Зачем обновлять программы для расчета строительных конструкций

Зачастую, на предложение обновить расчетный комплекс до актуальной версии, мы слышим ответ: «Меня полностью устраивает старая версия». Такое утверждение в большинстве случаев справедливо лишь для возможностей моделирования расчетных схем, определения усилий и напряжений в несущих элементах. Но! Ключевой целью расчета строительных конструкций с помощью расчетных комплексов является оценка прочности, проверка несущей способности, подбор требуемого армирования в железобетонных конструкциях для восприятия проектных нагрузок. Такие расчеты должны выполняться в соответствии с методиками, приведенными в нормативных документах. На сегодняшний день проектная документация, представленная на государственную или негосударственную экспертизу, проверяется на соответствие национальным стандартам и сводам правил, включенных в перечень, утвержденный постановлением Правительства Российской Федерации № 1521 от 26 декабря 2014 г., вступившим в действие с 1 июля 2015 года. Актуальная редакция данного постановления действует с 7 декабря 2016 г., и включает изменения и дополнения, внесенные в текст, согласно постановлениям Правительства РФ: № 1033 от 29.09. 2015 г., № 1307 от 07.12.2016 г.
Опираться на положения сводов правил перечисленных в вышеуказанном постановлении необходимо, несмотря на то, что проектная документация на некоторые строительные объекты может и не требовать экспертной оценки. Применение перечня сводов правил и национальных стандартов обеспечивает соблюдение требований ФЗ №384 «Технический регламент о безопасности зданий и сооружений», объектом технического регулирования, которого являются здания и сооружения любого назначения.
Вот ряд нормативных документов, в соответствии с положениями которых следует выполнять расчеты строительных конструкций и оснований зданий:

• СП 14.13330.2014 «Строительство в сейсмических районах»
• СП 15.13330.2012 «Каменные и армокаменные конструкции»
• СП 16.13330.2011 «Стальные конструкции»
• СП 20.13330.2011 «Нагрузки и воздействия»
• СП 22.13330.2011 «Основания зданий и сооружений»
• СП 24.13330.2011 «Свайные фундаменты»
• СП 63.13330.2012 «Бетонные и железобетонные конструкции»
• СП 64.13330.2011 «Деревянные конструкции»

Так, например, в соответствии с новым сводом правил «Нагрузки и воздействия» нормативное значение средней составляющей ветровой нагрузки определяется по формуле:

w_m=w₀k(z_e)c, где

k(z_e) – коэффициент, принимаемый в зависимости от типа местности и эквивалентной высоты z_e, которая в свою очередь зависит от поперечного размера здания. На рисунке 1 представлена эпюра распределения ветрового давления по высоте протяженного фасада многоэтажного жилого дома. Синим цветом обозначена эпюра, построенная в соответствии с СНиП 2.01.07-85*, сиреневым – по СП 13330.2011.

Рисунок 1  - сравнение эпюр ветрового давления

И это далеко не единственный пример, подтверждающий, что результаты, полученные при расчете по старым методикам, получаются заниженными.

Проверка прочности принятых сечений несущих элементов и подбор требуемого армирования проводятся на различные расчетные сочетания усилий. В программных комплексах реализующих метод конечных элементов расчетные сочетания усилий вычисляются автоматически. При этом в процессе вычисления -  усилия от различного типа нагрузок (постоянных, длительных, кратковременных) принимаются с различными коэффициентами сочетаний. Ниже представлены коэффициенты сочетаний, которые ранее использовались согласно СНиП 2.01.07-85*«Нагрузки и воздействия»  и, которые используются сейчас согласно СП 20.13330-2011 «Актуализированная редакция. Нагрузки и воздействия».

	Коэффициенты сочетаний в зависимости от типа нагрузки
	постоянная	длительная	длительная	кратковременная*	кратковременная**	кратковременная***
СП 13330-2011	1	1	0.95	1	0.9	0.7
СНиП 2.01.07-85*	1	0.95	0.95	0.9	0.9	0.9
* - первая по степени влияния кратковременная нагрузка ** - вторая по степени влияния кратковременная нагрузка *** - остальные кратковременные нагрузки

Кроме коэффициентов сочетаний, коэффициентов надежности по материалу, по ответственности здания и т.п. в нормативных документах меняются и методики расчета. Например, расчет плоских железобетонных плит на продавливание. Согласно положениям предыдущей редакции СНиП «Бетонные и железобетонные конструкции» расчет плоских железобетонных плит необходимо было производить на действие сосредоточенных сил. В действующей редакции СП 63.13330.2012 «Бетонные и железобетонные конструкции» такой расчет производится на действие сосредоточенных сил и изгибающих моментов. При таком подходе в одном случае изгибающий момент может разгружать расчетный стык, т.е. результат получится более экономичным; в другом случае наоборот – изгибающий момент может догружать расчетный стык и соответственно усугублять ситуацию (см. Рисунок 2). Т.е. при расчете плит на продавливание в устаревшем программном обеспечении в одном случае можно получить неэкономичное решение, а в другом, более худшем случае - ненадежное решение.

Рисунок 2  - Сравнение результатов расчета плиты на продавливание от действия изгибающего момента, разгружающего (слева) и догружающего (справа) стык.

В рамках государственной программы по разработке и актуализации нормативных технических документов в строительстве - в 2017 году разработано и актуализировано 75 сводов правил и 35 стандартов, из которых 21 свод правил и 35 стандартов относятся к области расчета и проектирования несущих строительных конструкций (Рисунок 3). Так, например, с 4 июня вступил в действие СП 20.13330.2016 «Актуализированная редакция СНиП 2.01.07-85* Нагрузки и воздействия», в котором содержаться не только новые карты районирования по снеговым, температурным, гололедным нагрузкам, а и, новые положения, методики учета и расчета нагрузок и воздействий, на которые необходимо рассчитывать несущие строительные конструкции. Т.е. разработчики программного обеспечения уже вносят очередные изменения в свои расчетные комплексы, чтобы после включения новых и обновленных СП в перечень национальных стандартов и сводов правил, пользователи могли выполнять расчеты в соответствии с действующими нормами и правилами, и без проблем проходить строительную экспертизу.

Рисунок 3 - Разработка и актуализация НТД в строительстве на 2017 год. (Источник: ФАУ "ФЦС")

Кроме актуализации программного обеспечения на соответствие действующим нормативным документам, разработчики обновляют его функционал, благодаря чему рутинные операции становятся автоматизированными, а программное обеспечение более понятным и приятным в обращении. Так, например, учет различных факторов оказывающих влияние на несущую способность строительных конструкций, таких как случайный эксцентриситет и продольный изгиб при расчете железобетонных стен в некоторых расчетных комплексах был реализован только к 2016 г. Для сравнения на Рисунке 4 представлены результаты подбора вертикального армирования диафрагмы жесткости при различных условиях расчета.

Рисунок 4 – Результат расчета требуемого вертикального армирования диафрагмы жесткости на высоту трех этажей

Не менее важными в новых версиях программ для расчета строительных конструкций являются инструменты компьютерного моделирования, позволяющие более реалистично описать работу строительных конструкций в расчетной схеме. Например, моделирование неоднородного грунтового основания путем автоматического вычисления его характеристик по данным инженерной геологии (Рисунок 5) или, например, моделирование платформенных/контактных и т.п. стыков стеновых панелей панельных зданий (Рисунок 6), моделирование свайного основания с учетом работы грунта окружающего сваи (Рисунок 7)

Рисунок 5  - Моделирование неоднородного грунтового основания.

Рисунок 6  - Библиотека стыков панелей

Рисунок 6  - Моделирование свайного основания с учетом окружающего массива грунта.

Вывод: Использование актуальной версии программного обеспечения для расчета строительных конструкций позволяет:

1. выполнять расчеты в соответствии с действующими редакциями нормативных документов и сводов правил;
2. расширить возможности расчета и моделирования строительных конструкций и оснований;
3. моделировать более реалистичную работу строительных конструкций;
4. экономить время при моделировании;
5. снизить риски и получать более надежные решения;
6. сократить время получения положительного заключения строительной экспертизы.