Конструкции из «синего камня»
Аббревиатура САПФИР (др.греч. σaπεζρος — синий камень) расшифровывается так: Система Автоматизированного Проектирования Формообразования И Расчета. Система САПФИР предоставляет дополнительные функции к системе ВИЗОР-САПР: возможность работы с архитектурной моделью и автоматическое превращение ее в конечно-элементную расчетную схему, а также выполнение рабочих чертежей с получением спецификаций и ведомостей расхода материалов. Напомним еще раз, что эта система входит во все ценовые конфигурации ПК ЛИРА-САПР без дополнительной платы.
Основная последовательность создания расчетной схемы в САПФИР:
- Создание архитектурных элементов.
- Генерация их идеализированного представления — аналитической модели (пластин из плит и стен, стержней из колонн и балок, нагрузок из помещений и перегородок).
- Доводка модели: корректировка геометрии, нахождение пересечений, набрасывание конечно-элементных сеток, приложение нагрузок и закреплений.
- Сохранение для ПК ЛИРА-САПР.
Создавать архитектурную модель можно инструментами САПФИР с чистого листа или импортировать из различных архитектурных и прочих программ (см. рис. 1 - Часть 1). Например, удобно использовать «подложку» — плоский чертеж из «AutoCAD» (DXF, DWG) или хотя бы обычный растровый рисунок либо импортировать готовую трехмерную модель в формате IFC (из Revit, ArchiCAD, Allplan и др.). Архитектурная модель создается из следующих объектов: строительная ось, стена, плита перекрытия, колонна, балка, различные лестницы, крыши и поверхности. Колонна может иметь капитель разной формы, а плита — отверстия и участки другой толщины (рис. 2 и 3).
Рис. 2. Создание стены по дуге (создание элементов архитектурной модели возможно как на планах, так и в трехмерном пространстве)
Рис. 3. Создание кинематических поверхностей в САПФИР
После построения архитектурной модели необходимо извлечь из ее элементов их идеализированные представления, то есть построить аналитическую модель здания. Для этого в САПФИРе предназначен режим Конструирование. В аналитической модели несущие элементы (перекрытия, колонны и др.) становятся пластинами и стержнями, ненесущие элементы (перегородки, ограждающие стены, жилые пространства) — нагрузками или, по желанию пользователя, могут быть вовсе проигнорированы.
Рис. 4. Архитектурная модель "аналитическая модель" конечно-элементная расчетная схема
Основные инструменты для доводки аналитической модели:
- инструмент Дотягивание убирает из аналитической модели узкие перешейки, щели между непараллельными элементами, консоли и прочую излишнюю детализацию, которая может повредить качеству конечно-элементной сетки. Так, на рис. 4 команда Дотягивание удалила консольный край плиты;
- инструменты для выравнивания позволяют сделать выбранные элементы вертикальными, горизонтальными, расположить все выбранные элементы в одной усредненной плоскости или «выровнять по образцу», то есть спроецировать одни элементы на плоскость других;
- инструмент Пересечение создает общие узлы и линии у пересекающихся элементов аналитической модели, чтобы конечно-элементные сетки несущих элементов сооружения имели общие узлы, то есть работали совместно;
- инструменты генерации конечно-элементных сетей позволяют управлять процессом, выбирая метод и шаг триангуляции. Для разных элементов конструкций могут быть выбраны разные параметры;
- инструменты создания нагрузок позволяют задавать нагрузки независимо от положения несущих элементов конструкции (элементы, к которым будут приложены нагрузки, автоматически отыскиваются только в момент записи расчетной схемы для ВИЗОР-САПР). Кроме того, нагрузки могут автоматически создаваться во время генерации аналитической модели из архитектурной. Так, на рис. 4 наружная ограждающая стена, заданная в архитектурной модели, преобразовалась в погонную нагрузку. Нагрузки могут быть разнесены по разным загружениям;
- инструменты наложения связей и коэффициентов постели упругого основания позволяют задавать граничные условия;
- инструменты диагностики помогают выявлять неточности МКЭ-модели, например коллизии — когда два объекта занимают один объем в пространстве, или «бесхозные» нагрузки — нагрузки, для которых невозможно определить, к какому элементу они приложены. Диагностика позволяет также оценить качество полученной конечно-элементной сетки, то есть найти вырожденные конечные элементы.
Обзор основных возможностей системы по созданию расчетных схем в САПФИРе не будет полным, если не упомянуть о ряде уникальных «остро заточенных» инструментов, которые делают работу особенно приятной. Это автоматическое создание ветровых нагрузок, моделирование последовательности возведения МОНТАЖ и создание абсолютно жестких тел.
Ветровая нагрузка автоматически генерируется согласно СНиП 2.01.0785 «Нагрузки и воздействия». Силуэт здания проецируется на плоскость, перпендикулярную направлению ветра. Для каждого междуэтажного перекрытия определяется грузовая площадь в зависимости от высоты этажа (грузовые площади показаны заштрихованными областями на рис. 5б). С грузовой площади на ребро каждого перекрытия собирается ветровая нагрузка. Сгенерированные ветровые нагрузки прикладываются к аналитической модели (рис. 5в). На здание может быть задано сколько угодно ветровых нагрузок.
Рис. 5. Автоматическая генерация ветровой нагрузки в САПФИР-КОНСТРУКЦИИ:
а — проецирование силуэта здания на плоскость, перпендикулярную направлению ветра;
б — определение грузовых площадей;
в — приложение собранной ветровой нагрузки к перекрытиям
МОНТАЖ в САПФИРе. В режиме Конструирование САПФИРа (САПФИР-КОНСТРУКЦИИ) реализован новый подход к заданию последовательности возведения конструкции: введено понятие монтажное событие — это возведение или демонтаж некоторой части здания (совокупности элементов аналитической модели). Событием может быть как монтаж или демонтаж несущих конструкций, так и приложение или снятие нагрузки. Одно или несколько монтажных событий, следующих друг за другом, образуют стадию монтажа, которая передается в ПК ЛИРА-САПР. События можно генерировать как автоматически, например включив в одно событие все элементы одного этажа, или вручную, исключая и добавляя в активное событие выделенные элементы. Процесс возведения конструкции можно раздробить на достаточное количество монтажных событий, чтобы потом, объединяя их в стадии, получить в результате расчетную схему с оптимальным числом стадий монтажа. Подсистема Монтаж в САПФИРе предоставляет удобные и наглядные интерактивные инструменты для задания монтажных стадий, анимацию монтажа (визуальный контроль последовательности возведения), автоматический сбор нагрузок от собственного веса элементов конструкции для каждой стадии монтажа и, наконец, автоматическое формирование монтажных таблиц в терминах ЛИРА-САПР, а в их числе — стадийных и дополнительных монтажных загружений.
Создание абсолютно жестких тел (АЖТ) — следующая возможность, которая включена в САПФИР-КОНСТРУКЦИИ. Назначение АЖТ - в некоторой степени компенсировать погрешности, вносимые упрощениями физической модели, принятыми при построении расчетной схемы. Так, плиту или стену принято заменять для расчета на двумерную пластину, а колонну или балку — на одномерный стержень. АЖТ сокращает перемещения (за счет увеличения жесткости сопряжения элементов конструкций), устраняет концентрации напряжений, то есть делает модель более адекватной своему реальному трехмерному прообразу. Подчеркнем, что САПФИР-КОНСТРУКЦИИ позволяет автоматически генерировать АЖТ на произвольно ориентированных элементах. Для того чтобы сформировать АЖТ, достаточно установить стержню или пластине аналитической модели флажок АЖТ в перпендикулярных элементах и выполнить команду Найти пересечения. После передачи расчетной схемы в ПК ЛИРА-САПР в местах пересечений образуются АЖТ (рис. 6).
Рис. 6. Формирование абсолютно жестких тел в САПФИР-КОНСТРУКЦИИ
Авторы: Дмитрий Медведенко, ведущий инженер-программист компании «ЛИРА САПР» (г. Киев), Роман Водопьянов, главный инженер компании «ЛИРА Сервис» (г. Москва)
Заметили ошибку? Выделите ее и нажмите Ctrl+Enter, чтобы сообщить нам.
Комментарии