Вопросы и ответы: SCAD

В программе SCAD и программах SCAD Office реализованы и сертифицированы положения следующих нормативных документов:
1) СНиП 2.01.07-85* – Нагрузки и воздействия;
2) СНиП II-23-81* – Стальные конструкции;
3) СНиП 2.03.01-84* – Бетонные и железобетонные конструкции;
4) СНиП II-22-81 – Каменные и армокаменные конструкции;
5) СНиП II-7-81* Строительство в сейсмических районах;
6) СНиП 2.02.01-83* – Основания зданий и сооружений;
7) СНиП 2.02.03-85 – Свайные фундаменты;
8) СНиП II-25-80 – Деревянные конструкции;
9) СНиП 52-01-2003 – Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения.
9) СП 52-101-2003 – Бетонные и железобетонные конструкции без предварительного напряжения арматуры;
10) СП 53-101-96 – Общие правила проектирования элементов стальных конструкций и соединений;
11) СП 50-101-2004 – Проектирование и устройство оснований и фундаментов зданий и сооружений;
12) СП 50-102-2003 – Проектирование и устройство свайных фундаментов.

Кроме того, реализованы, но не сертифицированы (что как правило связано с отсутствием сертификации в некоторых странах СНГ):
1) ДБН В.1.2-2:2006 – Нагрузки и воздействия (Украина);
2) СП 31-114-2004 – Строительство в сейсмических районах (Россия);
3) СНиП В1.2-1-98 – Строительство в сейсмических районах (Казахстан);
4) СНиП РК 2.03-30-2006 – Строительство в сейсмических районах. Нормы проектирования (Казахстан);
5) СНРА ІІ-2.02-94 – Сейсмостойкое строительство. Нормы проектирования (Армения);
6) МГСН 4-19-2005 – Временные нормы и правила проектирования многофункциональных высотных зданий и зданий-комплексов в городе Москве.

Соответствие положений действующих СНиП подтверждено сертификатом Госстроя России и Федеральным надзором России по ядерной и радиационной безопасности. На данный момент сертифицированы следующие программы, входящие в состав SCAD Office: SCAD, ВеСТ, Кристалл, АРБАТ, КАМИН, ДЕКОР, ЗАПРОС, КОМЕТА.

Подобных Сертификатов, выданных другими странами, входящими в СНГ, к сожалению, нет. Украинское законодательство, например, не предусматривает подобного вида сертификации. При обращении в украинские органы мы получили официальный отказ (и от Госстандарта Украины и от СертАтом). С другой стороны есть межправительственное соглашение между Россией и Украиной о взаимном признании сертификатов. То же самое относится и к другим странам СНГ.

Входные единицы измерения задаются при создании нового файла в окне Новый проект кнопка Единицы измерения. По умолчанию после создания файла входные единицы (в отличие от выходных единиц измерения) изменить нельзя. Хотя можно порекомендовать некоторую хитрость. Необходимо создать новый файл с необходимыми входными единицами измерения и создать в нем один узел, а потом к этому узлу методом Сборки подсоединить необходимый файл. После этого нужно внимательно пересмотреть все жесткости и нагрузки в собранной схеме поскольку есть большая вероятность конфликта "старых" и "новых" единиц измерения. После такого исправления созданный файл должен работать корректно.

Для изменения типа схемы необходимо на закладке Управление нажать кнопку Выйти в экран управления проектом и в Дереве проекта в меню Опции выбрать режим Индентификационные данные проекта и в открывшемся окне задать необходимый тип схемы. После этого нужно, в случае необходимости, перезадать в схеме тип конечного элемента (КЭ) для соответствующих стержней и пластин (чтобы тип КЭ соотвествовал типу схемы) и пересмотреть в схеме узлы закрепления связями (после изменения типа схемы некоторые степени свободы в закрепленных узлах могут быть или разрешены или запрещены для ввода), поскольку возможна геометрическая изменяемость системы.

Для этого нужно в меню Опции зайти в режим Профили металлопроката. Затем в открывшемся окне Каталоги сечений в правом столбце выбрать необходимый сортамент и с помощью кнопок Вверх и Вниз переместить его на необходимый уровень.

Возможность задания групп нагрузок (G) в программе SCAD является вспомагательной функцией при формировании загружений (L). По сути, группа нагрузок не является загружением для расчетной схемы (кроме некоторых особых случаев - например, в режимах Прогрессирующее разрушение и Амплитудно-частотные характеристики). И пока не сформированы из групп нагрузок собственно загружения, программа не "знает" о существовании нагрузок в схеме. Другими словами, группы нагрузок являются как бы "заготовками" для задания загружений.

Как правило, в группу нагрузок записывают какой-то отдельный вид нагрузки, что облегчает контроль ее задания и корректировку значения в случае необходимости. Несколько групп нагрузок можно объединить в одно загружение.

Например, можно задать как отдельные группы нагрузок следующие нагрузки:

а) собственный вес конструкций;

б) конструкция пола;

в) внутренние стены и перегородки;

г) внешние стены.

После этого с помощью функции Сборка загружений из групп нагрузок на закладке Загружения созданные группы можно "слить" с необходимыми коэффициентами сочетания в одно загружение - Постоянная нагрузка.

Правильно будет объединять в одно загружение группы нагрузок с одинаковым типом. Например, соединение собственного веса и ветровой нагрузки в одном загружении будет ошибкой, поскольку эти нагрузки имеют разную долю длительности. 

Формально для перехода с версии 11.1 на 11.3 ничего не нужно - имеющийся у вас ключ должен работать и на новом релизе (сборке). Последнюю инсталляцию можно скачать с нашего сайта www.scadsoft.com на закладке Загрузить – демо-версия SCAD Office (версия 11.3). Только если вам нужен режим Монтаж, который появился в версии 11.3 - то необходимо будет за него доплатить (стоимость спрашивайте у своих представителей).

При создании нового файла в окне Новый проект, нужно выбрать маркер Монтаж. После этого появляется доступ к операциям режима Монтаж на дополнительной одноименной закладке препроцессоров. При этом созданный файл имеет расширение .mpr.

Режим Монтаж предназначен для моделирования поведения конструкции в процессе возведения (определения ее напряженно-деформированного состояния - НДС). Процесс возведения сооружения и, соответственно расчет, разбивается на несколько этапов (стадий монтажа). Расчет каждого следующего этапа выполняется с учетом НДС конструкции, определенного по результатам расчета предыдущих этапов.

Расчетная схема может быть подготовлена заранее в виде стандартного проекта (расширение .spr) или сформирована непоcредственно в режиме Монтаж (расширение .mpr). При необходимости корректировку геометрии и характеристик элементов и узлов расчетной схемы можно провести в режиме Монтаж аналогично стандартному режиму подготовки данных.

При задании данных нужно обращать внимание на изменение значений коэффициентов надежности и доли длительности. В версии 11.1 кратковременные нагрузки с нулевой долей длительности относились к особым, по аналогии со «Старыми РСУ», где для этого был введен специальный тип нагрузки «Кратковременная, длительность действия которого мала».  А это приводило к завышению коэффициентов в комбинациях. В версии 11.3 от этого решено было отказаться. Теперь особыми здесь считаются только те нагрузки, у которых тип нагрузки отмечен как особый. Если в версии 11.1 поставить ненулевую длительность кратковременных нагрузок, то результаты по версиям 11.1 и 11.3 совпадут.

Рекомендация п. 2.15 СНиП II-7-81* "Строительство  в сейсмических районах" относительно учета дополнительного воздействии крутящего момента на здания длиной или шириной более 30 м в программе SCAD напрямую не реализована. Это связано с тем обстоятельством, что такой дополнительный момент следует прикладывать лишь в тех случаях, когда расчетная схема здания в силу своей симметрии (при совпадении центра жесткости с центром масс) не создает крутильного отклика на сейсмическое воздействие. В подавляющем большинстве случаев крутильная реакция возникает и без искусственного приема, указанного в п. 2.15 СНиП.
В тех случаях, когда в силу симметрии кручение отсутствует - эту симметрию нужно нарушить. Например, можно рекомендовать расположить полезную нагрузку на здании только на одной его половине и эксцентриситет (обычно превышающий рекомендуемую величине 0,1В) возникнет сам собой. Кроме того в программе SCAD реализован прямой учет ротационной компоненты сейсмического воздействия, предусмотренный в СП 31-114-2004.

Если коэффициент C1 определен при помощи программы КРОСС, то не нужен «пастернаковский» коэффициент C2 и не нужны законтурные элементы, поскольку в КРОССе при определении C1 уже учтена распределительная способность грунта. В противном случае, законтурные элементы необходимо использовать. Параметры законтурных элементов (C1, C2) должны быть такими же, как и у плитного элемента, к которому они примыкают.

Второй тип конечного элемента, а соответственно второй признак схемы подразумевает работу в плоскости XoZ и, соответственно, результаты выдаются в местных осях элементов, в которых ось Z1 лежит в той же плоскости. В Вашем примере после разворота местных осей ось Z1 вышла из плоскости. Если Вам необходимо решить подобного рода задачу, то следует перейти к 5 признаку схемы и соответствующему элементу.

Четкого ответа здесь нет, все зависит от решаемой задачи. Можно рекомендовать следующую зависимость: при соотношении высоты сечения к толщине пилона (колонны) h/b < 3,0 моделировать пилон стержневыми, а при h/b > 3,0 – пластинчатыми элементами. Такое соотношение вытекает из рекомендуемых сечений балок в руководстве по конструированию железобетонных конструкций, где наибольшее соотношение сечений балок 400х1200 (h), т.е. 1:3.

Крупная разбивка верхних этажей оправдывала себя в ранних версиях программы SCAD. Начиная с версии v11.1 в этом нет необходимости, поскольку снято ограничение по количеству узлов и элементов в программах SCAD и ФОРУМ. Но в общем случае такая разбивка возможна, главное, чтобы были общие узлы в местах примыкания плит и колонн – посколько при такой разбивке можно только собрать нагрузку на фундамент, но никак не армировать. Разбивать пластинчатые элементы, моделирующие пилоны, по высоте или плиты между точками закрепления рекомендуется минимум на три конечных элемента (участка по длине), так как именно при такой минимальной разбивке можно «поймать» моменты разных знаков на опорах и в пролете.

Если в комбинацию вошло динамическое загружение (в Вашем случае загружение 9 - сейсмика по Y), то у Вас, как правило, будет возникать несоответствие, которое Вы заметили. Ниже приведен фрагмент текста из нашей документации, в котором поясняется причина таких расхождений: «При анализе усилий (реакций), действующих на фрагмент расчетной схемы при наличии некоторых динамических загружений (например, при расчете на сейсмическое воздействие), может возникнуть ситуация, при которой полученные результаты не удовлетворяют условиям равновесия, а их значения намного превышают ожидаемые. Дело в том, что результатом расчета по этому динамическому загружению является свертка перемещений или усилий по всем учитываемым формам собственных колебаний. Эта нелинейная процедура состоит в том, что суммируются квадраты результатов по каждой форме, а затем из этой суммы извлекается квадратный корень. Полученные по правилу "корень из суммы квадратов" усилия в отдельных сечениях и перемещения отдельных точек, которые возникают в процессе сейсмических колебаний, соответствуют различным моментам времени и поэтому нарушают условия равновесия».
Данная проблема "уйдет", если в динамическом загружении участвует только одна форма колебаний (и то только в случае, если в комбинации правильно угадан знак «+» или «-»).

Как известно, в статически неопределимых конструкциях перераспределение усилий зависит от жесткостей элементов. То же самое касается и при задании жесткостей элементов численно – необходимо заранее знать соотношение жесткостей в схеме. В первом приближении, как правило, задают предполагаемые сечения элементов конструкции – без заданных жесткостей программа SCAD расчет не производит. После расчета выполняется проверка и/или подбор сечений металлопроката. Если результаты проверки не удовлетворяют, нужно заменить сечения и пересчитать задачу с последующей проверкой сечений. В некоторых случаях может понадобиться несколько таких итераций, чтобы добиться приемлемого результата.

Это связано с ошибкой СП 52-01-2003, которая также повторена в п. 3.52 Пособия к СП. В п. 3.52 Пособия к СП формула для величины Nb не учитывает арматуру и зависит только от бетона. С вопросами об этой несуразности к авторам нового СНиП обращались проектировщики нескольких организаций. Нам известен, по крайней мере, один ответ авторов СП, в котором признается наличие этой ошибки. К сожалению, этот ответ не носит официальный характер, никакие изменения в официальный текст пока СП не внесены.

Как и при задании любой динамической нагрузки необходимо задать массы, что можно сделать преобразованием статических нагрузок в массы. Именно для их преобразования существуют коэффициенты пересчета. В большинстве случаев в массы преобразовывают постоянную нагрузку с к₁=1 и временно длительно действующую с к₂=0,5-1,0. Величина к₂ зависит от вероятности действия полной величины временно длительной нагрузки во время действия ветра. Например, полезную нагрузку можно задать с коэф. пересчета к₂=0,5 учитывая тем самым, что одновременно на всех этажах здания полная величина этой нагрузки маловероятна.
Кроме этого при пульсации ветра необходимо заранее задать статическую ветровую нагрузку, которая потом входит в состав динамической. Статическая нагрузка задается согласно СНиП 2.01.07-85*. Для нее нет понятия коэффициента пересчета. Пульсационная нагрузка учитывается согласно формул 8-12 СНиП 2.01.07-85*.
Координата нижнего узла схемы на который действует ветер равняется нулю в том случае, если положение общей системы координат расчетной схемы совпадает с дневной поверхностью (уровнем земли в реальном здании).
Координату нижнего узла схемы на который действует ветер нужно задавать отличной от нуля, если общая система координат расчетной схемы находится в каком-либо другом месте, отличном от уровня дневной поверхности. Тогда эта координата равняется разнице между этими двумя величинами. При этом нужно быть внимательным при задании знака координаты нижнего узла схемы на который действует ветер – плюс или минус, в зависимости от положения общей системы координат по отношению к уровню дневной поверхности.

Самый простой способ – задать плиты разной толщины. Но в таком случае разновысокие плиты по умолчанию стыкуются в программе по срединной поверхности, что не совсем отвечает действительности и передачи усилий.  Поэтому правильнее будет смоделировать капитель с помощью жестких тел, которые и создавались в программе, в частности, и для такого случая.

Подобную ситуацию можно смоделировать конечными элементами типа 51 (связи конечной жесткости). Они задаются во все узлы фундаментной плиты по направлениям Х и У. По направлению Z здание держит коэффициент постели, который нужно задать отдельно.

Подобное сравнение балки в программах Скад и Арбат не совсем корректно и результаты в принципе не могут сильно совпадать. 
     Во-первых, сравнивается подбор по двум разным методикам – подбор плитного и стержневого элемента. В эти элементы изначально заложены разные подходы и принципы. Например, для стержня SCAD знает усилие в центре тяжести сечения (по умолчанию три сечения по длине КЭ), а для оболочечных (плитных) элементов – в центре тяжести каждого конечного элемента.
     Во-вторых, в плитных элементах в общем случае существует семь компонент NХ, NY, MX, MY, MXY, QZ, QY, а в стержневых свои компоненты – N, MX, MY, QX, QY, TXY (а в Арбате при экспертизе и того меньше – только М и Q). Да, понимаем, что для плитных элементов их меньше, но все равно это не плоский случай, как в балке. И арматура в плитных элементах подбирается с учетом всех действующих там усилий. Кроме того, в плитных элементах изначально заложено подбирать арматуру по четырем направлениям (верхняя и нижняя арматура по Х и У), чего нет в балке. Как видим, даже не вдаваясь в сравнение цифр, результаты по определению не могут совпадать. При некоторых исходных данных может быть некоторое подобие результатов, но не более того.

В программе Арбат вычисляется именно прогиб железобетонного элемента с учетом корректировки жесткости элемента при образовании в них трещин, что и заложено с помощью некоторых коэффициентов в СНиП (а Арбат, как известно, является четкой реализацией СНиП). Т.е. существует нелинейная зависимость между нагрузкой и прогибами, что подтверждается натурными экспериментами для ЖБК.
В программе же Скад вычисляется перемещение узлов, причем линейное!!! Т.е. существует прямая зависимость между нагрузкой и перемещениями. Ведь арматура потом подбирается в специальном модуле, где и учитываются все необходимые коэффициенты СНиП.
Поэтому прогиб в Арбате и перемещения в Скаде это не одно и тоже. Как показывает практика, перемещения полученные в программе Скад необходимо умножать на 3-5, чтобы получить некое подобие прогибов. Но это опять только приближенно, однозначной рекомендации по этому поводу нет.

Это значит, что нужно прибавить указанные диаметры к основной арматуре, которая указывается в первой строчке цветовой шкалы без знака плюс.

Идея, заложенная в выравнивании направления выдачи усилий следующая. Положение местных осей пластинчатых элементов в плоскости после их задания в программе не изменяется. Можно изменить лишь направление местной оси Z1 – направить ее вниз или вверх.
При подборе арматуры программа работает с одним конечным элементом, его размерами и усилиями, которые вычислены в центре конечного элемента. А также программа знает расположение местных осей пластины. Для подбора арматуры важно знать направление местной оси Х1 (для ориентации подобранной арматуры) и местной оси Z1 (для ориентации верхней и нижней зоны плитного элемента). Арматура подбирается и выдается по умолчанию для пластин вдоль местной оси Х1.
Довольно часто бывает так, что местные оси пластин на каком-то фрагменте направлены в разные стороны,  а в действительной конструкции арматура будет укладываться, например, параллельно оси Х общей системы координат. Тогда нужно применить операцию Переход к напряжениям вдоль заданного направления для пластин на закладке Назначения. И с помощью этой операции нужно указать направление, вдоль которого будет укладываться арматура в реальной конструкции на какой-то плите или фрагменте. Контроль выполнения этой операции можно осуществить с помощью кнопки  Отображение направлений выдачи усилий на панели Фильтры отображения.  
Направление выдачи усилий может быть ориентировано как параллельно общей системы координат, так и вдоль линий заданной вектором, так и сориентированы в указанную точку (например, для радиально расположенных стержней). Выравнивается только одно направление, другое по умолчанию считается направлено перпендикулярно.
Отсюда вытекает, что программа внутри сама спроецирует арматуру, подобранную вдоль местной оси Х1 пластины на направление, которое было указано при выравнивании направлений выдачи усилий (местные оси при этом остаются на месте). Тогда при чтении результатов армирования арматура нижняя AS1 и верхняя AS3 вдоль оси Х будет подразумеваться направленной вдоль направления выдачи усилий (больших красных стрелочек), а  нижняя AS2 и верхняя AS4 вдоль оси У – перпендикулярно. Местная оси Z1 всегда направлена таким образом, что ее стрелка в первую очередь протыкает арматуру AS1 и AS2 (так называемую нижнюю арматуру), а потом AS3 и AS4 (верхнюю арматуру). Это правило особенно важно для вертикальных и наклонных пластин, чтобы понимать, где у них верхняя и нижняя арматура.
Таким образом, выдача усилий и подобранной арматуры в программе выдается вдоль выровненных усилий. Если они не были выровнены, то все выдается вдоль местной оси Х1.

Перед тем, как делать расчетную схему, Вы должны определиться, что Вы будете делать с результатами и в каком виде они Вам нужны. Исходя из этого и нужно моделировать расчетную схему. Например, узел МК можно смоделировать оболочечными или объемными элементами. Анализировать можно с помощью напряжений, а также с помощью энергетического постпроцессора.
Какую теорию прочности для вычислению напряжений в стальных конструкциях нужно выбирать должны решать Вы, как конструктор. Мы даем Вам в руки инструмент, а не учим сопромату и теории упругости. Правильнее будет сравнивать Ry стали с главными напряжениями, которые нужно перед расчетом выровнять.
Если смоделировать узел оболочечными элементами и задать вычислить устойчивость, то можно получить в Скаде формы потери устойчивости.