MODEL DE CALCUL STRUCTURAL

PENTRU BISERICI ORTODOXE

PROGRAM ETABS

Partiul, planul de cofraj si sectiunile caracteristice exista deja desenate in AUTOCAD

Partiul din AUTOCAD – se doreste exportarea catre ETABS

Se ascund layer-ele pe care dorim sa le exportam in ETABS

Se pastreaza acele layere pe care dorim sa le stergem

Se selecteaza toate layer-ele ramase

Se sterg toate layer-ele care nu ne sunt necesare in ETABS

Se bifeaza layerele necesare si se selecteaza toate

Se da comanda EXPLODE – deoarece nu intotdeauna desenele in AUTOCAD sunt realizate

de noi si nu stim daca nu au fost realizate BLOCK-uri deja.

Se salveaza desenul ramas cu un nume si extensia dxf

Se lanseaza programul ETABS

Se selecteaza unitatile de masura (in special ne intereseaza cele pentru lungimi) – in

concordanta cu unitatile de masura utilizate in AUTOCAD – de exemplu kN si m

Se importa fisierul dxf salvat din AUTOCAD cu „DXF file of Architectural Grid”

Se selecteaza layerele dorite

daca suntem siguri ca am sters totul in ACAD atunci se pot selecta implicit toate layerele.

Acestea sunt toate layer-ele importate. Fiecare este considerat axa si de aceea apar nume de

axe si cerculete in timp ce implicit programul descrie 4 niveluri cu inaltimea de 3 m.

Deoarece pe noi nu ne intereseaza toate liniile importate ca axe, se da dublu click pe una

dintre axe si se modifica caracteristicile acestora

Dimensiunea cerculetului se da 0 iar toate axele le consideram principale

Se obtine astfel un desen mult mai curat si orientat catre necesitatile noastre

In mod special s-a importat desenul in ETABS cu „eroro” in sensul ca apar inclusiv treptele

scarilor si usile. Sigur ca acestea puteau deja sa fie sterse in fisierul dxf, inainte de salvare,

dar se pot sterge, de asemenea si in ETABS. Operatiunea poate sa fie usor mai anevoioasa, in

special in cazul liniilor curbe care sunt realizate din mai multe axe.

Se da ZOOM pe zona in care se doreste sa se intervina

Se sterg una cate una axele care nu sunt necesare

In final se obtine un desen mult mai clar, pe care se poate lucra

La importarea axelor din ACAD de cele mai multe ori originea axelor este aleatoare. Se

determina coordonatele unui nod in care se doreste portarea sistemului de axe

Se porteaza sistemul de axe in nodul dorit, schimbat coordonatele x si y ale acestuia

Sistemul de axe a fost portat

Se salveaza modelul de calcul inceput. SE RECOMANDA salvarea cat mai deasa a

modelului de calcul, astfel incat, in cazul oricaror erori ulterioare sa se limiteze pierderea de

date, munca si timp de munca

Sistemul de axe ales la inceputul modelului in mod normal ramane permanent. Chiar daca se

modifica din dreapta jos unitatile, dupa fiecare rulare sistemul de unitati de masura revine la

cel initial. Daca se doreste modificarea permanenta a acestuia, se alege din dreapta jos

sistemul de marimi dorit, iar modelul se exporta apoi cu extensia e2k, fie cu numele vechi fie

cu alt nume

Se importa fisierul cu numele si extensia e2k ales, iar din acest moment unitatile de masura

cu care modelul o sa lucreze sunt cele dorite de utilizator (N, daN, kN, tf respectiv cm, m)

Modelul importat, cu unitatile de masura dorite de catre utilizator

Se poate inchide una dintre ferestre si se va lucra pe cealalta

Utilizand un element finit de tip FRAME fictiv se pot determina lungimi si unghiuri

Se descriu proprietatile materialelor utilizate – beton si zidarie. In cele ce urmeaza sunt luate

niste date aleatoare, fara legatura cu cazul concret. Atat pentru beton cat si pentru zidarie se

prefera utilizarea unor greutati specifice respectiv densitati mai mari, calculate astfel incat sa

se tina seama inclusiv de tencuielile de pe acele elemente structurale pentru care se descriu

aceste proprietati.

Betonul

Respectiv zidaria. Atentie la modulul de elasticitate al zidariei care este in functie de tipul de

zidarie, materialele componente, etc.

De asemenea se descriu dimensiunile elementelor structurale in functie de tipurile de

Elemente Finite (EF) alese.

Placi, bolti eventual stalpi din b.a. (daca acestia au forme mai deosebite si se preteaza EF de

tip SHELL) in functie de dimensiuni si materiale componente

De asemenea se declara dimensiunile EF de tip FRAME – grinzi, arce, stalpi, etc.

Intotdeauna este bine sa existe un element finit, notat convenabil (de exemplu X) astfel incat

cu ajutorul lui sa se poata construi parti de model si mai apoi prin selectare sa fie usor de

sters.

De exemplu niste EF de tip grinzi declarate in scop de ajutor ulterior se selecteaza

Si se declara de tip fictiv – X

Axele care sunt necesare se pot determina plimband cursorul la capetele acelei axe

O data cunoscute materialele si dimensiunile EF se trece la pozitionarea elementelor

structurale, in functie de EF ales

Deoarece stalpii au forme atipice, se prefera in acest caz declararea ca EF de tip SHELL.

Pentru stalpi cu sectiuni simple se pot utiliza inclusiv EF de tip FRAME

In zonele curbe se constata ca in ACAD nu s-au descris axe. De aceea trebuiesc efectuate

lucrari de contuire specifica in ETABS

Prin intermediul unor EF de tip FRAME cu sectiune x se traseaza forma stalpilor de pe

sectiunea curba ca apoi sa se poata descrie EF de tip SHELL care sa-i modeleze. Toate

elementele fictive de construire se vor sterge ulterior.

Stalpii se descriu acum cu usurinta

Se sterg elementele ajutatoare pentru construire

Sunt descrisi astfel toti stalpii cladirii si se poate selecta ca in vedere culorile sa fie diferite,

astfel incat in acest caz (cu stalpi din EF de tip SHELL) acestia sa nu se confunde cu zidaria

Se poate selecta ca in vedere EF sa fie vazute ca obiecte, sectiuni, etc – alegandu-se

secvential acea optiune care ne ajuta cel mai bine

Stalpii pe primul STOREY – Daca initial la importarea dxf din ACAD sunt 4 niveluri de cate

3 m fiecare, mai departe utilizatorul isi gandeste aceste niveluri in functie de ceea ce

modeleaza. In acest caz primul nivel este parapetul, apoi al doilea este fereastra, al treilea

partea pana la cornisa, iar urmatoarele 3 – tamburul, stalpii de la cupola si cupola. Au

rezultat astfel 7 niveluri.

Elementele finite descrise pe primul nivel pot sa fie replicate si pentru urmatoarele doua, cu

mentiunea ca in zonele de goluri acestea sa fie sterse cu atentie – in funtie de tipul de gol:

usa sau fereastra.

In cazul nostru, biserica fiins simetrica fata de o axa longitudinala centrala, se prefera

declararea si descrirrea tuturor elementelor structurale din partea stanga iar la final se vor

copia prin „mirror” (oglinda) si in partea dreapta.

Se descriu EF

In zonele drepte, descrierea EF este simpla. In zonele curbe unde in ACAD nu au fost

descrise axe se vor construi elemente ajutatoare cu EF fictive (X) care apoi se vor sterge.

EF FRAME fictive de tip X

Care se divid in doua, astfel incat sa existe un nod central

Apoi se descriu EF de tip SHELL

Toate elementele au fost descrise pe o jumatate de casa. Se selecteaza totul din partea stanga

Se merge la sectiunea REPLICATE

La MIRROR – unde se descrie pozitia axei fata de care se face copierea simetrica

Se obtine astfel toata cladirea, la baza

Se selecteaza nivelul de baza complet

Se da REPLICATE pentru urmatoarele doua niveluri

Se obtine forma urmatoare, urmand a se sterge zonele de goluri. Unul dintre goluri (dreapta

dependinte catre altar) este unic.

Se sterg EF de la nivelul 2, unde sunt golurile de ferestre... etc

Partea de zidarie propriu zisa a fost deja descrisa. Urmeaza descrierea arcelor, suprafetelor

curbe sau semisferice.

Se descriu grinzile in planul peste asa numitul nivel 3.

Descrierea cupolei si a semicupolelor stanga, dreapta si altar

Trebuiesc cunoscute exact coordonatele nodului central al cupolei

Se introduce un sistem de axe suplimentar de tip cilindric. Acesta este impartit in cate 7

distante de cate 0.50 m (deoarece razele sunt de 3.50 m) – 8 arce respectiv in 56 de arce (in

final 57 de raze) – 360:56=6.428571429 grade

Acest sistem este introdus in punctul de zero al sistemului preluat din ACAD

Se selecteaza sistemul respectiv si se translateaza in punctul dorit (ale caror coordonate sunt

cunoscute deja). Se dau si dimensiuni 0 pentru cerculetele axelor.

Sistemul de axe cilindric a fost mutat in zona dorita.

Pentru a putea descrie elemente curbe (preudo-curbe) trebuiesc stabilite niste planuri de

referinta pe verticala, atat in zona semicupolelor/arcelor cat si la cupola. Programul nu poate

descrie de fapt elemente perfect curbe ci prin alegerea unor EF convenabile, se descriu

elemente drepte care simuleaza elementele curbe (dar atentie, sunt drepte).

Planurile de referinta introduse trebuie sa fie gandite astfel incat sa obtinem elemente

pseudo-curbe, asadar inaltimile lor pe verticala scad de la bazele arcelor/cupolelor catre chei.

Altfel ies elemente „tuguiate” care nu se apropie in nici un fel de elemente curbe.

Zona de biserica Cotele planurilor de

referinta (m)

Semicupole si arce 4.90

5.45

5.85

6.10

6.28

6.39

Cupola 10.92

11.47

11.87

12.12

12.30

12.41

Se descriu grinzile reale (la interfata dintre cupola si stalpi)

Mutandu-ne cu cate un plan de referinta in sus descriem grinzi fictive (X) la fiecare sub-nivel

Trebuie sa existe si un nod la partea superioara (cheie)

Astfel arata zona de cupola. Trebuiesc insa realizate zone similare pentru cele 3 semicupole

Se selecteaza primul ax in care se descrie un arc fictiv

Se descrie primul arc fictiv

Al doilea arc fictiv - axa

Se descrie al doilea arc fictiv. In acest moment exista nodul superior

Zona de cupola, descrisa prin axe si elemente fictive

Vederea planurilor de referinta de la nivelul 7. Se vor selecta si copia elementele

componente ale acestei cupole, la acelasi nivel, pentru celelalte 3 semicupole. Trebuiesc

cunoscute dimensiunile de translatare. In stanga pe axa x -3.50 m; in dreapta 3.50 m, in sus

(altar) pe axa y 5.25 m.

Selectare

Copierea cupolei

Copiere pe pozitii – cate 3 pentru cele trei semicupole

Stanga

Dreapta

Altar

Exista acum trei zone similare cupolei centrale. Trebuiesc sterse unele zone care la

semicupole nu exista

S-au sters zonele inexistente stanga s.a.m.d.

S-au sters toate zonele inexistente

Vedere 3D pentru ceea ce s-a realizat ca si cupole sau semicupole pana acum

Se selecteaza zonele de semicupole (exclusiv cupola centrala)

Se vor Replica la nivelul 4

Vedere 3D actuala

Se revine la nivelul 7

Se selecteaza zonele de semicupole (exclusiv cupola centrala)

Se sterg aici zonele de semicupole, pastrandu-se cupola

Vedere 3D actuala

Trebuiesc descrise acuma cu mana cupola centrala si semicupolele. Semicupola stanga poate

sa fie descrisa singura si Replicata cu Mirror in dreapta.

Se ascund axele pentru acuratete

Cupola si semicupolele

Se selecteaza EF de tip placa (SLAB1)

Se descriu atent pas cu pas, cu rotiri succesive de model, cupola si semicupolele. De asemea,

in final se pot descrie cele doua pandantive din stanga si Replica cu Mirror in dreapta.

(galben)

Descriere pandantive

Descriere tambur b.a.

Descriere stalip cupola – 8 bucati

Determinare orientare stalpi

Pas cu pas, stalpii sunt reorientati

Pasul 1

Pasul 2

Pasul 3

FORMA FINALA A MODELULUI DE CALCUL. URMEAZA DECLARAREA

MASELOR, INCARCARILOR, COMBINATIILOR DE INCARCARI, ETC

Scimbarea fondului si a culorilor

In alb – usor de folosit pentru exporturi de ecrane in pagini word

Selectarea incarcarilor

Dead – permanente

Live – utile/zapada

X,Y seism pe x respectiv pe y

Coeficient seismic de baza cb=0.19, ca exemplu. Seism X

Coeficient seismic de baza cb=0.19, ca exemplu. Seism Y

Declararea surselor de masa

Declararea incarcarilor permanente pe placi si cupole

Asignarea incaracrii permanente pe placi si cupole

Incarcare utila pe placi si cupole, se va determina pentru fiecare caz. De exemplu 4kNmp

Placi incarcate cu permanenta

Declararea incarcarilor utile/xzapada pe placi si cupole

Asignarea incarcarilor utile/zapada

Incarcarile utile/zapada se vor determina concret. Ca exemplu 2 kN/mp

Placile/cupolele incarcate cu utila/zapada

Incarcarea din crucea de pe cupola. De exemplu 20 kN

Cupola incarc ata si cu incarcarea din cruce

Model 3D final - fara cupole – vedere 1

Model 3D final - cu cupole – vedere 1

Model 3D final fara cupole – vedere 2

Model final 3D – cu cupole – vedere 2

Model final 3D – vedere 3

Model final 3D – vedere 4

Modul 1 de vibratie

Modul 2 de vibratie

Modul 3 de vibratie

Modul 4 de vibratie

Modul 5 de vibratie

Modul 6 de vibratie

Energie disipata – seism x

Energie disipata – seism y

Forte axiale din infasuratoare

Schimbare culori pe ecran pentru diagrame

Forte taietoare V22

Forte taietoare V33

Momente incovoietoare M22

Momente incovoietoare M33

Eforturi principale

S11

S22

S13

S23

S22

Momente incovoietoare pe placi M11

Momente incovoietoare pe placi M22

Deplasare absoluta nenormalizata – seism x

Deplasare absoluta nenormalizata – seism y

Drifr nenormalizat – seism x

Drifr nenormalizat – seism y

Forte seismice de nivel – seism x

Forte seismice de nivel – seism y

Momente de rasturnare – seism x

Momente de rasturnare – seism y

Se pot obtine raspunsurile si se pot face toate prelucrarile cunoscute.

Se vor declara montantii de ZC si se pot obtine raspunsurile corespunzatoare

ETC

Nota

Modelul a fost realizat pentru familiarizarea studentilor de la cursul de Structuri speciale din zidarie

– Masterat PCCIZS;

Este un model perfectibil

©Daniel Stoica – UTCB – danielstoica2001@yahoo.com sau stoica@utcb.ro