книги / Основы автоматизации проектирования в строительстве

ЛЕКЦИЯ 11

ПРИКЛАДНОЕ ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ.

ПРОГРАММЫ АВТОМАТИЗАЦИИ РАСЧЕТОВ

СТРОИТЕЛЬНЫХ ОБЪЕКТОВ

Вданном разделе рассматриваются современные программные средства автоматизации прочностных расчетов строительных объектов: строительных конструкций и оснований (САЕ-системы), которые в настоящее время при постоянном усложнении технологий, сокращении сроков, требуемых для решений различных задач, стано­ вятся важной и неотъемлемой частью процесса проектирования. Возможность широко распространять в проектных организациях наиболее прогрессивные методы расчетов, которые сопровождаются непрерывным обновлением в САПР математических моделей, пре­ допределяет высокую эффективность систем автоматизированного проектирования. Даже небольшая проектная организация имеет воз­ можность применять самые современные и эффективные методы расчетов, приобретая системы автоматизированного проектирования

уорганизаций -разработчиков САПР.

Внастоящее время условно можно выделить два направления разработки программных средств для проведения расчетов и проек­ тирования строительных конструкций и оснований:

1.Программы автоматизации инженерных методов расчета, реализованных в строительных нормах и правилах;

2.Интегрированные системы прочностного анализа с исполь­ зованием современных численных методов.

§1. П р о г р а м м ы а в т о м а т и з а ц и и и н ж е н е р н ы х

М ЕТО ДО В РА С ЧЕТА , РЕАЛ ИЗО ВА ННЫ Х В СНиП

Данное направление на современном этапе представлено про­ граммами: NormCAD, ESOP, СпИн, ПРУСК, Кристалл, Арбат, Камин, Вест и другими.

NormCAD - пакет прикладных программ, разработанный фир­ мой «САПРОТОН», который позволяет по методикам СНиПа, СН, ГОСТу, ТУ и другим нормативным документам выполнять сле­ дующие виды расчетов:

♦расчет стальных конструкций,

♦расчет железобетонных конструкций,

♦расчет каменных и армокаменных конструкций,

♦расчет свайных фундаментов,

♦теплотехнический расчет,

атакже производить подготовку проектной документации для представления заказчику и в органы экспертизы.

Основное достоинство программы заключается в способе вы­ вода результатов расчета. NormCAD не ограничивается показом только итоговых результатов, а расчет выполняется в виде отчета — текстового документа в формате Word, который включает: формулы, по которым проводился расчет (как в символьном виде, так и с под­ становкой значений); ссылки на номера формул и пункты в СНиПе; условия расчета; комментарии; перевод единиц измерения; графи­ ческие иллюстрации. Это дает возможность легко проконтролиро­ вать программу на любой стадии расчета.

Другие перечисленные выше программы входят составными частями в разные интегрированные программные комплексы и могут функционировать как в составе этих вычислительных комплексов, так и использоваться независимо от них.

ESO P - модуль интегрированной системы инженера-проекти- ровщика ROBOT office (фирмы ROBOBAT —Франция), представ­ ляющей собой многоцелевое программное обеспечение для инже­ нерных расчетов. ESO P - мастерская инженера-проектировщика, работающая в среде MS EXCEL, (электронный технический справоч­ ник со множеством примеров). В ней реализованы: статический рас­ чет конструкций (железобетонных, деревянных и стальных ферм), механика грунтов, акустика, кондиционирование воздуха, электриче­ ство и другие методики СНиПа.

СпИн и ПРУСК - модули системы сквозного проектирования фирмы «ЕВРОСОФТ».

СпИн - электронный справочник-калькулятор для проектиров­ щиков и инженеров-строителей, который обеспечивает определение характеристик, расчеты по методикам СНиПа. Содержит гипертек­ сты по теоретическим разделам математики и строительной механи­ ки, визуализацию электронных карт. Предоставляет пользователю следующие функциональные возможности для расчетов:

♦железобетонных конструкций по СНиП 2.03.01-84*, нормам DIN и Eurocode 2;

♦деревянных конструкций по СНиП П-25-80;

♦стальных конструкций по СНиП П-23-81 *;

♦каменных конструкций по СНиП П-22-81;

♦оснований зданий и сооружений по СНиП 2.02.01-83*;

♦нагрузок и воздействий по СНиП 2.01.07-85*;

♦математических.

П РУСК - пакет программ для проектирования и расчетов элементов строительных конструкций в точном соответствии с действующими нормами. Программа предназначена для расчетов

иконструирования:

♦железобетонного сечения произвольной формы;

♦железобетонной балки, в том числе с учетом продольной силы и крутящего момента, с учетом сейсмики и пульсации ветра;

♦железобетонной колонны, в том числе расчет по деформиро­ ванной схеме с учетом нелинейной работы бетона, с учетом сейсми­ ки и пульсации ветра;

♦системы железобетонных плит;

♦железобетонной сваи, в том числе расчёт на вертикальную силу и на совместное действие вертикальной и горизонтальной сил

имомента;

♦расчет оснований.

Кристалл, Арбат, Камин, В ест - проектно-аналитические модули интегрированного программного комплекса SCAD Office, предназначенные для экспертизы и расчета элементов стальных, железобетонных, каменных и армокаменных конструкций, опреде­ ления нагрузок и воздействий на конструкции по соответствующим

методикам СНиПа. Это программы, представляющие собой элек­ тронные справочники, рабочий инструмент инженера-конструктора, предназначенный для выполнения проверок принимаемых конст­ руктивных решений на соответствие требованиям СНиПа.

§2. И н т е г р и р о в а н н ы е с и с т е м ы п р о ч н о с т н о г о а н а л и з а

В настоящее время количество конкурирующих между собой программных комплексов (ПК) для выполнения прочностного ана­ лиза и проектирования строительных объектов измеряется уже сот­ нями. В них реализован МКЭ, включены разные библиотеки конеч­ ных элементов и разные методы решения разрешающей системы алгебраических уравнений; во многих имеются конструирующие подсистемы, в которых реализованы стандарты и нормы того ре­ гиона, для которого специалист ведет проектирование; некоторые из них направлены на решение узкой научной проблемы. Большин­ ство из них имеют информационную связь с CAD-системами и мо­ дульный принцип построения.

В табл. 11.1 приведен далеко не полный перечень «промыш­ ленных» программных комплексов для массового применения. Но это ПК, имеющие наибольшее применение в Российской Феде­ рации и в нашем регионе, которые могут представлять интерес для специалиста, профессионала, деятельность которого лежит в облас­ ти расчета и проектирования строительных конструкций. Большин­ ство ПК носит коммерческий характер, поэтому в таблице приведе­ ны адреса web-сайтов, обращение к которым позволит выяснить необходимые подробности.

Все программные комплексы условно разделены на 2 группы:

специализированные и универсальные ПК

Специализированные ПК ориентированы на проектирование определенного класса конструкций или процессов (в нашем слу­ чае строительных объектов в соответствии со строительными стандартами и нормами). Для специализированных ПК характерны: а) высокая эффективность решения задач рассматриваемого класса; б) простая логическая структура.

В табл. 11.1 приведен также набор сравнительных характери­ стик, содержащих следующую информацию:

Полнота библиотеки конечных элементов - эта характеристи­ ка важна для ПК, т.к. класс решаемых задач (стержневые, пластин­ чатые, трехмерные системы) должен быть достаточно представи­ тельным.

Физическая и геометрическая нелинейность - эта характери­ стика ПК также очень важна, т.к. компьютерное моделирование реальных строительных объектов должно быть максимально при­ ближено к действительной работе материалов (трещинообразование и ползучесть бетона, кирпичной кладки существенное измене­ ние геометрии под нагрузкой для высотных зданий и конструкций типа вантовых покрытий, мембран и т.п.).

Конструирующие системы - железобетон и металл - для проектирования строительных конструкций очень важно, чтобы ПК автоматизировал не только статический и динамический расчет, но и ряд операций, связанных с проектированием железобетонных и металлических конструкций (подбор и проверка сечений, выдача рабочих чертежей и т.п.).

Суперэлементы - реализация суперэлементного подхода в на­ стоящее время имеет большое значение в расчетах сложных конст­ рукций (например, каркасов высотных зданий, большепролетных покрытий, структурных конструкций и т.п.); получается большераз­ мерная конечноэлементная модель, с которой самые мощные вычис­ лительные средства не всегда могут оперативно работать. Метод суперэлементов позволяет вести расчет сложной конструкции путем деления ее на отдельные части (подструктуры) и объединения или «сращивания» их в общий ансамбль как ряд суперэлементов.

Монтаж - наличие этой процедуры в настоящее время вызыва­ ет большой интерес у специалистов, т.к. процесс возведения сложно­ го сооружения связан с многостадийным изменением конструктив­ ных схем. Причем каждая стадия возведения может быть опреде­ ляющей для того или иного конструктивного элемента.

Безусловно, набор сравнительных характеристик ПК недоста­ точно полон, и поэтому далее рассмотрим некоторые программные комплексы, традиционно используемые во многих проектных орга­ низациях для расчета сгроительных сооружений, подробнее.

1. В ы ч и сл и т ел ь н ы й к ом п л ек с Л и р а -W in d ow s

ПК «ЛИРА-Windows» - многофункциональный программный конечно-элементный комплекс для расчета, исследования и проек­ тирования строительных конструкций различного назначения: вы­ сотных зданий, покрытий и перекрытий больших пролетов, под­ порных стен, фундаментных массивов, каркасных конструкций промышленных цехов, отдельных элементов (колонн, ригелей, ферм, панелей) и других.

Вычислительный комплекс обеспечивает исследование широ­ кого класса конструкций: пространственные стержневые системы, произвольные пластинчатые и оболочечные системы, мембраны, массивные тела, комбинированные системы - рамно-связевые кон­ струкции высотных зданий, плиты на грунтовом основании, ребри­ стые пластинчатые системы, многослойные конструкции.

Расчет выполняется на статические и динамические нагрузки. Статические нагрузки моделируют силовые воздействия от сосре­ доточенных или распределенных сил и моментов, температурного нагрева и перемещений отдельных областей конструкции. Динами­ ческие нагрузки моделируют воздействия от землетрясения, пуль­ сирующего потока ветра, вибрационные воздействия от технологи­ ческого оборудования, ударные воздействия.

Исследуемые объекты могут иметь произвольные криволи­ нейные очертания, локальные ослабления в виде различной формы отверстий и полостей, различные условия опирания.

Jlwpb-Windows - модульная система, состоящая из подсистем или модулей, приведенных в табл. 11.2.

Расчетный процессор реализует современные усовершенство­ ванные методы решения систем уравнений с учетом их ленточной структуры {метод Гаусса, фронтальный метод, обеспечивающий параллельную обработку системы уравнений, т.е. вычисление ос­ новных неизвестных не порознь, а группами и др.). Если большая размерность матрицы приводит к ее плохой обусловленности и не­ возможности достичь удовлетворительной точности решения сис­ тем уравнений, то для снятия этой проблемы предоставляется воз­ можность применить суперэлементное моделирование.

ПК «ЛИРА» поддерживает информационную связь с другими широко распространенными CAD-CAE системами, такими как AutoCAD, ArchiCAD, HyperSteel, Allplan, МОНОМАХ и другими.

ПК «ЛИРА» непрерывно развивается. Происходит адаптация к новым операционным системам, техническим платформам и тре­ бованиям информационных систем. Совершенствуются конструи­ рующие системы комплекса и обновляется применяемая норматив­ ная база.

2, Проектно-вычислительный комплекс Structure CAD для Windows (SCAD Office)

Вычислительный комплекс SCAD - универсальная вычисли­ тельная система, предназначенная для прочностного анализа строи­ тельных конструкций различного назначения на статические и ди­ намические воздействия, а также для выполнения ряда функций проектирования элементов конструкций. Это система нового поко­ ления, разработанная инженерами для инженеров и реализованная коллективом опытных программистов (г. Киев), представляет собой дальнейшее развитие программы ЛИРА, реализована как интегри­ рованная система прочностного анализа и проектирования строи­ тельных конструкций на основе метода конечных элементов. В ос­ нову комплекса положена система функциональных модулей, свя­ занных между собой единой информационной средой. Это дает возможность сформировать для каждого пользователя такую кон­ фигурацию SCAD, которая максимально отвечает его потребностям по классу решаемых задач.

SCAD включает развитую библиотеку конечных элементов для моделирования стержневых, пластинчатых, твердотельных и комби­ нированных конструкций, модули анализа устойчивости, формирова­ ния расчетных сочетаний усилий, проверю! напряженного состояния элементов конструкций по различным теориям прочности, определе­ ния усилий взаимодействия фрагмента с остальной конструкцией, вычисления усилий и перемещений от комбинаций загружений.

В настоящее время SCAD Office - это набор программ (табл. 11.3), которые могут как обмениваться информацией, так

и работать независимо. Система постоянно развивается, совершенст­ вуются интерфейс пользователя и вычислительные возможности, включаются новые проектирующие компоненты.