Розрахунок залізобетонних і сталевих конструкцій за Єврокодами

Проєкт будівництва виробничо-промислової будівлі у Вільнюсі (Литва) демонструє комплексне застосування LIRA-FEM та LIRA-CAD для розрахунку залізобетонних і сталевих конструкцій відповідно до вимог Єврокодів. Особливістю проєкту є параметричне створення моделі на основі DWG-планів за допомогою модуля «Генератор» та подальший підбір армування конструктивних елементів.

Проєктований об'єкт — виробничо-промислова будівля з цокольним поверхом та трьома надземними поверхами. Габарити в плані становлять 45,0 × 49,0 м. Відмітка підлоги цокольного поверху — −4,05 м, висота першого та другого поверхів — 4,8 м, третього поверху — 4,1 м. Загальна висота будівлі над відміткою ±0,00 становить 14,30 м.

Будівля утворює один температурний блок. Суміжних будівель немає.

Основні характеристики

• Клас наслідків за LST EN 1990:2004 — CC2.
• Клас надійності за LST EN 1990:2004 — RC2.
• Розрахунковий термін експлуатації — 50 років (4-та категорія).
• Довговічність конструктивних елементів за STR 1.12.06:2002 — 80 років.
• Тип за призначенням за STR 1.01.03:2017 — нежитлова будівля виробничого, промислового призначення (7.8).
• Категорія за STR 1.01.03:2017 — особливі будівлі.
• Вид будівництва за STR 1.01.08:2002 — нове будівництво.

Основні проєктні рішення

Фундаменти. Буронабивні палі CFA діаметром Ø350–Ø1000 мм довжиною 1,5–10,5 м. Під колонами передбачені ростверки на чотири палі Ø450 мм (1550 × 1550 × 850 мм) та на три палі Ø600 мм (2000 × 2000 × 800 мм).

Каркас. Монолітний залізобетонний. Зовнішні стіни цокольного поверху з інтегрованими колонами виконані з бетону C30/37 XC2, внутрішні стіни — з бетону C25/30 XC2.

Просторову жорсткість забезпечують два ядра жорсткості, утворені стінами сходових клітин та ліфтових шахт товщиною 250 мм. Колони — круглі Ø450 та Ø500 мм і прямокутні.

Перекриття. Монолітні безбалкові плити товщиною 200–250 мм з капітелями 1500 × 1500 мм (h = 150–170 мм) та балками шириною 650–1100 мм (h = 300–320 мм) у зонах великих прольотів до 15,7 м. Бетон C25/30.

Перекриття з колонами та стінами з'єднуються жорстко. Сходові марші та площадки — збірні залізобетонні, спираються на закладні деталі TSS 102.

Сталеві конструкції фасаду, парапетів та ліфтової шахти зі сталі S355 розраховані окремими моделями. Арматура класу B500B. Граничні вимоги: ширина розкриття тріщин — 0,3 мм, прогин — L/250.

Розрахункову модель будівлі в LIRA-CAD 2025 створено за допомогою модуля «Генератор» (GENERATOR) із застосуванням нодів візуального програмування на основі DWG-планів поверхів.

Ноди зчитують із DWG-підкладок контури перекриттів, отворів, стін та положення колон і автоматично генерують конструктивні елементи на відповідних рівнях.

Такий підхід дає змогу швидко оновлювати модель у разі змін архітектурних планів, наприклад, появи нових отворів у перекриттях, без ручного перебудування моделі.

Навантаження на перекриття відповідно до Єврокоду 1 (EN 1991) також задавалися в модулі «Генератор» за допомогою нодів. Зони навантажень, підготовлені у вигляді контурів у DWG, автоматично перетворювалися на розподілені навантаження на плити.

Постійні навантаження (LC1–LC6)

• LC1: власна вага конструкцій;
• LC2: навантаження від скляного фасаду;
• LC3: навантаження від залізобетонних вставок фасаду;
• LC4: навантаження від ламелей та утеплювача фасаду;
• LC5: постійне навантаження на перекриття;
• LC6: тиск ґрунту.

Кліматичні навантаження (LC7–LC11)

• LC7–LC10: вітрові навантаження за чотирма напрямками (X+, X−, Y+, Y−);
• LC11: снігове навантаження.

Експлуатаційні навантаження (LC12–LC16)

• LC12: корисне навантаження на перекриття;
• LC13–LC16: чотири схеми невигідного розташування корисного навантаження.

Таблиці РСН сформовані автоматично відповідно до LST EN 1990:2004. Загалом отримано 165 сполучень навантажень для граничних станів ULS та SLS.

Коефіцієнти безпеки для змінних навантажень змінено з 1,5 на 1,3 відповідно до регіональних литовських додатків до Єврокоду. Для постійних навантажень прийнято коефіцієнт 1,35. Коефіцієнти сполучення ψ₀: вітер — 0,6, сніг — 0,5, корисне навантаження — 0,7.

Армування ядер жорсткості

Армування плит перекриття

Перевірка на продавлювання

Армування колон

Сталеві конструкції розраховано окремими розрахунковими моделями в LIRA-FEM для чотирьох систем: каркаса скляного фасаду, каркаса ламельного фасаду, парапетів покрівлі та сталевої ліфтової шахти.

Для конструкцій прийнято сталь S355 (труби — S355H за EN 10210-1, прокат — S355 за EN 10025-2), клас виконання робіт EXC2 за LST EN 1090-1.

Враховано власну вагу конструкцій, вагу скляного та вентильованого фасадів, зокрема ламелей (0,853 кН/м² за даними виробника), а також вітрові навантаження в напрямках X та Y.

Таблиці РСН сформовані автоматично. Коефіцієнт для постійних навантажень становить 1,35, для вітру — 1,3 як провідного навантаження та 0,78 як супутнього.

Каркас скляного фасаду

Стійки каркаса скляного фасаду виконані з профілів RHS180×100×10 довжиною 4,8 м, ригелі — RHS150×100×6,3.

Максимальне використання несної здатності за граничними станами першої групи (ULS) становить 25,3 %. Гранична горизонтальна деформація H/500 = 18,8 мм, відносний прогин ригелів — L/360.

Каркас ламельного фасаду

Для каркаса ламельного фасаду застосовано стійки RHS100×100×8, RHS80×5, RHS60×60×5 та верхню балку UPN100.

Найбільш навантаженим елементом є верхня балка UPN100, використання несної здатності якої становить 79,7 %.

Парапети покрівлі

Для парапетів використано профілі RHS100×60×5, RHS120×60×5 та RHS60×5 при довжині окремої ділянки до 10 м.

Максимальне використання несної здатності становить 48,4 %. Гранична горизонтальна деформація — H/200.

Сталева ліфтова шахта

Колони сталевої ліфтової шахти виконані з профілів RHS150×150×8, балки — RHS150×100×6,3.

Перерізи елементів визначалися вимогами жорсткості. Допустиме горизонтальне переміщення не повинно перевищувати H/1000 = 13,4 мм.

Вогнестійкість та розрахунок вузлів

Для всіх елементів у LIRA-FEM визначено критичну температуру сталі. За результатами розрахунків передбачено вогнезахист REI60 для фасадних конструкцій і парапетів та REI90 для ліфтової шахти.

Вузли конструкцій, зокрема опорні вузли стійок, з'єднання ригелів зі стійками, кріплення UPN до бетону та залізобетонних колон, розраховано в IDEA StatiCa Connection методом CBFEM.

Анкерне кріплення на закладні деталі розраховано в Peikko Designer. Застосовано болти M16 класів міцності 8.8 та 10.9.

За результатами розрахунку на стадії робочого проєкту уточнено опорні реакції, які виявилися меншими, ніж прийняті на стадії технічного проєкту.

Несна здатність, деформації, стійкість та граничні стани всіх конструктивних елементів відповідають вимогам LST EN 1990, 1991, 1992, 1993, 1997 та литовських будівельних регламентів STR.

Проєкт демонструє комплексне застосування LIRA-CAD та LIRA-FEM для параметричного моделювання, формування навантажень і сполучень за Єврокодами, розрахунку армування залізобетонних конструкцій та перевірки сталевих елементів.

Застосування модуля «Генератор» дозволило автоматизувати створення конструктивної моделі на основі DWG-планів і спростити її оновлення при зміні архітектурних рішень. Результати розрахунків використано під час реалізації будівельного проєкту у Вільнюсі.

Нижче представлено фотографії різних етапів будівництва та завершеної будівлі Bio City у Вільнюсі.