Вступ
Історія з прийняттям та використанням Єврокодів в Україні нагадує маятник, від –«завтра директивно переходимо на Єврокоди» до «Україна повинна мати власні нормативні документи, як кожна поважаюча себе держава». Зараз маятник зупинився посередині. Ми маємо власну нормативну документацію та паралельно можемо використовувати Єврокоди, але в якості другого варіанту, маючі переклади європейських норм, які затверджені як ДСТУ, що все-таки має статус нижче ДБН.
Але враховуючи, що відновлення України, ми сподіваємося, буде відбуватися за участі європейських партнерів, і ми прагнемо використати їх досвід та технологічні досягнення, то буде правильно, та логічно, остаточно перейти на Єврокоди, зважаючи на прийняття другої генерації. Тим більше, що фінансування відбудови України буде відбуватися західними партнерами з обов’язковим страхуванням проектів західними страховими компаніями. Основними вимогами котрих є проектування згідно Єврокодів та використання ВІМ- технологій.
Зараз же в Україні майже усі проекти виконуються згідно з ДБН.
Саме тому такі приклади успішного використання в Україні європейських підходів до проектування (бо Єврокоди це лише складова частина європейської культури проектування, як і досвід та технології), необхідні для подолання ностальгічно- традиційних перепон на шляху до європейської інженерної спільноти. Слід бути справедливим до наших проектантів, вони в несприятливих для них умовах забезпечують будівельну галузь проектною документацією, але ж для переходу на Єврокоди не достатньо мотивації та здібностей українських інженерів, також необхідна підтримка держави.
Єврокоди вже в першій генерації декларували відхід від розрахунків вручну. Друга генерація робить наявність спеціалізованих софтів, таких як RFEM 6, Robot Structures, IdeaStatica, Geo5, Staad Pro або FIN EC та знань, як правильно використовувати їх можливості, нагальною необхідністю. Це надасть можливість, як автоматизувати рутинні процеси розрахунку, звільнивши час на чистий аналіз, так і можливість взаємодії та коректної комунікації між українськими інженерами та західними колегами, а також спростить вихід на світові ринки проектних робіт.
Державі звернути увагу на розвиток української інженерної школи і надати підтримку, а саме: стимулювати перехід на проектування в Єврокодах; надання пільгових кредитів та грандів на придбання необхідного програмного забезпечення; сприяти академічній співпраці з європейськими науковими інституціями та впровадження навчання студентів та інженерів володінню цими програмами.
До проекту
У Хмельницькому завершується реалізація проекту сучасного логістичного центру. Важливість таких споруд в теперішніх умовах важко переоцінити. Саме тому економічність та ефективність при проектуванні цих ланцюгів логістичної системи країни зможе зробити її більш стійкою.
Проект – Сергій Уманський
Замовником проектування та будівництва цього сучасного логістичного центру виступив
Бренд жіночого одягу ТМ STIMMA – виробник жіночого одягу, який має замкнений цикл – від розробки моделей та пошиву і до реалізації продукції.
Технічне завдання на проектування вимагало гнучкості в плануванні, а значить вільного внутрішнього простору будівлі, як для логістики, так і для виробничих потреб, враховуючи розгорнуту торгову мережу магазинів по всій Україні та постійне оновлення модельного ряду В такому ключі і було поставлене технічне завдання для проектування та будівництва сучасного логістичного центру.
ТМ STIMMA
www.stimma.com.ua
Власник – Параска Сергій
Коротко про технічні показники проекту.
Розташування – м. Хмельницький, вул Костя Степанокова.
Будівля неопалювальна, має складні геологічні умови, які характерні для значної території України та вільним внутрішнім простором (проліт 39,0 м) для гнучкого технологічного використання
Дослідження ґрунтових умов показало, що ґрунт був змішаний зі щебнем, бетонним уламком та поверхневими водами.
Конструктивні рішення:
Фундаменти
Монолітна просторова конструкція, котра складається з підошв, стаканів, граунд-балок, стінок та плитної частини.
Каркас сталеві ферми 39 метрів спираються на сталеві колони.
Висота до низу ферм 5.0 м
Огородження заводські сендвіч панелі – стінові товщиною 100мм та 150мм на покрівлі.
Просторова жорсткість забезпечується жорсткістю рами в площині та системою в’язів .
Дворівнева дренажна система складається з водовідвідної системи для атмосферних опадів, нижня — для відведення міграційних вод.
В розрахунку були задіяні можливості програмного комплексу RFEM6 компанії Dlubal Softwarе GMBH
Для виконання інженерних задач, які вирішувались у проекті, були застосовані такі спеціалізовані модулі:
– Geotechnical Analysis – дозволив урахувати реальну роботу ґрунтової основи, її неоднорідність, рівень ґрунтових вод, сатурації та різні модулі деформації, що було критично важливо при слабких ґрунтах.
– Construction Stages Analysis (CSA) – застосовувався для моделювання етапів будівництва та аналізу напружено-деформованого стану конструкції в процесі монтажу. Це мало критично важливий вплив при розгляді по деформованим схемам результатів розрахунків роботи просторово монолітного фундаменту, а саме розрахунку з/б конструкцій, деформацій, армування, розкриття тріщин, тощо.
– Structure Stability – забезпечив перевірку загальної стійкості всієї конструктивної системи.
– Concrete Design – розрахунок залізобетонних елементів плити відповідно acc EC2.
– Steel Design – перевірка міцності, стійкості, деформативності елементів сталевих ферм, колон та в’язей. acc EC3
– Warping Torsional Buckling (7 DOF) – аналіз впливу Бі-моменту для елементів, котрі мають перемінний переріз або знаходяться під дією двовісного згину та мають обмеження на депланацію. Важливим фактором цього розрахунку – є оцінка впливу додаткових нормальних та дотичних напружень, спричинених діями крутних моментів Mt (primery), Mt (secondary) та бімоменту M (omega) на такі елементи як колони, верхні пояси ферм, зварні балки навісу.
Врахування реальних граничних умов Boundary Conditions, а саме вищевказаних факторів, а також ексцентриситету прикладання снігових та вітрових навантажень, вплив огороджувальних конструкцій на жорсткість та, відповідно розподілення внутрішніх зусиль в конструкції, суттєво наближає до реальної роботи системи. Оцінка цих факторів може привести до перегляду початкових інженерних рішень.
– Steel Joints – використано для детального проектування сталевих вузлів, що забезпечило коректну роботу з’єднань та відповідність вимогам Єврокодів.
Чому саме були обрані Єврокоди, як нормативна документація, та програма Dlubal Rfem, як розрахунковий комплекс?
Наводимо пряму мову автора –
«Покажіть мені аналоги українських програм, розрахунки в яких визнані в 132 країнах світу, чи їх розробники приймали участь в написанні Єврокодів, або мають багаторічний досвід їх використання. А, можливо, Ви назвете мені хоч одну графічну програму, ВІМ або проектування мереж. Ми довго, з упертістю вважали, що здатні рухатись самостійно, своїм окремим шляхом. Але потрібно перестати себе обманювати, неможливо зусиллями однієї країни зробити роботу, для виконання якої об’єднались всі країни Європи. Ми повинні інтегруватись в європейську інженерну спільноту, і своїми кращими розробками доповнювати загальні здобутки. Давайте зробимо висновки та почнемо рух в сторону розвитку та співпраці.»
На першому етапі проектування необхідно було врахувати усі проблемні місця та дослідити їх вплив на конструкції. Після чого вибрати оптимальну конструктивну схему, і вже потім підібрати необхідні перерізи, знову ж таки, з перевіркою, як прийнятий переріз або жорсткість вузла вплине на остаточний перерозподіл зусиль.
Складні ґрунтові умови, при однопрольотній схемі рами схильні до перекосу і це обумовило необхідність ввести в розрахунок недосконалості «Initial Sway and Bow Imperfections», розрахунок проводити Second-order Analysis (другого порядку). Особливо ретельного дослідження вимагав вплив осідання на розподіл зусиль в монолітному просторовому фундаменті.
Для цього стали у нагоді модулі Geotechnical Analysis та Сonstruction Stages, котрі дозволили дослідити вплив ґрунтового масиву на просторовий залізобетонний фундамент з врахуванням перерозподілу внутрішніх зусиль по стадіям будівництва, що наблизило розрахункову модель до роботи реальної просторової конструкції.
По другому пункту – геологічні умови обумовили вибір типу каркасу. Як видно на ескізі рами створюють значні горизонтальні реакції -котрі без додаткових елементів (інженерних заходів) не сприймаються..
Для вирішення цієї проблеми було розглянуто рішення по використанню силової плити та фундаментних балок в якості стабілізуючої основи, та як елемент, що сприймає горизонтальні зусилля на обрізі фундаменту. А також вибрана була рамна схема роботи ферми.
Для цього був використаний модуль Concrete Design, який дозволив підібрати оптимальні перерізи залізобетонних елементів.
Розрахунки показали, що робота плити є складною, і має врахувати такі фактори:
– температурні навантаження;
– нерівномірні осадки ґрунту;
– постійні зміни корисних навантажень.
Важливо звернути увагу на різницю між «Deformation» (статичний розрахунок) та «Deflection » (залізобетон із тріщиноутворенням), що дає суттєво різні результати й обґрунтовує застосування додаткового армування з відгинами для анкерування. Мається на увазі розрахунок появи тріщиноутворення та вплив останніх на остаточні деформації фундаменту.
Плита прорахована як суцільний моноліт, у роботі також беруть участь фундаментна балка, підошви стаканів та сама плита.
Товщина плити: у центрі — 160 мм, по краях — 220 мм.
Опір ґрунту не є сталою величиною: максимальні значення спостерігаються по контуру в зоні примикання стін та плити.
Другий етап складався з перевірки перерізів в аддонах Steel Design та Concrete Design. Були визначені класи поперечних перерізів, досліджена можливість та доцільність використання роботи металу, як в пружній так і пластичній стадіях, визначені та проведені необхідні перевірки стійкості з використанням таких модулів Structure Stability та Warping Torsion (7 DOF). Змодельовані сталеві з’єднання у аддоні Steel Joints та визначена жорсткість вузлу, що також допомогло отримати більш точний перерозподіл внутрішніх зусиль.
Особлива увага розробників Єврокодів полягала багато ітераційній перевірці стійкості, а RFEM 6 це було реалізовано в наступному порядку:
1. Лінійний розрахунок (LBA) analysis «Eigenvalue method» використовуючи початкову жорсткість (попередня оцінка стабільності, виявлення сингулярності , правильності накладення граничних умов , цілісності — то що )
2. P- delta method (Second-order Analysis) з урахуванням недосконалостей
3. Розрахунок стійкості елементів в Steel Joints Design з урахуванням Boundary conditions, effective length та класу перерізів
4. Розрахунок стійкості елементів вузлів (розглядається Buckling Mode within webs, flanges, stiffeners and etc.)
Слід звернути увагу на тому, що в порівнянні з минулою версією RFEM6 надає доступ до додатків безпосередньо з основної програми. Тобто зробивши розрахункову модель вам не потрібно виходити з програми щоб провести додаткові перевірки. Змоделювати з’єднання та розрахувавши його жорсткість ви можете одразу врахувати їх в розрахунковій схемі та отримати реальні результати, а не припускаючи, що це буде шарнір, а це жорстке з’єднання? Визначена початкова жорсткість (Initial Stiffness of Joints) безпосередньо інтегрується в загальну розрахункову модель в вигляді шарніру з коефіцієнтами пружності, котрі описані в вигляді діаграм. Врахування цієї методики впливає на загальну стійкість, міцність та особливо на деформативність моделі. В деяких випадках не слід нехтувати цим фактором.
Також слід згадати про суттєвий вплив розкріплення сендвіч панелями або профлистом на сталеві прогони та верхні пояси ферм . І не просто як це описано було ще в СНіПі «не потрібно рахувати, якщо елемент розкріплений по довжині суцільним настилом.» А так як було роз’яснено у посібнику до СНіПу, що достатність цього розкріплення треба рахувати і була наведена методика розрахунку. І хоч були видані і навіть перевидані ДБН, але на жаль так і не було видано жодного посібника до ДБН. Бо розкріплення сороковим листом гнутого швелера, та розкріплення ним же зварної балки це різні речі. В RFEM 6 це реалізовано як додаткова опора прогонів, які обмежуються поворот навколо основної вісі та зсув. Обидва ці фактори вираховуються в залежності від прийнятого типу покриття, ексцентриситету та виду з’єднань покриття з прогонами. Це суттєво впливає на перерозподіл внутрішніх сил в прогонах та частково на каркас в цілому.
І поєднання цих даних з перерозподілом при розгляді інших кейсів (врахування осідання ґрунту, недосконалості та нелінійності) дали можливо несподівані, але більш наближені до реальної роботи конструкції результати.
Слід підкреслити наявність таких «помічників проектанта» як:
– майстри навантажень, які дозволяють автоматично створити навантаження, дії, комбінації та проектними ситуаціями відповідно до EN 1991. Особливо комфортним є майстер снігових і вітрових навантажень, який використовуючи національні додатки та локацію об’єкта безпосередньо розподіляють навантаження на елементи конструкцій. Це є досить приємний бонус для інженера.
– майстри передачі та дистрибуції навантажень з точки, лінії, площини, які автоматично перерозподілять завантаження на елементи.
– зручність моделювання інформативність та багато іншого, список покращень в порівнянні з попередньою версією вже наближається до тризначної цифри.
Окремого плюсу заслуговують покращені звіти. Тепер ви можете отримати не просто коефіцієнти використання з посиланнями на норму ДБН, а розгорнуті посилання на пункти Єврокодів з наведеними розрахунками за формулами. В RFEM 6 немає блекбоксів. Кожен елемент позначений кольоровою діаграмою а також в додатковому вікні показані вихідні дані та формули з розрахунками з посиланнями на Єврокоди, що дозволяє проаналізувати «слабкі місця» та зрозуміти їх природу та методи їх усунення.
Все це звільнило додатковий час для роботи проектувальника над аналізом та вибором оптимальних рішень.
Саме цей підхід та постійне тримання в тонусі розробників непростими запитаннями (наше традиційне бажання в усьому розібратися та перевірити можливості софту) зацікавили інженерів з Dlubal Softwarе, і дали поштовх початку співпраці, в результаті якої, вже три проекта (1, 2, 3) нашого автора опубліковані на сайті розробника.
Публікація проекту це не просто текст та пара скрінів. Це перевірка та верифікація інженерами Dlubal Softwarе на точність використання програми та відповідність Єврокодам. Про що свідчать іменні ліцензії, котрі знаходяться в правому верхньому куті скріншота. Ці публікації це приклад того, що українські інженери здатні інтегруватися в європейську інженерну спільноту.
І вже багато було дискусій про те що дає більшу економію використання Єврокодів чи ДБН.
Автор підкреслює: «Єврокоди — це не про економію, а передусім про надійність!»
І цитуючи лозунг Єврокоду «In order to promote public education and public safety, ……world trade and world peace», у нас буде спроможність досягти вищої кооперації, а значить і добробут!
