Перейти к содержанию

Фрагмент этажа

Фрагмент этажа — отдельная расчётная схема, которую OpenCS собирает из схемы-родителя по двум отметкам z₁ < z₂. Обычно это середины этажей ниже и выше перекрытия: во фрагмент попадают плита перекрытия, колонны и стены в пределах полосы [z₁, z₂] вместе с нагрузками всех загружений. Родителем может быть схема, импортированная из ЛИРЫ или SCAD (только сетка конечных элементов), или своя схема из конструктивных элементов (КонЭ).

Фрагмент — обычная редактируемая схема из КонЭ: OpenCS строит для неё свою сетку, а армирование, коэффициент постели и пружины берёт у конечных элементов родителя. Так перекрытие можно рассчитать отдельно от всего здания, например нелинейно, на более мелкой сетке.

flowchart LR
    P[Схема-родитель<br/>сетка ЛИРЫ / SCAD или КонЭ] --> B[Полоса z₁…z₂]
    B --> F[Схема-фрагмент<br/>КонЭ, нагрузки, опорная сетка]
    F --> M[Построить сетку схемы]
    M --> A[Расчёт CSfea<br/>и проверки по КЭ]
    P -. отпечаток полосы .-> F

Сборка

  1. В дереве вкладки МКЭ откройте контекстное меню схемы-родителя и выберите Фрагмент по отметкам….
  2. Задайте нижнюю отметку z₁ и верхнюю z₂ в метрах. Под полями показан диапазон высот сетки родителя. Имя новой схемы по умолчанию — «‹родитель› · z₁…z₂»; его можно заменить.
  3. Нажмите Собрать. Сборка идёт в фоне; итог записывается в журнал.

Если сборка невозможна, схема не создаётся, а окно Отчёт сборки фрагмента показывает причины. Сборка отказывает, если:

  • z₁ ≥ z₂;
  • граница полосы прошла по перекрытию: плита или балка лежит в пределах 1 мм от z₁ или z₂;
  • в полосе нет ни одной горизонтальной плиты;
  • у родителя нет сетки.

После успешной сборки новая схема открывается в редакторе. Если есть предупреждения или что-то не перенесено, сначала открывается окно отчёта: строки можно скопировать кнопкой Копировать. Дальше нужно выполнить обычную команду Построить сетку схемы: при сборке сетка фрагмента не строится.

Что переносится

Конструктивные элементы. КонЭ родителя, пересекающие полосу, переносятся во фрагмент. Конечные элементы полосы без КонЭ (так выглядит импортированная сетка) собираются в КонЭ автоматически: стержни — по цепочкам, пластины — по плоскостям. Колонна обрезается по z₁ и z₂ и делится в плоскости плиты на две части («Тег · низ», «Тег · верх»). Стена обрезается полосой как многоугольник вместе с проёмами и делится по отметке примыкающей плиты. Плиты и балки внутри полосы копируются целиком. Импортированные АЖТ колонн становятся явным следом; для остальных примыканий включено авто-АЖТ.

Загружения копируются с теми же именами, видами, долями длительной части и сочетаниями.

Нагрузка родителя Во фрагменте
Нагрузка на КонЭ На КонЭ фрагмента; у разрезанного стержня — по частям, участки за z₁/z₂ отбрасываются
Равномерная нагрузка на КЭ пластин с одним q на весь КонЭ фрагмента Нагрузка на КонЭ
Прочие нагрузки на КЭ пластин (разные q, узловые, на рёбрах, сосредоточенные) Нагрузка-поле: значения по номерам КЭ родителя
Нагрузки на КЭ стержней В координаты по длине КонЭ фрагмента
Узловые нагрузки сетки Узловые нагрузки в узлах фрагмента (узел внутри плиты встраивается в сетку)
Собственный вес Коэффициент загружения как у родителя; вес считается по сетке фрагмента

Нагрузка-поле прикладывается при расчёте: каждый КЭ новой сетки получает значение того КЭ родителя, в котором лежит его центр. Поэтому, если граница между разными q не совпадает с линиями новой сетки, сумма нагрузки немного отличается от суммы у родителя. При сборке OpenCS сравнивает равнодействующие нагрузок родителя и фрагмента по каждому загружению (силы и моменты относительно центра полосы, без собственного веса). Расхождение больше 0,5 % выводится предупреждением с разбивкой по видам нагрузок.

Опорная сетка. Во фрагменте хранится снимок КЭ родителя в полосе: геометрия, номер жёсткости, типы заданного армирования, толщина и C1. По нему КЭ новой сетки получают:

  • армирование ЛИРЫ и SCAD («заданное» и «подобранное») — в проверках по КЭ и в постановке CSfea. Файлы армирования родителя копируются во фрагмент при сборке;
  • коэффициент постели C1 (поля из таблиц и ручные правки — поверх);
  • пружины и закрепления узлов сетки родителя — как узловые связи фрагмента.

Не переносится (отмечено в отчёте сборки): шарниры концов КЭ, АЖТ родителя, кроме следов колонн, одноузловые КЭ и связи конечной жёсткости. Заданные смещения узлов схемы в полосе переносятся в узлы фрагмента.

Связь с родителем

У открытого фрагмента над вкладками есть строка: «Фрагмент схемы ‹родитель› по отметкам z₁…z₂» и состояние родителя. При каждом открытии OpenCS заново читает полосу родителя и сравнивает её с отпечатком, снятым при сборке. В отпечаток входят сетка, КонЭ, нагрузки, пружины и закрепления полосы.

Состояние Что значит
полоса родителя не менялась после сборки Фрагмент соответствует родителю
родитель изменён после сборки Полоса родителя изменилась; если изменения важны, соберите фрагмент заново — рядом появится новая схема
родитель удалён Фрагмент остаётся самостоятельной схемой

Фрагмент при этом не меняется: он остаётся обычной схемой, и правки в нём сохраняются. Кнопка Отчёт сборки… снова показывает замечания, сохранённые при сборке. Предупреждение о родителе дублируется в журнал.

Граничные условия

Граничные условия по сечениям рассечения (по результату расчёта родителя) пока не задаются автоматически. Для расчёта фрагмента назначьте связи вручную, например закрепления узлов сетки на отметках z₁ и z₂ (см. Узловые связи).

Проверка равновесия

Тест OpenCS.Gmsh.Tests/StoreyFragmentReactionsTests.cs проходит весь путь пользователя: импортная сетка → фрагмент → сечения КонЭ → сетка Gmsh → линейный расчёт CSfea по каждому загружению.

Родитель — только сетка, без КонЭ, как после импорта. Плита 6 × 6 м на отметке 3 м (КЭ 1 × 1 м); колонны z = 0…6 м в точках (0, 0), (6, 0) и (3, 3) (КЭ по 1,5 м); стена по y = 6 м, z = 0…6 м (КЭ 1 × 1 м). Собственный вес не учитывается.

  • «Пост.»: q = −5 кПа на всю плиту (переносится на КонЭ) и Fz = −3 кН в узле плиты.
  • «Полезная»: q = −2 кПа на западную и −4 кПа на восточную половину плиты (нагрузка-поле), −1 кН/м по колонне (0, 0) по всей высоте (в полосу попадают 3 м из 6), −1 кПа на стену (в полосе 6 × 3 м), Fx = +2 кН в узле плиты.

Фрагмент z = 1,5…4,5 м, сетка с шагом 0,5 м, все узлы сетки на отметках рассечения заделаны. Ожидаемая нагрузка полосы посчитана вручную по нагрузкам родителя.

Загружение Величина Ожидаемо (родитель, полоса) OpenCS: нагрузка модели OpenCS: сумма реакций
Пост. ΣFz, кН −183,000 −183,000 +183,000
Полезная ΣFz, кН −129,000 −128,918 +128,918
Полезная ΣFx, кН +2,000 +2,000 −2,000

Сумма реакций совпадает с нагрузкой модели с точностью решения. Разница в 0,06 % по «Полезной» — следствие отображения нагрузки-поля по центрам КЭ: свободная сетка Gmsh пересекает границу половин плиты x = 3 м. Допуск теста по нагрузке — 0,5 %, тот же порог, что у проверки равнодействующих при сборке.

Построитель, перенос нагрузок и связь с родителем проверяются также тестами CScore.Tests (Fem/Fragment/*) и OpenCS.Tests (StoreyFragment*).

Ограничения

  • Фрагмент ограничивается только отметками; контур в плане не задаётся.
  • Граничные условия по сечениям рассечения — вручную (см. выше).
  • Мозаики армирования ЛИРЫ и SCAD на сетке фрагмента не строятся (в проверках по КЭ и в CSfea армирование родителя используется).
  • Нагрузки-поля не показываются в 3D-виде схемы.
  • Стальные группы SCAD во фрагменте не применяются: параметры стальных стержней берутся из проверки.
  • Допуск сборки фиксирован: 1 мм.