo tip izračuna na »Uni-axial (max)« in tip elementa na

»Beam« ter dobili naslednje rezultate:

Sl. 110: Diagram strižne armature stebra obravnavanega, kot tip »beam«


Tabela 19: Numerični rezultati izračunane strižne armature

Tukaj lahko vidimo izračunan VRd,c in Vrd, max. Izberemo stremena 8/10/20 cm.

4.3 Nosilec B – UZ1

Pri prenosu konstrukcije iz programa Allplan BIM v SCIA Engineer se nosilci prenesejo

kot navadni nosilci v SCIA Engineer, ki pa jih ne moremo uporabiti kot T nosilce v plošči.

Program ima zato poseben element, ki se imenuje »Rib«. Nnavadnih nosilcev še ne

moremo pretvoriti v »Ribs« nosilce, zato je potrebno obstoječe nosilce izbrisati in narisati

nove. To naredimo tako, da najprej označimo vse nosilce, pritisnemo desno tipko na miški,

kjer najdemo ukaz »delete«. Da narišemo nosilce v plošči izberemo »Structure« → »2D

member« → »2D member components« in izberemo ukaz »Rib«. S pritiskom na ukaz nas

najprej vpraša kateri plošči bo nosilec pripadal. Označimo ploščo nad pritličjem in pokaže

se nam okno z nastavitvami.


Sl. 111: Nastavitve za »Rib« nosilce

Ob pogledu na Sl. 111 vidimo, da je potrebno nastaviti kar nekaj nastavitev. Prerez lahko

uporabimo enak, kot smo ga uporabili pri prenesenem nosilcu. Za poravnavo uporabimo

»bottom«, saj bo nosilec pod ploščo, lahko pa je tudi v sredini ali nad ploščo. Pod »Shape

of rib« izberemo kakšne oblike naj bo naš nosilec. Notranja dva bosta oblike T, zunanja

dva pa oblike L. Ker nam program še ne zna izračunati sodelujoče širine pasov, moramo to

narediti ročno.

Sl. 112: EC2 5.3.2.1 (2)


Sl. 113: EC2 5.3.2.1 (3)

,

Levi razpon:

0,85 0,85 5,0 4,25

Pod podporo:

0,15 , , 0,15 5,0 5,0 1,50

Desna stran:

0,70 , 0,70 5,0 3,50

Levi razpon:

, 0,202,152

0,1 4,25 0,64

0,2 4,25 0,85

, 0,207,1752

0,1 4,25 1,14

0,2 4,25 0,85

, 0,64 0,85 0,35 1,84

Pod podporo:

, 0,202,152

0,1 1,50 0,37


0,2 1,50 0,30

, 0,207,1752

0,1 1,50 0,87

0,2 1,50 0,30

, 0,30 0,30 0,35 0,95

Desna stran:

, 0,202,152

0,1 3,50 0,57

0,2 3,50 0,70

, 0,207,1752

0,1 3,50 1,07

0,2 3,50 0,70

, 0,57 0,70 0,35 1,62

Tako dobimo, da je beff = 1,84 m.

Izberem »Effective width« → »width«. Izračunano sodelujočo efektivno širino vpišemo

pod »Int. Forces« in »for check«, saj bomo za statično analizo in dimenzioniranje uporabili

enako sodelujočo širino. Za naše nosilce v plošči določimo še novo ravnino, ostalo pa

pustimo privzeto.

Sedaj moramo vrisati te nosilce v plošči tam, kjer smo prej izbrisali navadne nosilce.

Prerezi nosilcev se po privzetih nastavitvah ne vidijo, zato kliknemo desno tipko na prazen

prostor v risalni površini in odpremo »Set view parameters for all« →»Structure→

»Structure« →»Draw cross-section«. Tako lahko preverimo, če smo pravilno definirali

nosilce.

Sl. 114: Primer prikaza prereza robnega nosilca v plošči


4.3.1 Notranje statične količine

4.3.1.1 NSK iz [1]

Sl. 115: Med in Ved ( leva simetrična stran nosilca)

4.3.1.2 NSK iz SCIA Engineer

Sl. 116: Maksimalne prečne sile in momenti dobljeni brez upoštevanja zaokrožitve

momentov

Sl. 117: Maksimalne prečne sile in momenti dobljeni s upoštevanjem zaokrožitve

momentov


Tabela 20: Tabela s maksimalnimi NSK količinami glede na obtežni primer

Tabela 21: »Combination key« za maks. NSK

Pri izračunu My je bila upoštevana zaokrožitev momentov po enačbi:

∆ .

8

bsup - program avtomatično vzame širino glede na steber oziroma kakšen drug element, ki

podpira nosilec. Če imamo standardno podporo, potem v podpori določimo, kakšna naj bo

širina podpore, ki jo bo nato program uporabil za prerazporeditev momentov.

Sl. 118: Primer določitve velikost podpore pri točkovni podpori

4.3.2 Dimenzioniranje nosilca

4.3.2.1 Dimenzioniranje nosilca v [1] na str. 46


Kvaliteta betona: C40/50; fcd = 22,70 MN/m2; fctm = 3,5MN/m2; Ecm=34500 MN/m2

Armatura (normalno duktilna): Bst 500 M (B); fyd = 435MN/m2; Es=200000 MN/m2


Vzdolžna armatura As v polju

As = 13,6 cm2

Izbrano 716 (14,1 cm2)

Vzdolžna armatura As v podpori (dvojno armiranje)

As1 = 13,2 cm2


As2 = 2,1 cm2


Strižna armatura Asw

VRd,c = 0,112 MN

VEd,w = 0,292 MN

VRd,max = 0,944 MN

8,83 /

Izbrano 10/15 (=10,48 cm2)


4.3.2.2 Dimenzioniranje s SCIA Engineer

Vse osnovne nastavitve dimenzioniranja nastavljamo v »Setup« oknu.

Sl. 119: Nastavitve v »Setup« pod zavihkom »Calculations«

V »Setup« bomo uporabili nastavitve, kot jih vidimo na Sl. 119. »Moment/Shear capping

at supports« je opcija za zaokrožitve momentov oziroma strižnih sil. Za strižne sile imamo

še dodatno možnost kje naj upošteva zmanjšano strižno silo. V izračunu bomo upoštevali

tudi prerazporeditev momentov, ki jih bomo izračunali glede na [5], poglavje 5.5.4.

Izračun As vzdolžne in Ass strižne armature

Pred izračunom bomo nosilcu dodali še lokalne lastnosti za dimenzioniranje z »Member

data«, kjer bomo nastavili palice za vzdolžno in strižno armaturo.


Sl. 120: Priporočila, katere naj uporabi program pri izračunu armature

Teoretično armaturo izračunamo s »Concrete« → »1D member« → »Member design« →

»Design«.

Sl. 121: Nastavitev za izračun teoretične armature As in Ass


Sl. 122: Diagrami maksimalnih As in Ass brez upoštevanja pravil detajliranja armature po

[5]

Diagrami na Sl. 122 so rezultati NSK, izračunanih na nosilcu. Pri tem so bile upoštevane

nastavitve, ki jih lahko vidimo na Sl. 119. Naslednji izračun armature bomo izvedli z

upoštevanjem vseh pravil detajliranja armature, ki jih lahko vidimo na Sl. 123.

Sl. 123: »Detailing provisions« - pravila detajliranja armature


Sl. 124: Diagrami maksimalnih As in Ass s upoštevanjem pravil detajliranja armature po

[5]

Dobili smo armaturo za maksimalne vrednosti v prerezu. Najprej nam program izpiše

teoretično armaturo, nato število palic in premer, ki smo ga določili v »Setup« oz.

»Member data«.

Vzdolžna armatura:

Teoretična negativna armatura: 15,14 cm2

Teoretična negativna armatura izražena s palicami: 816 (16,08 cm2)

Teoretična armatura v polju: 8,88 cm2

Teoretična armatura v polju izražena s palicami: 516 (10,05 cm2)

Strižna armatura:

Teoretična armatura nad podporami: 11,84 cm2

Teoretična armatura izražena s palicami: 10/13,3 cm (11,84 cm2)

Teoretična armatura v polju: 6,28cm2

Teoretična armatura izražena s palicami: 10/25 cm (6,28 cm2)

Nosilec lahko tudi detajlno analiziramo s »Single check«. Tukaj najdemo rezultate v

izbranih prerezih za armaturo, deformacije, napetosti, sile in σ- diagram v prerezih

nosilca.


Sl. 125: Primer prikaza 3D napetosti v prerezu

4.3.3 Deformacije

Deformacije bomo izračunali z uporabo »Code Dependent Deflection«, kjer bomo dobili

elastične, nelinearne deformacije in deformacije zaradi lezenja.

Za izračun deformacij z uporabo Code Dependent Deflection« potrebujemo izračunano

teoretično armaturo nosilca in obtežnostne kombinacije v »Concrete combinations«.


Tabela 22: Vnesli bomo tri kombinacije CC1, CC2 in CC3

CC1 – kombinacija za trenutno elastično deformacijo

CC2 – kombinacija za lezenje

CC3 – kombinacija za maksimalno deformacijo

Po izračunu potrebne teoretične armature nosilca odpremo »Calculation« in izberemo, kot

vidimo na Sl. 126.


Sl. 126: Izberemo »Concrete – Code Dependent Deflections«

Z ukazom »Deformation« dobimo rezultate za vse kombinacije, ki smo jih izdelali v

»Concrete combination«.

Sl. 127: Rezultate, ki jih lahko dobimo za deformacije odvisne od časa

Sl. 128: Linearna deformacija v kombinaciji CC3

Sl. 129: Nelinearna deformacija v kombinaciji CC3

Sl. 130: Nelinearna + deformacija zaradi lezenja v kombinaciji CC3


Rezultat na Sl. 130 je nerealen, saj ne more biti deformacija s prisotnostjo lezenja

pozitivna.

4.4 Plošča B – D1

Plošča je monolitna prednapeta konstrukcija s nepovezanimi kabli v ceveh.

4.4.1 Notranje statične količine

4.4.1.1 NSK izračunane v [1] str. 183

Sl. 131: Momenti in prečne sile v smeri y, zaradi lastne obtežbe g1

Sl. 132: momenti in prečne sile v smeri y, zaradi lastne obtežbe g2


Sl. 133: Momenti in prečne sile v smeri y, zaradi spremenljive obtežbe q

Sl. 134: Momenti in osne sile zaradi prednapenjanja


4.4.1.2 NSK izračunane v programu SCIA Engineer



Sl. 137: Momenti in prečne sile v smeri y, zaradi spremenljive obtežbe q


Sl. 138: Momenti zaradi prenapenjanja

Sl. 139: Osna sila zaradi prednapenjanja Pm0

Sl. 140: Maksimalni pozitivni momenti po MSN

Sl. 141: Maksimalni negativni momenti po MSN


4.4.2 Izgube prednapenjanja neodvisne od časa

4.4.2.1 Izgube prednapenjanja v [1] str. 183

Koeficienti podani v [1] str. 184

µ = 0,06…koeficient trenja

k = 0,5 ͦ /m = 0,00872 rad/m… koeficient neravnosti kabla

∆lsl = 5 mm… zdrs v sidru

Izgube sile prednapenjanja zaradi trenja kablov in zdrsa v sidru

Sl. 142: Diagram izgub zaradi trenja v kablu in zdrsa v sidru


4.4.2.2 Izgube prednapenjanja v SCIA Engineer

Izgube sile prednapenjanja zaradi trenja kablov in zdrsa v sidru

Sl. 143: Izgube zaradi trenja kablov in zdrsa v sidru

4.4.3 Napetosti v kablu

Sl. 144: Diagram napetosti v kablu

»SAT« - napetost po vnosu sile

»LED« - izgube zaradi elastične deformacije in zaporednem prednapenjanju

»LCS« - izgube zaradi krčenja, lezenja in relaksacije jekla


»Lmin« - minimalne izgube zaradi žive obtežbe

»Lmax« - maksimalne izgube zaradi žive obtežbe

»MinStress« - minimalna napetost v fazi

»MaxStress« - maksimalna napetost v fazi

SCIA Engineer ne omogoča kontrol na omejitev napetosti za 2D elemente.

4.4.4 Časovne izgube prednapenjanja

SCIA Engineer še ne omogoča izračuna časovnih izgub prednapenjanja v 3D modelu za

2D elemente. Računamo lahko le 1D elemente z uporabo modulov »TDA« in

»Construction stages«.

4.4.5 Dimenzioniranje plošče

4.4.5.1 Dimenzioniranje plošče v [1] na str. 206


Kvaliteta betona: C40/50; fcd = 22,70 MN/m2; fctm = 3,5 MN/m2; Ecm=34500 MN/m2


Prednapeto jeklo (visoko duktilno): St 1570/1770; fp0,1k = 1500 MN/m2; fpk = 1770

MN/m2; fpd = 1304 MN/m2; Es=195000 MN/m2

V polju:

,1· · 10

,1435

·0,0930,209

0,385 · 10 1,4 /

Nad podporo:

,1435

·0,1080,209

0,385 · 10 3,1 /


Vzdolžna armatura v nosilcu zaradi striga v stiku med stojino in pasnico:

· ·

0,069 · 10435 · 0,39 · 1,0

4,1 /

as,1(v polju) = 1,4 cm2/m < 4,1/2 = 2,1 cm2/m

as,1(nad podporo) = 3,1 cm2/m > 4,1/2 = 2,1 cm2/m

4.4.5.2 Dimenzioniranje plošče s SCIA Engineer

Izračun armature za ploščo poteka enako, kot smo to naredili v 4.1.4.2.

Diagrami armature v plošči brez upoštevanja pravil detajliranja armature po [5]:

Sl. 145: Pozitivna armatura v smeri x


Sl. 146: Pozitivna armatura v smeri y

Sl. 147: Negativna armatura v smeri x


Sl. 148: Negativna armatura v smeri y

Diagrami armature v plošči s upoštevanem pravil detajliranja armature po [5] :

Sl. 149: Pravila detajliranja armature po [5]


Sl. 150: Pozitivna armatura v x – smeri

Sl. 151: Pozitivna armatura v y – smeri


Sl. 152: Negativna armatura v x - smeri

Sl. 153: Negativna armatura v y – smeri

Pri izrisu vseh diagramov nam program javi opozorilo št. 154, ki pravi, da so v strukturni

analizi in preverjanju armature bile upoštevane sile, nastale zaradi prednapenjanja. Ni pa

bila upoštevana armatura prednapenjanja.

Sl. 154: Opozorilo 154

SCIA Engineer še nima tolikšne podpore za 2D elemente, kot za 1D elemente pri

prednapenjanju. Tako so bile pri izračunu upoštevane samo izgube zaradi trenja in zdrsa v

sidru.


5 KONSTRUIRANJE ARMATURE

5.1 Konstruiranje armature v SCIA Engineer

Program SCIA Engineer omogoča avtomatično generiranje armature z modulom

»Automatic member reinforcement design«, glede na izračunano teoretično armaturo,

lahko pa jo položimo tudi sami in nato preverjamo če zadostuje vsem pogojem.

Možno je tudi prenesti element z že izrisano armaturo, ga primerno obremeniti in preveriti

če zadostuje armatura, ki je bila izrisana v Allplan BIM.

Praktična armatura se uporablja za kontrolo armature, razpok, fizikalne nelinearne analize

ali fizikalne in geometrične analize.

5.1.1 Ročno armiranje s »Redes (without As)«

Tukaj lahko polagamo vzdolžno armaturo in stremena neodvisno od izračunane armature.

Ko bomo npr. položili stremena, ne bodo položena glede na izračunan strig, ampak glede

na naše nastavitve.

Sl. 155: »Redes modul za ročno polaganje armature

Za polaganje lahko uporabimo »New reinforcement«, kjer polagamo stremena in vzdolžno

armaturo hkrati. Lahko pa polagamo najprej stremena, potem pa vzdolžno armaturo z

»New stirrups« in »New longitudinal reinforcement«


5.1.2 Avtomatično armiranje z »Automatic member reinforcement design«

To je modul za avtomatično konstruiranje potrebne armature glede na izračunano

teoretično armaturo, ki smo jo dobili z izračunom.

Avtomatično armiranje upošteva interakcijo upogibnega momenta, osne in prečne sile, ne

upošteva pa torzije in uklona.

V mapi najprej izberemo »Member data«, ki je vezan le na »Automatic member

reinforcement design«.

Sl. 156: Prikaz nastavitev za avtomatično armiranje

Z ukazom »Reinforce design« zaženemo avtomatično armiranje. Če je armiranje

uspešno, nam program izriše potrebno armaturo in zeleni diagram, ki prikazuje

»check < 1«, kar program označi kot »OK«.

Če je armiranje neuspešno, nam program ne izriše armature in nam pokaže rdeči

diagram, kjer je »check > 1«, kar program označi kot »Not OK«. Program ob rdečem

diagramu prikaže tudi številko napake.


Sl. 157: Primer rdečega in zelenega diagrama

5.1.3 Temelji B – F1

Najprej bomo izrisali armaturo v temelju z rebrastimi palicami kvalitete B500A.

Izberemo ukaz »Reinforcement 2D« in nastavimo parametre v oknu, kot vidimo na Sl. 158.

Sl. 158: Nastavitve za 2D armiranje

V oknu nastavljamo tip armature, kvaliteto, premer, razmak in način vnosa armature. Te

nastavitve imamo za spodnjo in zgornjo armaturo. Program nam ob vnosu premera in

razmaka palic že sam izračuna armature tako, da glede na prejšnje diagrame vnesemo le

takšne dimenzije, da ustreza teoretični armaturi.


Za spodnjo armaturo smo izbrali:

- Smeri x: As = 19,10 cm2/m → 16/10 cm ( 20,11 cm2/m)

- Smer y: As = 18,24 cm2/m → 16/10 cm ( 20,11 cm2/m)

Za spodnjo armaturo smo izbrali:

- Smeri x: As = 8,63 cm2/m → 16/10 cm ( 20,11 cm2/m)

- Smer y: As = 9,35 cm2/m → 16/10 cm ( 20,11 cm2/m)

Temelj označimo s poligonom. Izrisana je spodnja armatura. Na enak način izrišemo še

zgornjo armaturo.

Sl. 159: Izrisana 2D armatura v SCIA Engineer

Armaturo, ki smo jo položili, bomo sedaj preverili z enakim postopkom, kot smo izračunali

teoretično armaturo, le da bomo sedaj nastavili »Additional reinforcement«. To pomeni, da

nam bo program glede na položeno armaturo javil, če je še kje območje, kjer imamo

premalo armature.


Sl. 160: Dodatna armatura

Program nam prikaže, da ne potrebujemo več dodatne armature. Program žal ne omogoča

razdelitve že položene armature na več delov. Armaturo bi lahko v srednjem delu zgostili v

zunanjih dveh pa bi bile palice na daljšem razmaku. V 2D elemente tudi ne moremo

polagati stremen, zato nam je bilo onemogočeno narediti armaturne koše, ki bi bili

primerni za to vrsto temelja. Verjetno bo možnost pravilnega armiranja točkovnih temeljev

na voljo šele v različici 2010, v katerem bo vključeno tudi dimenzioniranje točkovnih in

pasovnih temeljev.

5.1.4 Steber B – S1

Za steber bomo armaturo samo izrisali, saj nam je ni potrebno kontrolirati glede na

teoretično armaturo, ker je le-ta že izračunana glede na realno armaturo izraženo s premeri

palic.

Za izračun smo izbrali ročno polaganje armature. Najprej smo položili stremena v prerez z

ukazom »New stirrups«. Stremena smo vnesli glede na enoosni upogib stebra, ki smo ga

definirali kot tip nosilca. Stremena so bila izračunana 8/12 cm po celotnem prerezu.

Glede na pogoje SIST-EN bomo v polju izbrali 10/20 cm, v robovih pa 10/10 cm.


Sl. 161: Stremena 10/10/20

Sl. 162: Vzdolžna armatura v prerezu stebra

Sidrna dolžina vzdolžne armature na vrhu je bila določena glede na minimalne zahteve

SIST-EN, ki jo lahko omogočimo v lastnostih vzdolžne armature, kot vidimo na Sl. 166.

Sidrna dolžina ne zadostuje, glede na to, da se steber nadaljuje v drugo etažo. Glede na

SIST-EN smo dobili sidrno dolžino ls=40 cm.


Sl. 163: Izrisana armatura stebra Sl. 164: Nastavitve za sidrno dolžino

5.1.5 Nosilec B – UZ1

Armaturo nosilca B-UZ1 položimo z ročnim polaganjem oziroma s modulom »Redes

(without As)«. Polagali bomo streme in vzdolžno armaturo skupaj, s predhodno izdelano

predlogo.

Glede na diagram Sl. 124, bomo najprej položili stremena 10/25, ki jih bomo ob

podporah zgostili na 10/12. Predloga bo vsebovala U stremena 10/25, vzdolžna

armatura bo 516 spodaj in 816 zgoraj. V predlogi bo tudi konstrukcijsko streme

10/25, ker zgornje vzdolžne armature ne moremo polagati brez stremen. Vzdolžne

konstrukcijske palice bodo 12, kot lahko vidimo na Sl. 165.

Sl. 165: Predloga za osnovno armiranje


Izberemo »Redes (without As)« → »New Stirrups« . Označimo začetno in končno točko

nosilca in izberemo predlogo, ki smo jo že predhodno izdelali. Konstrukcijsko streme

pozicije 4 ne bomo upoštevali v izračunu, zato bomo označili »Detailing«. Pojavi se

funkcija »Active«, kar pomeni ali naj bodo vidna. Mi bomo pustili neoznačeno.

Sl. 166: Predloga za stremena

S klikom na armaturo se nam v oknu »Actions« pokažejo ukazi za spreminjanje stremen.

Sl. 167: Ukazi za spreminjanje stremen

Z ukazom »Edit stirrups distances« bomo sedaj zgostili stremena nad podporami.


Sl. 168: Okno za spreminjanje polaganja stremen

Polaganje stremen je razdeljeno na cone in dele. Cone se vežejo glede na celotno

polaganje, deli pa na izbrano cono. Vsaki coni bomo dodali po en del, ki bo simetričen in

bo cono razdelil na tri dele. Tako bomo lahko zgostili stremena ob vsaki podpori.


Sl. 169: Dodan nov del v coni položenih stremen

Sedaj bomo položili vzdolžno armaturo glede na izračunano teoretično armaturo. Izberemo

»New longitudinal reinforcement« in označimo področje, kamor jo želimo polagati.

Prikaže se okno, v katerem bomo položili vzdolžno armaturo še v prerez. Izberemo

spodnjo palico in z novo ravnino položimo palice 516 spodaj in 416 zgoraj.

Sl. 170. 3D položena armatura v nosilcu(rdeča stremena so konstrukcijska)

Sedaj bomo preverili ali položena armatura zadošča teoretični armaturi. Postopek

ponovimo, kot bi izračunali teoretično armaturo le, da v »Values« izberemo »As.add.req.«,

kar pomeni, da bo program upošteval praktično armaturo in izrisal diagram dodatne

armature, ki je še potrebna.


Sl. 171: Dodatna manjkajoča vzdolžna armatura

Vidimo, da nam nad notranjimi stebri še povsod manjka 116. Armaturo 116 bomo

položili le nad stebri, v območju zgoščenih stremen 10/12. Uporabili bomo ukaz »Add

longitudinal reinforcement on selected interval«, ki ga najdemo v komandni vrstici pod

risalno ravnino. Z ukazom vnesemo armaturo na enak način, kot smo vnesli prvotno

vzdolžno armaturo.

Sl. 172: Tako smo vnesli dodatno negativno armaturo nad vse stebre

Pri ponovnem preverjanju dodatne armature je bilo zadoščeno teoretični armaturi. Na

koncu še na enak način položimo konstrukcijsko armaturo 412, kot lahko vidimo na

poziciji 1, Sl. 165.

Sl. 173: Armatura nosilca zadoščena izračunani teoretični armaturi


5.1.5.1 Omejitev širine razpok

V modulu »Member check« → »Check of non-prestressed concrete« → »Crack control«

lahko kontroliramo:

»w«…račun širine razpok [5] 7.3.4.

»As«…najmanjši prerez armature za omejitev širine razpok [5] 7.3.2

»Max. distance«…največja medosna oddaljenost armaturnih palic glede na omejitev širine

razpok

»Max. diameter«…največji premer palic glede na omejitev širine razpok

Kontrolo lahko izvedemo s teoretično ali praktično armaturo. Pomembno je, da moramo

armaturo pri uporabi teoretične armature najprej izračunati. Šele po tem lahko uporabimo

omejitev širine razpok.

Preden, da začnemo z nadaljnjim računanjem se moramo odločiti katero armaturo bomo

uporabili za kontrolo »Crack proof«. Ker bomo uporabili praktično armaturo, moramo v

»Setup« to tudi izbrati.

Sl. 174: Izbrali smo »Practical As only«

Sl. 175. Nastavitve standarda glede na omejitve širine razpok


S klikom na »Crack control« se nam kombinacija avtomatično nastavi na »MSU-char.«,

kar pomeni, da program avtomatično določi potrebno kombinacijo glede na kontrolo.

Najprej bomo preverili celotno kontrolo na razpoke, imenovano »Crack proof«.

Sestavljena je iz »w«, »As«, »Max. distance« in »Max. diameter«. Če katera od teh ne bo

zadoščena, se bo v tistem območju prikazal rdeč diagram.

Sl. 176: Kontrola »Crack proof« nam sporoča, da v rdečih območjih prerez ni zadoščen

Tabela 23: Rezultati kontrole omejitve širine razpok

Sedaj preverimo, kje je problem. V »Values« izberemo »More components«, kot vidimo

spodaj:

Sl. 177: Izberemo »More components«, tako da nam bo program izpisal vse kontrole


Sl. 178: Izrisani diagram »w«, »As«, »Max distance« in Max diameter«

Že iz diagrama »w« lahko vidimo, da do razpok ni prišlo, kar nam tudi sporoča opozorilo

»W12«. Kontrola ni bila zadoščena v diagramih »As«, »Max distance« in Max diameter.

Pogledali si bomo numeričen izpis problematičnih kontrol glede na SIST-EN.

Tabela 24: Tabela kontrole glede na najmanjši prerez armature za omejitev razpok

Tabela 25: Največja medosna oddaljenost armaturnih palic glede na omejitev širine

razpok

Tabela 26: Največji premer palic glede na omejitev širine razpok

Kot vidimo nista primerna kontrola za minimalno armaturo in minimalni premer palice. Za

spreminjanje armature smo označili vse 116 palice nad podporami in v lastnostih palic


spremenili število na 416. Lahko bi tudi uporabili ukaz »Edit reinforcement in section«.

V oba robna konca smo dodali še 516.

Sl. 179: Po uspešno vneseni dodatni armaturi zaradi omejitve razpok

5.1.5.2 »Check response« ali kontrola odzivnosti prereza

»Check response« je kontrola trenutne deformacije v prerezu glede na maksimalno

deformacijo betona in jekla. Ta kontrola je glede na MSN in jo lahko izvajamo samo s

praktično armaturo.

Sl. 180: Diagram »Check value prikaže napako

Ker tega opozorila v ostalih diagramih ni, odpremo »Single check«, kjer si bomo pogledali,

kaj se dogaja v prerezu.


Sl. 181: V prerezu prikaže, da so NSK večje od maksimalnih sil

To smo rešili tako, da smo na desni strani nad stebrom zgostili stremena iz 12 cm na 10

cm. Na levi strani je bil ta prerez v točki, kjer pridejo stremena iz razmaka 25 cm na 12 cm.

Območje armirano z 12 cm smo povečali iz 1,25 m na 1,50 m.

Sl. 182: Diagram »Capacity response« v zelenem

5.1.5.3 »Check capacity« ali kontrola nosilnosti

To je kontrola nosilnosti, ki zajema razmerje med notranjimi statičnimi količinami v

prerezu in maksimalnimi silami.


Sl. 183: »Check capacity« ali kontrola nosilnosti

Vzdolžni armaturi bomo na koncih dodali še kljuke, katerih dolžina bo v skladu s

minimalno dolžino po SIST-EN, ki jo omogočimo pod »Anchorage« in sicer pod

»Pernament code check«.

Sl. 184: Nastavitev za kljuke

Sl. 185: Armatura T nosilca v plošči s kljukami na koncih.


Pri izrisu armature se pojavi problem, ker program položi armaturo glede na dolžino

sistemske linije nosilca, kar pa za armaturni načrt ni pravilno, saj nam na koncih ostane še

10 cm. To bomo popravili v programu Allplan BIM.

Sl. 186: Vozlišče stebra, nosilca in plošče, kjer vidimo do kam SCIA Engineer izriše

armaturo

5.2 Konstruiranje armature v Allplan BIM

5.2.1 Prenos armature v program Allplan BIM

Izrisano armaturo bomo prenesli v program Allplan BIM, ki je specializiran na področju

izrisa armature, kjer se armatura detajlno izriše in izdela pripadajoč izvleček. SCIA

Engineer za enkrat podpira samo izvoz armature za 1D elemente, zato bomo obdelali

nosilec B-UZ1. Omogoča pa prenos diagramov potrebne armature 2D elementov v *.asf

obliki.

To naredimo tako, da v mapi »Redes (without As)« izberemo ukaz »Export reinforcement

to CAD«. Pod »Action« nato izberemo »Export« in shranimo datoteko kot *.a. V programu

Allplan BIM uvozimo armaturo s ukazom »Preberi armaturo«.


Sl. 187: Prikaz uvoza datoteke *.a

Pri prenosu armature se prenese celoten model v katerem je položena armatura. Model

Allplan BIM prepozna kot opaž, v katerega polagamo armaturo v Allplan BIM. Armaturo,

ki jo prenese prepozna kot Allplan BIM armaturo in jo lahko obdelujemo naprej.

Sl. 188: Pogled prenesene armature v Allplan BIM

Vidimo, da so se med prenosom izgubile kljuke na koncih vzdolžnih palic, ki smo jih

naredili v programu SCIA Engineer. Kljuke stremen pod kotom 180 ͦ so se sicer prenesle,

vendar jih program ne prepozna kot kljuke, zato jih ne moremo več popravljati. Opaž

nosilca je samo spodnji del, saj je zgornji del nosilca v plošči.

Ker smo prvotno nosilec prenesli iz Allplan BIM v SCIA Engineer, lahko sedaj uporabimo

že narisan 3D model in ga pretvorimo v opaž. Tako lahko nepopolni opaž izbrišemo,

armaturo pa imamo sedaj v opažu celotne konstrukcije.


Sl. 189: Armatura v T nosilcu

Na Sl. 186 vidimo, da SCIA Engineer armira nosilec le do sistemske linije, kar privede do

tega, da nam na koncih ostane še 10 cm. To armaturo smo popravili s ukazom »Modificiraj

točke« in raztegnili armaturo za 8 cm tako, da nam ostane še 2 cm zaščitnega betona.

Vzdolžne palice nosilca so dolge 25.16 m in so položene v enem kosu, kar pa ne moremo

uporabiti v praksi saj tako dolgih palic ne moremo položit. Maksimalna dolžina rebrastih

palic, ki se uporabljajo na gradbiščih pri nas je 14 m, kar je tudi privzeta dolžina palic v

programu Allplan BIM.

Sl. 190: Privzete dolžine palic

Vzdolžne palice pozitivne armature bomo morali izbrisati in narisati nove. Palice bomo

polagali po dva polja na enkrat, dolžine 10 m in zadnje polje, ki je dolgo 5 m. Palice bomo

preklapljali nad podporo.

Preden začnemo polagati vzdolžno armaturo, bomo naredili nekaj prerezov, katere bomo

kasneje opisali, uporabili pa jih bomo tudi za polaganje armature v prerezu. Vsako

armaturo, ki jo polagamo v 3D, moramo položiti v dveh pogledih in sicer vzdolžno in nato

v prerez ali obratno.


Sl. 191: Pogledi in detajli

Prereze bomo izdelali nad vsako podporo in v vsakem polju do polovice nosilca. Druga

polovica je simetrična. S ukazom »Pogled iz pogleda« bomo izdelali vzdolžni stranski

pogled nosilca za polaganje vzdolžne armature.

Sl. 192: Tloris, vzdolžni pogled in prerezi

Obstoječe vzdolžne palice izbrišemo s »Izbriši«. Za polaganje novih bomo uporabili » FF

armiranje s palicami«, kjer izberemo predlogo »Vzdolžna palice s kljuko«.

Sl. 193: Izbor oblike krivljenja


Sl. 194: Nastavitve vzdolžne palice med vnosom v vzdolžni pogled

Vzdolžno palico vnesemo s klikom na začetek in konec nosilca. Po vnosu se pokaže okno

za izračun preklopa palic.

Sl. 195: Izračun preklopa za vzdolžne palice

Preklopno dolžino program izračuna glede na parametre, ki jih vidimo na Sl. 195. Po

potrditvi program vpraša kako bomo preklapljali armaturo. Možnosti so:

enaki kraki

ostanek na začetku in koncu poligona

ostanek na sredini poligona

ostanek na koncu poligona

Sl. 196: Preklapljanje armature


Za preklop smo uporabili opcijo »ostanek na koncu poligona« in priredili dolžine palic

tako, da se pozitivna armatura preklaplja nad podporo.

Po položeni vzdolžni armaturi, moramo armaturo položiti še v prerez. Izbrati moramo

željen pogled ali prerez, kamor vnesemo začetno in končno točko polaganja. V našem

primeru je to spodnja širina prereza 35 cm. Ob vnosu moramo vnesti tudi zaščitni sloj

betona.

Sl. 197: Okno s nastavitvami pri polaganju v prerez

V oknu Sl. 197 vnesemo še število palic polaganja v prerezu in naša vzdolžna armatura je

položena.

Če polagamo vzdolžno armaturo z dejanskimi dolžinami palic, moramo v prerez položiti

vsako palico posebej. Lahko pa položimo tudi vzdolžno palico na tekoči meter, kjer pa

vnesemo koeficient preklopa, ki ga mora program upoštevati pri izvleku. V prerez

položimo eno palico.

Na enak način položimo 416 negativno vzdolžno armaturo, ki poteka čez celoten nosilec.

Sl. 198: Negativna armatura 416

Negativno armaturo bomo preklapljali v polju in uporabili opcijo »Ostanek na sredini

poligona«. Tako bomo uporabili dve palici dolžine 14 m, ki ju bomo preklopili s palico

dolžine 2,62 m na sredini srednjega polja nosilca.


Sl. 199: Preklapljanje negativne armature

Sl. 200: Manjkajoče kljuke na dodatni negativni armaturi

Kljuke dodamo palicam s »Spremeni kljuko«, kot lahko vidimo na Sl. 201.

Sl. 201: Ukaz »Spremeni kljuko«

Vnesemo kot kljuke in dolžino, ki nam jo program že predlaga glede na premer palice. Ta

postopek ponovimo še na drugem koncu nosilca.


Za opis palic v prerezu uporabimo »Kotiranje / opis polaganja« s katerim lahko označimo

več palic in jih opišemo.

Sl. 202: Okno za izbor opisa položenih palic

Sl. 203: Kotiran in opisan prerez

Potrebno je poudariti, da program opiše samo tiste palice, ki nastopijo v prerezu, ki ga

definiramo v prečni in vzdolžni smeri. Za vzdolžni opis uporabimo isti ukaz, le da za tip

opisa uporabimo kotirno črto brez dolžine.

Sl. 204: Tipi opisa armatur

Za opis vzdolžnih palic lahko uporabimo »Opis«, ta je podoben »Kotiranje / opis

polaganja« vendar za razliko lahko tukaj opišemo le eno palico in ne moremo označiti

palic s območjem. Velikokrat se zgodi, da nam program zazna le eno palico, kljub temu, da


jih je v poziciji več. Zato je bolje, da uporabimo ukaz »Kotiranje / opis polaganja« in

označujemo palice z območjem od desne proti levi.

Pri večjih nosilcih, kjer imamo veliko preklopov vzdolžne armature, prihaja do problemov,

ker se v vzdolžnem pogledu ne vidi, kje se palice preklapljajo in kakšen je ta preklop. V

tem primeru uporabimo »Delni izvlek« ali »Skupni izvlek«. Razlika med ukazoma je le, da

pri prvem lahko izberemo palico ali pozicijo za izvlek, pri drugem nam program izvleče

vse pozicije naenkrat. S tem izvlekom program izriše opisano palico, ki jo lahko postavimo

pod nosilec in tako natančno vidimo kjer so preklopi in kolikšni so.

Sl. 205: Prikaz izvleka vzdolžnih palic

V Allplan BIM imamo veliko predlog izvlečkov, ki jih lahko spreminjamo in prilagajamo

glede na potrebe. Izvleček glede na že izdelano predlogo lahko izdelamo tako, da

uporabimo »Izdelaj izvleček« vpišemo osnovne podatke, ki bodo vidni v glavi izvlečka,

izberemo želeno predlogo in označimo palice, ki jih želimo v izvlečku.


Tabela 27: Seznam palic po osnovni predlogi


Tabela 28: Seznam palic – krivljenje po že izdelani predlogi


Imamo možnost izvoza izvlečka na različne načine. Izvleček lahko prilepimo v risalno

ravnino, lahko tiskamo, izvozimo v »Excel« ali preprosto v tekstovno datoteko. Imamo

tudi možnost izdelati excelovo razpredelnico iz predlog, ki so prirejene programu »Excel«.

Za ta postopek uporabimo »Izdelaj Excel razpredelnico«, izberemo predlogo in rezultat

lahko vidimo na Sl. 206.

Sl. 206: Excelova razpredelnica prenesena iz Allplan BIM s predlogo

S prenosom armature se pojavijo nekateri problemi, ki so posledica prenosa modela iz

programa SCIA Engineer v Allplan BIM. Prvi problem se je pojavil že pri prenosu, saj je

imel Allplan BIM problem s prepoznavanjem modela. Problem je v tem, da smo v SCIA

Engineer uporabili nosilec tipa »Rib«, za katerega uporablja kvadratni prerez, pri izračunu

pa se upošteva kot T nosilec. Pri izrisu armature se uporabi prerez T. Na srečo Allplan

BIM, kljub temu da ne prepozna modela (v Allplan BIM je to opaž v katerega izrisujemo

armaturo) armaturo prenese. Naslednji moteč problem je bil, da je Allplan BIM napačno

prepoznal območja polaganja stremen. Stremena, ki so nad podporo na razdalji 5cm jih je

prepoznal kot dve, položeni na razdalji 10 cm z razmikom 5 cm. Ta nepravilnost se je

pojavila samo pri avtomatskem generiranju armature v SCIA Engineer. Ko smo ročno

polagali stremena tega problema ni bilo.


6 IZDELAVA DINAMIČNEGA DOKUMENTA

Dokumenti v SCIA Engineer se imenujejo dinamični dokumenti. Ko naredimo spremembo

v konstrukciji, npr. spremenimo obtežbo ali dodamo oziroma odvzamemo kakšen element,

se bo ta takoj posodobila v dokumentu, ki smo ga že prej kreirali v modulu »Documents«.

Deluje pa tudi obratno, če v že kreiranem dokumentu spremenimo koordinato točke, se ta

tudi spremeni v strukturnem modelu.

Sl. 207: Spremenimo koordinato x v dokumentih

Sl. 208: Konstrukcija pred spremembo Sl. 209: Konstrukcija po spremembi


V dokument lahko vstavimo vse, kar smo v programu uporabili za izračun konstrukcije,

vključno z dobljenimi rezultati in izvlečki armature.

Sl. 210: Vmesnik za izdelavo dinamičnega dokumenta

Obliko dokumenta lahko oblikujemo po meri. Že izdelan dokument nekega projekta lahko

tudi shranimo kot predlogo in uporabimo za druge projekte.

Za enkrat dokumenti še niso v slovenščini, vendar lahko skoraj vse preimenujemo v

urejevalniku dokumentov. Obstajajo pa tudi izjeme, ki jih ne moremo preimenovati in

ostanejo v originalnem jeziku, to so npr. imena obtežnih primerov (load cases), imena

presekov itd..

Problem dinamičnih dokumentov je, da pri veliki količini podatkov, kot so tabele, diagrami

itd., algoritem zahteva precejšno računalniško moč, saj ta po vsakem osveževanju na novo

preračuna celotno konstrukcijo. Tako lahko privede do nestabilnosti programa in dolg

odzivni čas sprememb.


7 PRIMERJAVA REZULTATOV

7.1 Temelj B-F1

Element VRSTA

IZRAČUNA

MOMENTI POZITIVNA NEGATIVNA PREBOJMx

[kNm] My

[kNm] Asx [cm2] Asy [cm2] Asx [cm2] Asy [cm2]

As [cm2]

TEMELJ SCIA

Engineer 108,78 110,09 19,1 18,24 8,63 9,35

[1] 289 249 16,7 16,7 ‐ ‐ 15,7

Pri modulu betona dimenzioniranje temeljev ni podprto, zato smo morali točkovni temelj

izdelati, kot temeljno ploščo. Izračun ni popolnoma primerljiv saj je v [1] računan temelj

na togi podpori, mi pa smo uporabili ploskovni element na elastični podlagi. Tako smo

dobili večjo armaturo temelja v spodnji in zgornji coni, kar je vodilo do tega, da za preboj

nismo potrebovali dodatne armature.

7.2 Nosilec B-UZ1

Element VRSTA

IZRAČUNA MOMENTI

PREČNE SILE POLJE PODPORA STREMENA

+My [kNm]

‐My [kNm] Vz As [cm2] As [cm2] Ass [cm2]

NOSILEC SCIA Engineer 160,42 ‐201,42 ‐267,33 8,82 9,54 11,84

[1] 280 ‐349 ‐375 13,6 15,3 10,48

Rezultati so se še posebej razhajali pri nosilcu B-UZ1, kjer so bili momenti manjši za 40%.

Glede na to, da so bili rezultati v plošči dokaj podobni, bi razliko v nosilcih lahko pripisali

vplivu 3D modela, podpor in elastične podpore temeljev. Manjša vzdolžna armatura je

posledica manjših statičnih momentov. Dobili smo popolnoma napačne rezultate pri MSU.

Zaradi prednapete plošče v 3D modelu program izračuna napačne deformacije ali pa jih

sploh ne izračuna, to še posebej velja za verzijo SCIA Engineer 2008.1.


Najbolj izpopolnjeno dimenzioniranje lahko izvedemo na nosilcu, kjer lahko

dimenzioniramo na mejno stanje nosilnosti in mejno stanje uporabnosti. Računamo lahko

tudi prednapete elemente v različnih fazah gradnje, vendar samo kot samostojen element.

7.3 Plošča B-D1

Element VRSTA

IZRAČUNA MOMENTI OSNA SILA POLJE PODPORA

+My [kNm] ‐My [kNm] NeD [Kn] As [cm2] As [cm2]

PLOŠČA SCIA Engineer 48,49 ‐73,08 ‐447,15 1,21 1,7

[1] 56,7 ‐71,7 ‐437 2,1 3,1

Ugotovili smo, da ni podprto prednapenjanje za 2D elemente, kar je bila v našem primeru

plošča. Za ploščo smo lahko izračunali statične momente in izgube v kablu zaradi trenja in

zdrsa v sidru. Program je izračunal tudi potrebno armaturo, pri čemer je uporabil notranje

statične količine, ki jih povzroči osna sila zaradi prednapenjanja. Rezultati so primerljivi,

čeprav [7] navaja, da so lahko rezultati linearne analize 2D elementov, ki vključujejo

prednapenjanje napačni.

7.4 Steber B-S1

Element VRSTA

IZRAČUNA MOMENTI

OSNA SILA

ENOOSNI UPOGIB

DVOSNI UPOGIB STREMENA

My [kNm] Mz [kNm] NeD [Kn] As [cm2] As [cm2] Ass [cm2]

STEBER SCIA Engineer 49 ‐46,03 ‐459,19 7,47 20,11

[1] 42,6 ‐ ‐468 5,47 ‐ 8/10/20

Steber smo kontrolirali na enoosni in dvoosni upogib. Rezultatom iz knjige smo se

približali z enoosnim upogibom. Vzdolžno armaturo smo dobili 7,47 cm2, kar je 416.

Takšna pa je tudi armatura v [1]. Z dvoosni upogibom smo dobili armaturo 20,11 cm2. V

[1] ni bilo upoštevanega dvoosnega upogiba, zato tudi nimamo primerjave. Stremena obeh

izračunov se ujemajo.


8 ZAKLJUČEK

V diplomski nalogi smo preizkusili program SCIA Engineer in njegovo zmogljivost v 3D

okolju glede na standard SIST-EN. Rezultate smo primerjali z rezultati iz [1], kjer je bil

celoten 3D model izračunan linijsko, glede na standard DIN 1045-1. Uporabili smo tudi

program Allplan BIM, katerega smo testirali predvsem v kombinaciji z SCIA Engineer.

Zaradi študentskih verzij ni bilo mogoče preveriti izmenjave »Roundtrip engineering«, saj

Allplan BIM ne podpira formata *.esad, ki je demo format za SCIA Engineer.

V program smo prenesli že predhodno izrisan 3D model iz programa Allplan BIM. Izrisa

tega nismo posebej predstavljali. Pri prenosu modela smo v programu SCIA Engineer

uporabili ukaz, ki nam je vse elemente združil v celoto tako, da lahko brez dodatnih

modifikacij generiramo mrežo končnih elementov. Ta vmesnik nam je bil v veliko pomoč,

saj lahko pri združevanju strukturnih elementov brez vmesnika nastanejo veliki problemi,

vzame pa nam tudi veliko časa. Velikokrat je prav to vzrok, da se statik raje odloči izrisati

nov model. Večja pomanjkljivost prenosa je le, da moramo nosilce v plošči narisati

ponovno, saj program nima funkcije pretvarjanja navadnih nosilcev v nosilce s funkcijo

»Rib«. Poleg izrisa smo morali izračunati tudi efektivno širino nosilca, kar naj bi bilo v

naslednji verziji avtomatično. 3D modelu smo določili še obtežbe, podpore, izrisali in

definirali pa smo tudi prednapete kable v plošči. To so bili vsi posegi v model pred statično

analizo.

Pri statični analizi ni bilo problema z izračunom, trajanje izračuna je primerno velikosti

modela. Pomembno je, da pred izračunom še enkrat zaženemo vmesnik za združevanje

točk strukturnih elementov, saj se lahko zgodi, da npr. steber ni povezan s temeljem in tako

dobimo napačne rezultate.

Rezultati so grafični in numerični. Način prikaza si lahko prirejamo, še posebej v

numeričnih rezultatih, kjer si lahko tabele po svoje priredimo.


Praktično armaturo lahko preverimo glede na teoretično armaturo in glede na omejitev

širine razpok. Vse kontrole se nanašajo na izbran standard. Tako dimenzioniramo s

polaganjem armature, ki jo preverjamo na različne kontrole glede na standard.

Izvoz armature v Allplan BIM deluje, vendar še ne tako gladko, kot smo pričakovali. Izvoz

je možen za 1D elemente, za 2D elemente pa je omogočen izvoz diagramov izračunane

teoretične armature. Pojavil se je problem pri opažu T nosilca, saj nam je preneslo le

spodnji del nosilca brez plošče. Tako smo morali uporabiti že izrisan model v Allplan BIM

in ga pretvoriti v opaž.

Izpisi v programu so tako imenovani dinamični dokumenti, s katerimi je SCIA Engineer

prikazala zanimiv pristop k pisanju statičnega poročila. Dokumenti se posodabljajo sami

ob spreminjanju konstrukcije in obratno. Če imamo narejeno splošno predlogo

dinamičnega dokumenta in jo po potrebi različnih projektov modificiramo, se nam ob

izdelavi in analizi konstrukcije izpis piše sam.

SCIA Engineer je v Sloveniji poznana predvsem kot program za jeklo. Glede na njeno

zmogljivost pri dimenzioniranju betona lahko rečemo, da se naglo razvija tudi v tej smeri

in postaja konkurenčna ostalim programom.


9 VIRI

[1] Konrad Zilch, Manfred Curbach, Einfuhrung in die DIN 1045-1, Ernst, 2002

[2] Uradna Slovenska spletna stran ALLPLAN BIM 2008:

http://bim.allplan.si/shared/faqs.htm#frage01

[3] DIN 1045-1: Projektiranje betona, armiranega betona in prednapetega betona

[4] Uradna Slovenska spletna stran za predstavitev SCIA Engineer 2008

http://www.allplan.oria.si/programi_30_opis.php

[5] Eurocode 2: Projektiranje betonskih konstrukcij, del 1 osnove projektiranja, del 2

vplivi na konstrukcije

[6] SCIA Engineer, Design of Concrete Structures, www.scia-online.com

[7] SCIA Engineer, Constructions stages, TDA, Prestressing, www.scia-online.com

[8] Eurocode 1: Osnove projektiranja in vplivi na konstrukcije, del 1-1 splošna pravila

in pravila za stavbe