CC BY
56ИССЛЕДОВАНИЕ НЕСУЩИХ КОНСТРУКЦИЙ МНОГОЭТАЖНОГО КИРПИЧНОГО ЗДАНИЯ МЕТОДОМ КОНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ
RESEARCH OF THE BEARING STRUCTURES OF THE MULTI-STOREY BRICK BUILDING BY THE FINAL ELEMENT METHOD
УДК 624.01
Панасюк Леонид Николаевич, доктор технических наук, профессор кафедры «Техническая механика» Донской государственный технический университет, Россия, г. Ростов-на-Дону
Шуваева Ксения Игоревна, студент 2 курса магистратуры, Факультет «Промышленное и гражданское строительство» Донской государственный технический университета, Россия, г. Ростов-на-Дону
Аннотация. До последнего времени моделирование работы зданий из каменных и армокаменных материалов имело гораздо меньшую поддержку в системах САПР и BIM, чем для монолитных железобетонных или стальных конструкций. В данной статье рассмотрено использование новой подсистемы «Армокаменные конструкции», которая интегрирована в единую графическую среду ВИЗОР, реализованной в рамках общего программного комплекса Лира-САПР. Ее используют для создания и редактирования модели здания с несущими каменными (армокаменными) конструктивными элементами. Далее выполняется расчет модели с учетом актуальных норм. Система обладает достаточно обширным набором инструментов, с помощью которого можно выполнять анализ полученных результатов и находить оптимальное конструктивное решение. Имеется развитая «Система документирования», используемая при оформлении отчета. В рамках ленточного интерфейса системы «Лира-САПР» подсистема запускается из новой вкладки «КИРПИЧ». Здесь собраны все инструменты подготовки модели к расчету, ее анализу и документированию результатов.
Annotation. Until recently, modeling the work of buildings made of stone and reinforced stone materials had much less support in CAD and BIM systems than for monolithic reinforced concrete or steel structures. This article discusses the use of the new subsystem "Stone-stone structures", which is integrated into a single VIZOR graphical environment, implemented as part of the general Lira-CAD software package. It is used to create and edit a model of a building with load-bearing stone (reinforced stone) structural elements. Next, the model is calculated taking into account current standards. The system has a fairly extensive set of tools with which you can analyze the results and find the optimal constructive solution. There is a
developed "Documentation System" used in the preparation of the report. As part of the tape interface of the Lira-CAD system, the subsystem is launched from the new BRICK tab. Here all the tools for preparing the model for calculation, its analysis and documentation of the results are collected.
Ключевые слова: технология информационного моделирования, моделирование кирпичной кладки, ПК Лира, ПК Сапфир, интерфейс, проектирование, графическая среда, система, подсистема, строительные конструкции, здания.
Keywords: information modeling technology, brickwork modeling, Lira PC, Sapphire PC, interface, design, graphical environment, system, subsystem, building structures, buildings.
ПК Лира основана на технологии информационного моделирования зданий и нацелена на расчет строительных конструкций. Технологии BIM основываются на наитивной связи с другими архитектурными, расчетными, графическими и документирующими программными комплексами (САПФИР -3D, Revit Structure, AutoCAD, ArchiCAD, Advance Steel, BoCAD, Allplan, STARK ES, Gmsh, MS Word, MS Excel, GLAZER и др.) на основе DXF, MDB, STP, SLI, MSH, STL, OBJ, IFC и др. файлов.
В ПК реализована возможность передачи расчетной схемы здания или сооружения, с бремя помощью управляемой процедуры преобразования архитектурных моделей, созданных в таких программах как: САПФИР-3D, Allplan, Revit, AutoCAD и др.
Сейсмика, ветер с учетом пульсации, вибрационные нагрузки, импульс, удар, ответ-спектр, сейсмика используются в качестве воздействий. Для сейсмических воздействий реализован широкий ряд норм различных стран, таких как: Украины, России, Казахстана, Азербайджана, Грузии, Франции, Алжира и др.
Расширенная библиотека конечных элементов позволяет строить компьютерные модели многих видов: плоских и пространственных рам, балок стенок, изгибаемых плит, оболочек, массивных тел, а также комбинированных систем-плит и оболочек подпертых ребрами, плит на грунтовом основании, каркасных конструкций зданий, системы «надземное строение фундаментные конструкции грунтовое основание», конечный элемент, моделирующий податливость узлов; конечный элемент, моделирующий работу грунта за пределами конструкции; конечный элемент, моделирующий натяжное устройство (форкопф) и позволяющий обеспечивать заданное первоначальное натяжение конструкции или находить необходимое натяжение,
обеспечивающее заданную геометрию (например, тента или тяга вантовой сети).
Проверка и подбор сечений железобетонных и стальных элементов осуществляется в соответствии с действующими международными нормативами. В ПК возможно выполнение рабочих чертежей стадии.
Модули учета физической нелинейности реализованы на основе ввод различных нелинейных зависимостей а-е, обеспечивающие возможность компьютерного моделирования процесса нагружения как моно-, так и би-материальных конструкций, с прослеживанием развития трещин, проявлением деформаций и текучести, вплоть до получения картины разрушения конструкции.
Документатор формирует результаты расчетов в виде текста, таблицы и графики. С помощью интерактивной копии экрана осуществляется возврат к расчетной схеме, а также автоматически выполняется обновление изображений, с изменениями (перенумерация, перетрангуляция, смена конфигурации).
Разработчики предлагают возможность произвести 3 D-визуализацию расчетной схемы на всех этапах ее создания. Результаты представляются в разных видах в графическом (изополя, эпюры, деформированные схемы, анимация форм колебаний) и табличном (перемещения, напряжения, усилия, РСУ, РСН, результаты подбора арматуры в железобетонных элементах и сечений стальных элементов), что позволяет быстро провести анализ и оперативно внести необходимые корректировки в конструкции здания или сооружения, для этого используется режим вариантного проектирования. Еще на этапе создания расчетной схемы пользователь к одной задаче применяет различные сечения элементов, материалы и нормативные базы.
Проверка прочности позволяет определить главные и эквивалентные напряжения, по усилиям в сечении, найденным в процессе решения задачи. Проверка осуществляется по различным теориям прочности: наиболее главные напряжения, наиболее главные деформации, наиболее касательные напряжения, энергетическая теория Губера-Мизеса-Генки, теории Мора, Друкера-Прагера, Писаренко-Лебедева, Кулона-Мора, Боткина, Гениева.
Суперэлементное моделирование, с визуализацией на всех этапах расчета, ускоряет решение задачи и снижает влияние плохой обусловленности большеразмерной матрицы.
Модули учета геометрической нелинейности, позволяют работать, как с конструкциями геометрически неизменяемыми (гибкие плиты и балки, гибкие фермы и др.) так и с конструкциями геометрически изменяемые, для расчета
которых необходимо вначале определить равновесную форму под заданный вид нагрузки (отдельные канаты, вантовые фермы, вантовые покрытия, тенты, мембраны и др.). Расчет армокаменных конструкций Лира и ПК Сапфир реализует положения норм СП 15.13330.2012, СНиП 11-22-81 и ДБН В.2.6-162.
Рис. 1. банк Новая адрес вкладка пора конструирования трут «Кирпич» Далее приведены примеры использования системы при проектировании реального обьекта. На Рис. 2 показано как формируется схема в препроцессорах САПФИР или ВИЗОР-САПР: пользователем назначаются горизонтальные уровни конструктивной схемы (на уровне наименьшего сечения простенков, на уровне опирания плит перекрытий и др.), в которых выполняется проверка прочности кирпичной кладки. При вычислении усилий в процессоре учитывается совместная пространственная работа несущих кирпичных и железобетонных элементов здания. В процессе расчета производится определение необходимого количества сеток и подбор стержней вертикального армирования. Возможен вариантный расчет на основе указания пользователем различных вариантов расчетных участков стены.
Рис. 2. всего Виды трут экранов вести исходных опак данных и фонд результатов везде расчета в нате системе врозь Армокаменные
тара Конструкции
На Рис.3 показано диалоговое окно задания материалов. Подготовка и задание материалов в расчетной схеме производится аналогично технологии подготовки исходных данных для расчета стальных и ж/б конструкций. Материалы для расчета армокаменных конструкций состоят из трех компонент: характеристик кладки; характеристик арматуры; характеристик внешнего усиления простенков. Возможно задание в одном проекте различных типов армокаменных конструкций, различных типов камня, шлакоблоков, ракушечника, туфа и др.
Рис. 3. измы Диалоговое если окно дерг задания время материалов для время расчета вовсе армокаменных тяга конструкций По результатам статического и динамического расчета формируются нагрузки на кирпичные простенки. Помимо мозаики нагрузок (Рис.4) на простенки есть возможность представления их в виде векторов (Рис.5), приложенных в центрах тяжести для каждого простенка.
Рис. 4. этап Мозаика везде нагрузок на нате простенки
Рис. 5. этап Векторное везде представление нате нагрузок на едва простенки
взять армокаменных вновь конструкций На Рис.6 представлены результаты подбора армирования сетками в виде мозаики количества рядов кладки, через которое необходимо выполнить армирование. Стоит отметить, в ПК возможно представить результаты в виде мозаика требуемых диаметров сеток, а также соответствующий процент армирования кладки.
Рис. 6. этап Мозаика везде коэффициентов нате запаса едва прочности
Рис. 7. этап Мозаика везде количества нате рядов едва кладки для
взять установки вновь сеток А в случае, если в расчете использовался вариант армирования вертикальными стержнями или комбинацией из сеток и стержней, в результатах доступны мозаики требуемого количества вертикальных стержней и их диаметры, а также соответствующий процент армирования. Данный краткий обзор возможностей и интерфейса подсистемы «Армокаменные конструкции» показал возможность ее применения при
моделировании и расчете зданий и сооружений из каменных и армокаменных
материалов.
Список литературы
1. Адамович, В.В. Архитектурное проектирование общественных зданий и сооружений / В.В. Адамович, Б.Г. Бархин, Ва. Варежкин. - Л.: Стройиздат; Издание 2-е, перераб. и доп., 2014. - 543 c.
2. Антошкин, В.Д. Архитектурно-строительное проектирование крупнопанельных общественных зданий: учебное пособие / В.Д. Антошкин. - ИЛ, 2015. - 157 c.
3. Афонин, В.В. Моделирование систем: учебно-практическое пособие / В.В. Афонин, С.А. Федосин. - М.: Интуит, 2016. - 231 c.
4. Белов, В.В. Компьютерное моделирование и оптимизирование составов композиционных строительных материалов: монография / В.В. Белов. -М.: АСВ, 2015. - 264 c.
5. Великовский, Л.Б. Архитектура гражданских и промышленных зданий / Л.Б. Великовский. - М.: Медиа, 2016. - 343 c.
6. Вьюненко, Л.Ф. Имитационное моделирование: учебник и практикум / Л.Ф. Вьюненко, М.В. Михайлов, Т.Н. Первозванская. - Люберцы: Юрайт, 2016. - 283 c.
7. Галеев, Э.М. Оптимизация. Теория, примеры, задачи / Э.М. Галеев. - М.: Ленанд, 2015. - 344 c.
8. Гиясов, Б.И. Архитектурно-конструктивное проектирование гражданских зданий: учебное пособие / Б.И. Гиясов. - М.: АСВ, 2015. -68 c.
9. Горлач, Б.А. Математическое моделирование. Построение моделей и численная реализация / Б.А. Горлач, В.Г. Шахов. - М.: Лань, 2016. - 292 c.
10. Дыховичный, Ю.А. Жилые и общественные здания: краткий справочник инженера-конструктора. Том II / Ю.А. Дыховичный. - СИНТЕГ, 2015. -395 c.
11. ЛИРА-САПР. ПК САПФИР: электронный ресурс. - Режим доступа: https: //csoftomsk.ru/solutions/software/LIRA.html
12. Лисициан, время М.В. вывод Архитектурное взять проектирование выбор жилых взять зданий / всюду М.В. фонд Лисициан. - М.: фонд Архитектура-С, кила 2014. - 488 c.
List of references
1. Adamovich, V.V. Architectural design of public buildings and structures / V.V.
Adamovich, B.G. Barkhin, Va. Varezhkin. □ L .: Stroyizdat; 2nd edition, revised, and add., 2014. □ 543 c.
2. Antoshkin, V.D. Architectural and construction design of large-panel public
buildings: a training manual / V.D. Antoshkin. □ IL, 2015. □ 157 с.
3. Afonin, V.V. Modeling systems: a training manual / V.V. Afonin, S.A. Fedosin.
□ M.: Intuit, 2016. □ 231 c.
4. Belov, V.V. Computer modeling and optimization of compositions of composite
building materials: monograph / V.V. Belov. DM.: DIA, 2015. □ 264 c.
5. Velikovsky, LB Architecture of civil and industrial buildings / L.B. Velikovsky.
□ M.: Media, 2016. □ 343 c.
6. Vyunenko, L.F. Simulation modeling: a textbook and a workshop / L.F.
Vyunenko, M.V. Mikhailov, T.N. Pervozvanskaya. □ Lyubertsy: Yurayt, 2016. □ 283 c.
7. Galeev, E.M. Optimization. Theory, examples, tasks / E.M. Galeev. □ M.:
Lenand, 2015. □ 344 c.
8. Giyasov, B.I. Architectural and structural design of civil buildings: a training
manual / B.I. Giyasov. DM.: DIA, 2015. □ 68 c.
9. Gorlach, B.A. Mathematical modeling. Model building and numerical
implementation / B.A. Gorlach, V.G. Shakhov. □ M.: Doe, 2016. □ 292 c.
10. Dykhovichny, Yu.A. Residential and public buildings: a quick reference to a
design engineer. Volume II / Yu.A. Respiratory. □ SINTEG, 2015. □ 395 c.
11. LIRA-SAPR. PC SAPPHIRE: electronic resource. - Access mode: https : //csoftomsk.ru/solutions/software/LIRA.html
12. Lisitsian, time M.V. conclusion Architectural take design choice residential take
buildings / everywhere MV Lisician Foundation. DM.: Fund Architecture-S, keel 2014. □ 488 c.
13. Орловский, время Б.Я. вывод Архитектура / взять Б.Я. выбор Орловский. - М.: взять Высшая всюду школа; фонд издание фонд 2-е, кила перераб., 2018. - 289 c.
14. Перельмутер, время А.В. вывод Строительная взять механика. выбор Компьютерные взять технологии и всюду моделирование: фонд учебник. / фонд А.В. кила Перельмутер. - М.: сбой АСВ, бремя 2014. - 911 c.
15. Сидоров, В. Н. время Математическое вывод моделирование в взять строительстве / выбор В.Н. взять Сидоров, всюду В.К.
фонд Ахметов. - М.: фонд Издательство кила Ассоциации сбой строительных бремя вузов, 2014. - 336 а 16. Харитонов, В.А. Проектирование,строительство и эксплуатация высотных зданий / В.А. Харитонов. - Вологда: Инфра-Инженерия, 2014. - 351 а
