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Come progettare travi in ​​cemento armato?

In questo articolo, ti mostreremo come progettare una trave in cemento armato utilizzando il software SkyCiv. Questo tutorial copre due opzioni software fornite da SkyCiv per la progettazione del raggio: Il raggio SkyCiv e il 3D strutturale. Approfondiremo entrambi gli strumenti per aiutarti ad accedere e progettare efficacemente le travi. Alla fine dell'articolo, applicheremo anche il metodo dei coefficienti prescritto da ACI-318-19 per la progettazione di travi in ​​ca.

Se sei nuovo nel design delle travi, consigliamo di leggere alcuni articoli introduttivi di SkyCiv:

Questi tutorial ti aiuteranno a comprendere meglio il processo generale di progettazione delle travi.

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Software SkyCiv Beam

La prima tappa è la creazione del modello di raggio nel software SkyCiv Beam. Indichiamo i passaggi richiesti: (Tra parentesi, mostriamo i dati di esempio):

  • Nella pagina della dashboard, selezionare il modulo della trave.
  • Crea una trave definendone la lunghezza (66 ft).
  • Vai ai supporti e definisci cerniere o semplici aste (cerniera all'inizio e alla fine; asta ai terzi punti).
  • Vai alle sezioni e creane una rettangolare (sezione rettangolare; larghezza=18 pollici; altezza=24 cm).
  • Quindi selezionare il pulsante del carico distribuito e assegnarne uno, Due, o più di cui hai bisogno (carico morto sovrapposto = 0.25 kip/ft; carico vivo = 0.40 kip/ft)
  • Il passo successivo è creare alcune combinazioni di carico (\({L_d = 1,2volte D + 1.6\volte l}\))
  • Infine, risolvere la trave!

Come progettare travi in ​​cemento armato

figura 1: Modello di trave con carichi fissi e mobili applicati

Dopo aver risolto la trave, possiamo controllare i risultati, come il diagramma di flessione, per ottenere i loro valori massimi lungo la lunghezza dell'elemento. Le seguenti immagini mostrano l'output finale.

Come progettare travi in ​​cemento armato

figura 2: Diagramma del momento flettente dovuto alla combinazione di carico specificata

Il software SkyCiv Beam ci fornisce una tabella con i valori massimi per le forze, sottolinea, e spostamento:

Come progettare travi in ​​cemento armato

figura 3: Tabella riassuntiva

Ora è il momento di selezionare la scheda di progettazione e selezionare e definire l'input come disposizione dell'armatura, sezioni di analisi, alcuni coefficienti, combinazioni di carico, eccetera. Guarda le cifre 4 e 5 per ulteriori descrizioni.

Progettazione Travi in ​​cemento armato

figura 4: Schemi di travi in ​​ca

Progettazione Travi in ​​cemento armato

figura 5: Forze e sezioni da valutare in fase di progettazione

Una volta che tutti i dati sono pronti, possiamo fare clic sul “Dai un'occhiata” pulsante. Questa azione ci darà quindi i risultati e i rapporti di capacità per resistenza e praticità.

Progettazione Travi in ​​cemento armato

figura 6: Risultati della progettazione del modulo trave.

Potrai quindi scaricare tutti i report di cui hai bisogno!

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SkyCiv Structural 3D

Ora è il momento di utilizzare Structural 3D! Ti consigliamo di tornare al software del raggio e fare clic su “Apri in S3D” pulsante. Questo ci aiuterà a preparare il modello e i suoi input in S3D.

Una volta che abbiamo fatto clic sul pulsante di modifica, il modello è stato creato automaticamente. Ricordati di salvarlo! (Se hai bisogno di familiarizzare con questo modulo, guarda questo link tutorial!)

Progettazione Travi in ​​cemento armato

figura 7: Modello creato automaticamente in S3D.

Ora vai direttamente al “Risolvere” icona scegliendo il “Analisi lineare” opzione. Sentiti libero di controllare e confrontare i risultati; useremo il “Design” opzione. È giunto il momento di definire tutte le caratteristiche necessarie per valutare la trave nelle diverse schede.

Progettazione Travi in ​​cemento armato

figura 8: Membri’ informazioni per la progettazione

Progettazione Travi in ​​cemento armato

figura 9: Membri’ forze e sezioni per la progettazione

SkyCiv può verificare la presenza di un particolare layout RC definito o calcolare un'ottimizzazione dell'armatura della sezione. Vorremmo suggerirti di eseguire quest'ultima opzione.

Progettazione Travi in ​​cemento armato

figura 10: Ottimizzazione dell'armatura della sezione.

Figure 11 e 12 mostra il risultato finale e l'armatura della sezione suggerita calcolata per il progetto di ottimizzazione.

Progettazione Travi in ​​cemento armato

figura 11: Risultati della progettazione strutturale in calcestruzzo

Potrai quindi scaricare tutti i report di cui hai bisogno!

Progettazione Travi in ​​cemento armato

figura 12: Ottimizzazione in acciaio di rinforzo della sezione

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ACI-318 Equazioni approssimate

Quando si progetta una trave continua, ACI-318 consente di utilizzare i coefficienti di momento per i calcoli di flessione. (Per ulteriori esempi, sentiti libero di visitare questi articoli di SkyCiv su Questo viene fatto per controllare le equazioni che si formano dall'ACI)

I momenti alle sezioni critiche sono calcolati con: \( M_u = coefficiente volte w_u volte l_n^2 \). Dove il coefficiente può essere ottenuto da quanto segue:

  • Portata esterna:
    • Esterno negativo: \(\frac{1}{16}\)
    • Midspan positivo: \(\frac{1}{14}\)
    • Interno negativo:\(\frac{1}{10}\)
  • Portata interna:
    • Negativo: \(\frac{1}{11}\)
    • Midspan positivo: \(\frac{1}{16}\)

Selezioneremo due casi: il valore massimo assoluto per i momenti flettenti positivi e negativi.

\(wu=1.2volte D + 1.6\volte L = 1.2 \volte 0.25 + 1.6 \volte 0.4 = 0.94 \frac{kip}{ft} \)

\(M_{u,neg} = {\frac{1}{10}}{\volte 0.94 {\frac{kip}{ft}}}{\volte {(22 ft)}^ 2} = 45.50 {kip}{ft} \)

\(M_{u,pos} = {\frac{1}{14}}{\volte 0.94 {\frac{kip}{ft}}}{\volte {(22 ft)}^ 2} = 32.50 {kip}{ft} \)

Calcolo della resistenza alla flessione per momento negativo, \({M_{u,neg} = 45.50 {kip}{ft}}\)

  • Presunta sezione a tensione controllata. \({\fi_f = 0.9}\)
  • Larghezza del raggio, \({b=18 pollici}\)
  • Zona di rinforzo in acciaio, \({A_s = frac{M_u}{\phi_fvolte 0.9dvolte fy}= frac{45.50 kip-ft volte 12 in -ft }{0.9\volte 0.9(17 pollici )\volte 60 KSI}=0,66 {pollici}^ 2}\)
  • \({\rho_{min} = 0.003162}\). Area minima di armatura in acciaio, \({UN_{S,min}=rho_{min}\volte bvolte d = 0.003162 \volte 18 In tempo 17 =0,968 {pollici}^ 2}\). Adesso, controllare se la sezione si comporta come a tensione controllata.
  • \({a = frac{A_stime f_y}{0.85\volte f'cvolte b} = frac{0.968 {pollici}^2volte 60 KSI}{0.85\volte 4 ksivolte 18 pollici }= 0.95 pollici}\)
  • \({c = frac{un carico}{\beta_1}= Frac{0.95 pollici}{0.85} = 1.12 pollici }\)
  • \({\varepsilon_t = (\frac{0.003}{c})\volte {(d – c)} = (\frac{0.003}{1.12 pollici})\volte {(17pollici – 1.12 pollici)} = 0.0425 > 0.005 }\) Ok!, è una sezione a tensione controllata!.

Calcolo della resistenza a flessione per momento positivo, \({M_{u,pos} = 32.50 {kip}{ft}}\)

  • Presunta sezione a tensione controllata. \({\fi_f = 0.9}\)
  • Larghezza del raggio, \({b=18 pollici}\)
  • Zona di rinforzo in acciaio, \({A_s = frac{M_u}{\phi_fvolte 0.9dvolte fy}= frac{32.50 kip-ft volte 12 in -ft }{0.9\volte 0.9(17 pollici )\volte 60 KSI}=0,472 {pollici}^ 2}\)
  • \({\rho_{min} = 0.003162}\). Area minima di armatura in acciaio, \({UN_{S,min}=rho_{min}\volte bvolte d = 0.003162 \volte 18 In tempo 17 =0,968 {pollici}^ 2}\). Adesso, controllare se la sezione si comporta come a tensione controllata.
  • \({a = frac{A_stime f_y}{0.85\volte f'cvolte b} = frac{0.968 {pollici}^2volte 60 KSI}{0.85\volte 4 ksivolte 18 pollici }= 0.95 pollici}\)
  • \({c = frac{un carico}{\beta_1}= Frac{0.95 pollici}{0.85} = 1.12 pollici }\)
  • \({\varepsilon_t = (\frac{0.003}{c})\volte {(d – c)} = (\frac{0.003}{1.12 pollici})\volte {(17pollici – 1.12 pollici)} = 0.0425 > 0.005 }\) Ok!, è una sezione a tensione controllata!.

Infine, possiamo vederlo per entrambi i momenti, negativo e positivo, il risultato è assegnare un rinforzo flessionale minimo. L'area dell'armatura in acciaio richiesta è uguale a \(0.968 {pollici}^2).

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