general@inc-pr.ru
Нажмите, чтобы скопировать

Современные средства вычисления

22 ноября 2019 Блог > Современные средства вычисления

Введение

 

Фантазия архитектора в современном мире не стоит на месте. В моду вошли легкие парящие конструкции бионических форм, трудно поддающиеся математическому описанию. Возрастающая сложность и многоплановость задач, решаемых в практике современного архитектурного проектирования, требуют дальнейшего совершенствования проектного дела, широкого применения прогрессивных методов, приемов и технических средств, чтобы ускорить и исключить ошибки расчетов строительных конструкций. С каждым годом расширяется объем внедрения вычислительной техники в архитектурно-строительное проектирование.

Для воплощения модных идей требуются современные методы расчетов.

 

 

 

Существующие способы расчетов

 

Ручной расчет

Все строительные конструкций подчиняются одним и тем же законам механики. Достаточно разбить конструкцию на конечные элементы (стержни, оболочки); задать им верные граничные условия (закрепления на концах); приложить к ним нагрузки и составить уравнения, которые должны соответствовать требованиям нормативных документов, действующим на территории Российской Федерации, таким как:

  • СП 20.13330 «НАГРУЗКИ И ВОЗДЕЙСТВИЯ»
  • СП 16.13330 «СТАЛЬНЫЕ КОНСТРУКЦИИ»
  • СП 63.13330 «БЕТОННЫЕ И ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫЕ КОНСТРУКЦИИ»

 

Ручной расчет и квалификация специалиста не может быть полностью заменена компьютерными программами для проектирования сооружений. К плоской постановке задачи часто прибегают для анализа маленьких и типовых конструкций.


Автоматизированный расчет

Для конструкций с неоднородным шагом колонн, с большим количеством конечных элементов (стержней, оболочек), нестандартной геометрией, большими пролетами, целесообразно использовать ПВК.  Именно об этом методе расчета будет подробно рассказано в данной статье.

Преимущества применения ПВК:

  • Производит более точный расчет всей конструкции
  • Уменьшает количество ошибок при проектировании
  • Увеличивает скорость расчета
  • Позволяет производить совместный расчет надземной и подземной части сооружения
  • Выдает удобные для восприятия результаты расчетов
  • Не ограничивает количество рассчитываемых элементов

 

 

 

Принципиально расчетные комплексы можно разделить на 2 вида:

  1. Многофункциональные комплексы по расчету стержневых моделей

 

Позволяют рассчитывать большие трехмерные модели на статические и динамические воздействия. Предназначены для расчета стальных и железобетонных конструкций в соответствии с требованиями действующих сводов правил (СП).

Программный комплекс SCAD Office и ПК Лира занимают около 80% отечественного рынка программного обеспечения для расчета и проектирования строительных конструкций.

 

2. Расчет узлов строительных конструкций

Основы расчета конструкций в программных вычислительных комплексах (ПВК)

 

Программный комплекс SCAD Office и ПК Лира занимают около 80% отечественного рынка программного обеспечения для расчета и проектирования строительных конструкций. Среди большого разнообразия отечественных и зарубежных ПВК, принцип построения модели и расчетов конструкций схож для всех программ. Рассмотрим это на примере SCAD Office.

 

·      SCAD Office

ПВК SCAD Office представляет собой набор программ, предназначенных для выполнения прочностных расчетов и проектирования различного вида строительных конструкций. В состав пакета входят программы нескольких видов.

Расчет конструкции начинается с построения расчетной модели.

 

  • Построение и непосредственно в SCAD Office
  • Экспорт из AutoCAD
  • Использование типовых схем
  • Экспорт стержневой модели из Tekla Structures или Autodesk Revit и других программ

Импортируемые форматы:

Добавление загружений

 

В программе есть возможность добавить не только постоянные нагрузки, но и такие динамические загружения, как ветер (пульсационная составляющая) и сейсмически воздействия.

Далее для каждого элемента назначается:

Назначение жесткостных характеристик

Это сечения элементов (стержней, пластин), либо численно-параметрическое описание сечения.

 

Добавление загружений

 

В программе есть возможность добавить не только постоянные нагрузки, но и такие динамические загружения, как ветер (пульсационная составляющая) и сейсмически воздействия.

Формируются комбинации загружения, а также РСУ и РСН.

Результаты расчета

Далее анализируем результаты расчета по I и II предельным состояниям: анализируем прочность, устойчивость и деформации конструкции.

Основные преимущества SCAD Office :

  • высокая скорость расчета;
  • развитый механизм работы с группами узлов и элементов;
  • небольшой объем хранения информации;
  • понятный интерфейс;
  • вариация моделей;
  • расчет типовых узловых соединений.

Узлы в SCAD Office

 

Программы-утилиты SCAD позволяют производить расчет типовых узловых соединений:

  • Крепление балок на болтах
  • Фрикционные соединения
  • Опорные плиты

Недостатком данных приложения является невозможность отойти от стандартной геометрии, заложенной в программе, а также от приложения нагрузок.

Вариация моделей

 

Основное преимущество SCAD Office среди всех остальных ПВК – это особый режим Вариация моделей, который предусматривает возможность обработки результатов расчета нескольких близких вариантов расчетной схемы: схемы содержат одинаковое количество узлов и элементов.

Данная функция позволяет проанализировать работу модели, изменяя в них следующе параметры:

  • возможность использования отличающихся друг от друга значений типов элементов;
  • возможность изменения сечений элементов, включая использование нулевых значений некоторых жесткостей и различных коэффициентов постели;
  • изменение условиях примыкания элементов к узлам;

Пользователь запускает на расчет необходимое количество моделей и получает одну общую модель, содержащую максимальные и минимальные значения усилий и перемещений от всех моделей. Специалисту не требуется проводить анализ каждой расчетной схемы и сравнивать результаты расчета между собой. Количество сценариев обрушения может доходить до сотни, в зависимости от сложности конструкции.

С 6 января 2019 года вступил в действие СП 385.1325800.2018 «Защита зданий и сооружений от прогрессирующего обрушения. Правила проектирования. Основные положения». Режим «Вариация модели » актуальна при расчете на прогрессирующее обрушение конструкций, так как полученные результаты расчетов уже не зависят от того, где именно произойдет «отказ» несущего элемента схемы.

 

 

·       ЛИРА

 

С функциональной точки зрения ЛИРА повторяет все функции SCAD Office.  Также имеет достаточный набор программ-утилит. Но для некоторых пользователей является более наглядной и удобной. ЛИРА также содержит функцию «Метод единого обобщенного результата» под названием Метеор, по аналогии с Вариацией моделей в SCAD Office.

·       Autodesk Robot Structural Analysis Professional

 

Из названия программы следует, что программный комплекс принадлежит компании Autodesk.

Autodesk является крупнейшим в мире поставщиком программного обеспечения для промышленного и гражданского строительства.

Программа обладает удобным интерфейсом

и выполняет все виды расчетов:

  • статический линейный;
  • динамические (модель, спектр, сейсмика);
  • потеря устойчивости;
  • гармонические колебания;
  • кратковременная нагрузка;
  • нелинейный расчет кратковременной нагрузки;
  • продавливания;
  • упруго-пластическая деформация;
  • отклик-спектр;
  • вантовые элементы;
  • дополнительные диаграммы результатов расчетов.
  • расчет вибрационного воздействия от жизнедеятельности человека;

 

Основными преимуществами Robot перед расчетными комплексами Лира и SCAD Office являются:

Двусторонняя связь с Revit Structure

Revit Structure —  это программа для трехмерного моделирования элементов здания и плоского черчения элементов, имеющая многопользовательский режим.

Достаточно построить архитектурную 3D-модель в  графическом комплексе Revit Structure и перейти во вкладку Расчет:

Произойдет экспорт всех элементов: стержней и оболочек. При этом отсутствует необхходимость назначения жесткостных характеристик, так как они импортируются из Revit совместно с геометрией.

 

Двусторонняя связь с Tekla Structures

Также возможно использовать для расчета готовую 3D-модель из графического комплекса Tekla Structures, про которую было подробно рассказано в этой статье. На данный момент большинство проектов из металлических конструкций разрабатываются именно в программе Tekla Structures, так как программа позволяет не только моделировать 3D-модель, но и выполнять 2D-чертежив соответствии с ГОСТ Р 21.1101-2013 «Система проектной документации для строительства».

К тому же возможно импортировать не только геометрию, жесткостные характеристики, но и готовые загружения из Tekla в Robot.

Основы расчета узлов

Всё чаще приходится проектировать сложные конструкции, а особенно узловые соединения.

Иногда инженеру достаточно сложно определить принцип работы конструкций в узле и сложно применить теоретические навыки при расчете узла. Затрачивается много времени на расчеты каждого элемента узлового соединения (сварных швов, болтовых соединений, устойчивости, жесткости и тд).

 

·       ANSYS

 

Программный комплекс ANSYS (аналоги ABAQUS, NASTRAN, COSMOS) требует много времени и навыков от инженера-строителя для подготовки и анализа исходной расчётной схемы. Однако позволяет замоделировать любой физический процесс и характеристики материалов.

Данные программы ориентированы в большей мере на машиностроение и на серьезные научные исследования, но могут применяться для решения спорных узлов в строительстве.

Преимущества программ:

-точный результат;

Недостатки:

-сложный интерфейс;

-необходимость ручной корректировки всех исходных данных;

 

·       IDEA StatiCa

 

Другое дело программный комплекс IDEA StatiCa, который позволяет за считаные минуты производить анализ узлов с нестандартной геометрией и загружениями  по всем параметрам

IDEA StatiCa – это современная программа для расчета стальных узлов.

Удобство и простота использования – главное преимущество данного программного комплекса.

  1. Построение узла можно выполнить несколькими способами:

Использование стандартного узла

Достаточно  лишь поменять сечения, материалы и значение загружений и произвести автоматический расчет

  • Построение узла с нуля в IDEA StatiCa

Для построения своего уникального узла можно пользоваться стандартными операциями. Возможно задать для узла болтовое соединение, сварное соединение, лист усиления.

Возможно импортировать сортамент металлопроката и каталог материалов.

— Импорт узла из другого приложения

 

Возможно импортировать не только готовую геометрию узла из Tekla, но и все сварные и болтовые соединения.

Также существует связка с другими приложениями, такими как Advance Design, Advance steel, Revit, SAP 2000 и другие.

  1. Результаты расчетов IDEA StatiCa

Результаты расчетов наглядно показаны в виде изополей напряжения и деформации, а также сведены в таблицы.

IDEA StatiCA формирует отчет, который содержит всю информацию о применяемых нормах, формулах и исходных данных. Данная функция актуальна при проверке результатов и оформлении проектной  и рабочей документации, что значительно экономит время на формирование текстовой документации.

Программа формирует отчет использую формулы из СП 16.13330 «Стальные конструкции»

 

 

Экспертиза проектной документации

 

Для прохождения государственной и негосударственной экспертизы для раздела «Конструктивные и объемно-планировочные решения» должны быть предоставлены расчетные обоснования, соответствующие действующим нормам.

Согласно п. 17 положения утв. Постановлением правительства РФ от 05.03.2007 N 145 организация по проведению государственной экспертизы вправе дополнительно истребовать от заявителя представления расчетов конструктивных и технологических решений, используемых в проектной документации, а также материалов инженерных изысканий. Указанные расчеты и материалы должны представляться заявителем в 5- дневный срок после получения соответствующего запроса. Не допускается истребование от заявителей иных сведений и документов.

 

 

 

Сравнение цен на программные комплексы*
(*цены на локальные лицензии с неограниченным количеством узлов)

 

ПВКЦЕНА, ₽СКОР ЛИЦЕНЗИИ
SCAD Offiсe Smax 365 000Неограничен
ЛИРА 10.8 FULL515 000Неограничен
ЛИРА-САПР PRO525 000Неограничен
Autodesk Robot554 0003 года
ING + MicroFe 520 000Неограничен
IDEA StatiCa 290 000Неограничен
Ansys1 900 000Неограничен

 

 

 

Последние записи

Современные средства вычисления

Фантазия архитектора в современном мире не стоит на месте. В моду вошли легкие парящие конструкции бионических форм, трудно поддающиеся математическому описанию

Огнезащита строительных и ограждающих конструкций

При проектировании новых зданий и сооружений необходимо соблюдать требования по пределу огнестойкости* строительных конструкций.

24 сентября 2019

Проектирование вентиляции

Практически любое современное здания требуется оборудовать такими инженерными сетями как системы вентиляции. Данные системы должны обеспечивать оптимальные условия микроклимата в помещениях, как для пребывания людей, так и для осуществления различных технологических процессов.

22 апреля 2019

Аббревиатуры

Нас часто спрашивают про аббревиатуры в проектной и рабочей документации. Для этого мы подготовили для Вас основной список проектов с расшифровкой разделов.