25 ноября 2011 года компания ПСС провела семинар по расчетам строительных конструкций для проектировщиков и специалистов-расчетчиков зданий и сооружений. Доклады спикеров семинара позволили участникам узнать, что называется из первых уст, много нового и интересного из мира конечно-элементного анализа и практического опыта проектирования конструкций зданий и сооружений.
В первой части семинара директор SCAD Soft (Киев, Украина) Криксунов Эдуард Зиновьевич осветил современное состояние и перспективы развития программного комплекса SCAD для расчета несущих систем зданий и сооружений на всех этапах жизненного цикла, и о реализации требований актуализированных СНиП (Сводов правил), об опыте пользователей по решению сложных расчетных задач. Вышла в свет новая версия системы SCAD Office 11.5, в которой реализованы положения актуализированных нормативных документов (СНиП, СП) Российской федерации по стальным конструкциям. Актуализированные нормы реализованы в следующих программах:
- Вычислительный комплекс SCAD — СП 16.13330.2011, СП 20.13330.2011, СП 14. 13330.2011,
- Программа Кристалл — СП 16.13330.2011,
- Программа Комета-2 — СП 16.13330.2011,
- Программа Вест — СП 20.13330.2011;
- Программа Декор — СП 64.13330.2011;
- Программа Запрос — СП 22.13330.2011, 24. 13330.2011.
Передача пользователям версии SCAD 11.5 с обновленной нормативной базой РФ производится бесплатно, подчеркнул докладчик.
В своем выступлении директор SCAD Soft (Киев, Украина) Криксунов Э. З. подробно продемонстрировал на конкретных примерах в режиме"живого показа" новые функциональные возможности и достоинства новой версии легендарного и популярного программного комплекса под рабочим названием SCAD++ . Весной-летом 2012 ожидается выпуск первого релиза этого нового продукта, существенно переработанного в соответствии с замечаниями и предложениями многочисленной армии пользователей SCAD.
Он отметил, что разработчики старались сохранить всё лучшее и обеспечить преемственность, чтобы опытные пользователи могли продолжать работать в НОВОЙ версии SCAD++ как они привыкли сейчас, без необходимости переучиваться. А все нововведения являются дополнением существующего сегодня интерфейса. Будет поддерживаться работа с файлами формата "spr" начиная со SCAD версии 27; таким образом, пользователи смогут использовать свои данные прежних лет без ограничений.
Основной фокус изменений - облегчение и ускорение работы пользователей, расширение возможности экспорта-импорта данных в конструкторские и расчетные приложения, что важно для работы в современной среде BIM (информационного моделирования зданий и сооружений).
Был показан пилотный вариант новой версии продукта, который в скором времени будет передан доверенным проектным организациям для детального бета-тестирования. Среди новых функций были упомянуты:
- режим табличных данных, позволяющих получить быстрый доступ к информации о конечных элементах и ёё редактирвание
- журнал работы с заданием на расчет
- многооконный режим работы
- ускорение графики за счет прямого доступа к ресурсам видеокарты компьютера
- обновленная команда вычерчивания осей здания
- графический препроцессор ФОРУМ значительно расширен и стал полноценным мощным инструментом описания расчетной модели; можно ввести любые данные, как и в обычном интерфейсе SCAD для работы с КЭ, только для укрупненных конструктивных элементов: стены, перекрытия, колонны, балки, связи и др.
- решатели 32- и 64-разрядные
- новый постпроцессор для углубленного Анализа РСУ
- вывод результатов расчета во всех известных форматах данных САПР в строительстве: DWG, DXF, 3ds, FEMAP, SDNF, IFC и др.
- важной считается работа по обеспечению включения SCAD++ в среду BIM: модель Revit Structure передается в SCAD++ и обратно в формате IFC
- также отмечено, что идет работа над включением анализа с учетом физической нелинейности материалов, но пока нельзя точно определить время выхода этой опции.
Во второй части семинара консультант компании ПСС по ПК МКЭ анализа конструкций SOFiSTiK (www.sofistik.ru) Юрий Минкинен (к.т.н., главный специалист-конструктор проектного отдела строительной компании) представил на семинаре расчетный комплекс SOFiSTiK и модуль для создания геотехнических моделей WinTUBE как эффективное средство для решения сложных геотехнических задач «сооружение-фундамент-основание» как единой модели.
В докладе «Расчет комплекса многоэтажных зданий с паркингом как системы "грунт-сооружение" с помощью ПК SOFiSTiK» специалист поделился практическим опытом выполнения ряда сравнительных расчетов деформаций (осадок) проектируемого для строительства в г.Санкт-Петербург объекта в различных постановках задачи, типично применяемых на стадии «Проект».
Объект представляет собой комплекс из пяти сооружений, разделённый на два корпуса. Первый корпус – 24-этажный монолитно-кирпичный жилой дом (свайный фундамент) с пристроенным одноэтажным заглублённым паркингом (плитный фундамент). Второй корпус – 20-этажный монолитно-кирпичный жилой дом (свайный фундамент) с пристроенным одноэтажным заглублённым паркингом из двух деформационных блоков (плитные фундаменты). Корпуса находятся в непосредственной близости (12-19 метров) и неизбежно влияют друг на друга. Очевидна необходимость геотехнического обоснования проекта.
Выполнена сравнительная оценка результатов геотехнических расчётов в четырёх различных по детализации постановках задачи, отражающих типичные подходы проектировщика к решению вопроса о геотехническом обосновании объекта:
- Геотехнический расчёт комплекса зданий и паркингов как единой пространственной модели «здание-грунт-основание» в физически нелинейной постановке с учётом поэтажной последовательности возведения как каждого сооружения, так и последовательности возведения очередей всего комплекса. В грунтовом массиве сформировано предварительное напряжённо-деформированное состояние, и выполнен пошаговый расчёт по последовательно-параллельному возведению этажей многоэтажных зданий и элементов конструкций паркингов с учётом долей развития осадок. Результатом стали нарастающие долевые значения осадок многоэтажных зданий на каждом шаге и соответствующие им нарастающие деформации паркингов. Реализация конструирования по таким результатам представляется более правильной по сравнению с результатами по моделям задач 2, 3, 4.
- Геотехнический расчёт комплекса зданий и паркингов как единой пространственной модели «здание-грунт-основание» в физически нелинейной постановке с учётом последовательности возведения очередей строительства. В грунтовом массиве сформировано предварительное напряжённо-деформированное состояние, и выполнен пошаговый расчёт по очередям (первый шаг – появление 20-24-этажных зданий, второй шаг – появление паркингов). Результатом стали полные значения осадок многоэтажных зданий на первом шаге и соответственно близкие к нулевым осадки паркингов на втором шаге. Реализация конструирования по таким результатам была бы неверна, т.к. несмотря на общую модель взаимное влияние практически не определено.
- Расчёт комплекса зданий и паркингов как единой пространственной модели «здание-грунт-основание» в физически нелинейной постановке без учёта последовательности возведения. В грунтовом массиве сформировано предварительное напряжённо-деформированное состояние, и выполнен расчёт «единовременно» расположенных зданий и паркингов. Результатом стали максимальные из всех четырёх моделей значения усилий и деформаций, реализация конструирования по которым неверна теоретически, не может быть обоснована экономически и проблематична технически.
- Расчёты сооружений из состава комплекса как обособленных моделей на грунтовом массиве (без учёта взаимного влияния) в физически нелинейной постановке. В грунтовом массиве сформировано предварительное напряжённо-деформированное состояние, и выполнен независимый расчёт паркингов. Результатом стали минимальные из всех четырёх моделей значения усилий и деформаций, реализация конструирования по которым была бы неверной.
Сравнение результатов расчётов показывает существенное различие общего уровня и характера распределения усилий и деформаций (осадок и их неравномерностей) для объектов в составе комплекса в зависимости от постановки задачи и от степени детализации фактора последовательности возведения.
Постановка задач 2, 3, 4 отражает реализуемые на практике многими проектировщиками попытки «геотехнического обоснования» своих объектов путём расчёта одной системы большой размерности, исходя из возможностей имеющихся у них в наличии программных средств. Программ, решающих локальные задачи конструирования, но попросту не предназначенных для решения геотехнических задач.
Другой крайностью является использование так называемой «двухступенчатой» технологии расчёта сооружения: сначала – расчёт сооружения в некой конструкторской программе на условно-упрощённых абстрактных опорах и получение усилий в них; затем – усилия в фиктивных опорах переносятся на «пятно» фундамента здания в геотехническую программу и выполняется расчёт средней осадки. Принципиальным заблуждением является сам подход к определению усилий в условных опорах без учёта деформаций несущей системы здания на грунтовом массиве, что даёт неверное распределение этих самых усилий и сводит ценность подобного расчёта к нулю.
Следует учитывать, что практически любой автоматизированный расчёт осуществляется численно (приближённо) и построен на реализации метода перемещений. Это значит, что рассчитываемые УСИЛИЯ В КОНСТРУКЦИЯХ (и подбираемое по ним армирование) определяются ДЕФОРМАЦИЯМИ СИСТЕМЫ. Соответственно неверно поставленная задача (например – отказ от моделирования грунтового массива и применение условных податливых опор, отказ от проведения расчётов с нелинейными моделями поведения материалов и грунтов, отказ от учёта влияния зданий друг на друга, и иногда пренебрежение учётом последовательности возведения) даёт неверные результаты по деформациям, усилиям и армированию.
Исключительно важен вопрос адекватного моделирования массива грунтового основания – реалистичного моделирования геометрии сложения слоёв грунта и правильного задания физико-механических характеристик грунтов. Геотехнический модуль «WinTUBE» является мощным препроцессором для моделирования трёхмерных грунтовых массивов сложной геометрической структуры с возможностью учёта в математическом аппарате расчётной модели широкого спектра характеристик грунтов для линейных и нелинейных расчётов.
Другим важным вопросом является степень детализации этапов последовательного возведения объектов комплекса в части оценки их взаимовлияния. Важно не только абстрактно понимать, что у зданий и сооружений осадки и их неравномерности не возникают единовременно, а процесс их развития существенно растянут во времени, но и максимально приблизить постановку задачи в исследуемой геотехнической модели к этому обстоятельству. Поэтому «крайние» постановки задачи (как расчёт комплекса «единовременно возникших» на грунтовом массиве зданий и сооружений, так и расчёт «обособленных моделей» зданий и сооружений) дадут разные по значению, но одинаково неверные по сути, результаты. Поэтому заведомо принципиально неверными будут любые попытки расчётов взаимовлияния поочерёдно (не единовременно) возводимых объектов в линейной постановке задачи. Правильным подходом будет являться учёт некоторой доли развития осадок одних объектов до момента начала возведения других. Именно адекватность оценки указанных долей осадок и представляет собой наибольшую научную сложность и наибольший практический интерес. Оценка нарастающей во времени величины осадки может производиться на стадии «Проект» на основании различных реологических моделей (и здесь важно соответствие математического аппарата реологической модели грунтам конкретного участка строительства), либо на стадии строительства объекта доля осадки конкретного сооружения может определяться непосредственными измерениями в рамках геотехнического мониторинга и сопровождения.
Степень влияния детализации в модели процесса поэтажной последовательности возведения элементов каждого здания на напряжённо-деформированное состояние несущей конструкции напрямую зависит от степени жёсткости конструктивной схемы самого здания. Так, для многоэтажного здания с жёсткой конструктивной схемой (перекрёстно-стеновая монолитная система) характерно малое развитие внутренних деформаций во времени в общем, а тем более за время строительства, поэтому поэтажная детализация последовательного возведения стен и плит перекрытий типовых этажей представляется малообоснованной. Для сооружений с нежёсткой конструктивной схемой (система несущих колонн, связей, диафрагм) напротив - характерно существенное изменение характера напряжений и значимое развитие деформаций даже за время строительства, поэтому подробная поэтажная детализация последовательного возведения элементов имеет, наряду с вопросом влияния окружающей застройки, решающее значение для моделирования адекватного уровня напряжений в конструкции.
Очевидна польза от всестороннего исследования различных моделей поведения грунта и от решения задач в различной их постановке (не ограничиваясь единственной расчётной схемой), сравнение результатов расчётов между собой. Важен обмен опытом решения различных геотехнических задачи и дискуссии о том, к каким типам грунтов применение каких физических моделей более оправданно. Необходим геотехнический мониторинг сложных объектов для оценки соответствия расчётных и практических значений осадок и их неравномерностей.
Эффективное и грамотное решение сложных геотехнических задач на этапе проектирования объекта обеспечивает расчётный комплекс SOFISTIK
