Лидер в Стратегическом консалтинге
и цифровизации бизнес-процессов
Организаций Строительной отрасли
и цифровизации бизнес-процессов
Организаций Строительной отрасли
АО «ИТП» (Институт Технологий Преднапряжения, Москва) – проектная организация, которая занимается разработкой проектной, нормативной и технологической документации, а также оказывает услуги по техническому сопровождению, строительным лабораторным испытаниям и консультационные услуги компаниям, специализирующимися на строительстве объектов с применением систем предварительного напряжения конструкций.
Потребность в программном обеспечении для расчета предварительно напряженных конструкций зданий и мостов была связана с выделением группой компаний СТС в 2017 году отдельной бизнес-единицы – «Института технологий преднапряжения». Организация начала искать программное обеспечение, которое бы позволяло не только эффективно решать задачи расчета, но и было бы максимально универсальным.
Выбор решения для МКЭ анализа конструкций был непростым. Компания планировала разрабатывать разнообразные проекты конструкций. Самые распространенные сооружения, для которых требуются расчеты преднапряжения, это мосты. Они линейные, характеризуются большой длиной пролетов, а их поперечные размеры гораздо меньше длины. Но в компании понимали, что мостовые проекты не будут составлять 90 % заказов.
Резервуар для хранения СПГ
Второе направление – это плоскостные конструкции и сооружения, т.е. перекрытия офисных зданий, торгово-развлекательных комплексов, отелей и т.п.
«Они характеризуются тем, что их необходимо рассчитывать не в стержневой расчетной схеме – требуется применять плоскостные элементы. При этом архитекторы обычно не стесняются: форма плиты в плане может быть совершенно произвольной, и распространены не только прямолинейные, но и выпуклые, скругленные конструкции, с углами. Полет фантазии архитекторов ничем не ограничен.»
Ренат Тулумбаев
Главный инженер проектов АО «ИТП»
При этом часть программ, которые можно было использовать для расчета мостов, либо в принципе не позволяли рассчитывать преднапряжение в случае со зданиями, либо с их помощью было очень неудобно моделировать конструкции таких объектов.
Также имелась перспектива работы по таким объектам, как резервуары для сжиженного природного газа или защитные оболочки атомных станций. Форма подобных резервуаров конструктивно сложная. Это сооружение диаметром 60 м и высотой 40 м. И арматура с предварительным напряжением располагается не просто по периметру – она еще и отгибается в вертикальной плоскости. Так что в этом случае расчеты нужно вести с учетом пространственного размещения напрягаемой арматуры: здесь не подходит ни линейная схема, где в основе стержневые элементы, ни плоскостная расчетная схема, которая используется для перекрытий в здании – необходимо работать в 3D.
«Выстраивая стратегию развития, мы искали программный комплекс МКЭ анализа, который хорошо считает и мосты, и здания, и любые пространственные конструкции с преднапряжением. Вишенкой на торте были вантовые системы – СТС планировала заниматься и ими. Все это означало необходимость выполнять большое количество расчетов конструкций – в том числе для сопровождения самой технологии выполнения строительных работ. Так что требования к программному комплексу у нас были весьма серьезными.»
Максим Марченко
Директор по проектированию АО «ИТП»
Ледовый дворец в г.Екатеринбурге
Процесс поиска решения тоже оказался нетривиальным: специалисты проанализировали все присутствовавшие на рынке программные пакеты и сравнили их преимущества и недостатки. Для работы с плоскостными и пространственными сооружениями можно было выбрать несколько программных пакетов, но в большинстве своем это были МКЭ программы общего применения, распространенные в сфере машиностроения, а не адаптированные для задач строительства. Ряд комплексов был отсеян из-за отсутствия удобного внутреннего языка программирования.
В результате выбор был сделан в пользу ПК SOFiSTiK, так как данное МКЭ решение адаптировано для анализа строительных конструкций, в нем оказалось работать проще, удобнее и быстрее.
«К тому же в ПК SOFiSTiK удобно задавать параметры предварительного напряжения конструкций, технологически хорошо учтены важные для конструктора нюансы, поэтому не надо придумывать способ для моделирования. Поэтому, хотя в скорости моделирования SOFiSTiK некоторым импортным программным комплексам уступает, для нас он оказался оптимальным.»
Максим Марченко
Директор по проектированию АО «ИТП»
Партнером по адаптации и внедрению «Института технологий преднапряжения» стала инженерно-консалтинговая компания ПСС ГРАЙТЕК, специалист которой провел углубленное обучение инженеров, осуществил настройки программы к требованиям заказчика.
«Компания ИТП приобрела в своё время программный комплекс SOFiSTiK 2018 года, многие модули и инструменты выглядели тогда непривычно, не так как в актуальной версии SOFiSTiK 2023. Академичный и строгий интерфейс SOFiSTiK 2018 поначалу вызывал некоторые сложности в его освоении. В связи с этим мы еще на старте проекта решили, что для быстрого и углубленного освоения возможностей анализа в данном продукте нам необходимы как первичное обучение работе с программой, так и совместная работа над проектом конструкции с опытным сотрудником-ментором. Такая возможность нам была предоставлена компанией ПСС ГРАЙТЕК, что позволило успешно и в срок выполнить все необходимые расчеты преднапряженных конструкций.»
Максим Марченко
Директор по проектированию АО «ИТП»
Отметим, что начиная с версии SOFiSTiK 2020 в программе доступен современный ленточный интерфейс, как и в большинстве ПК МКЭ анализа конструкций.
Обучение специалистов ИТП было разбито на четыре этапа. Первый предполагал базовое освоение функционала решения группой специалистов института. Второй – специализированным: он был посвящен расчетам преднапряжения мостов. Третий снова был базовым, но уже для других сотрудников. Последний был максимально персонализированным и углубленным: его программа была основана на тех вопросах, которые накопились у сотрудников за время использования программного продукта – это эксклюзивная практика для SOFiSTiK. До сих пор специалисты ПСС ГРАЙТЕК в рамках технологического сопровождения тесно взаимодействуют с ИТП и дают разъяснения в случае такой необходимости.
Научно-космический центр им. Хруничева
Сейчас институт использует SOFiSTiK при работе над разнообразными и зачастую весьма сложными объектами. Один из них – высотное более чем 60-этажное общественное здание.
«Мы получили заказ вместе с СТС не только просчитать балки, чтобы они держали это здание, но и осуществить поставку строительных материалов, выполнить непосредственно строительно-монтажные работы. Особенность конструкции здания была в том, что по двум сторонам здания из четырех по периметру полностью убрали колонны, т.е. более 60 этажей стоят на трансферных балках высотой в этаж. Трансферная конструкция очень объемна, потому что на ней стоит все здание, к тому же здесь была применена сложная прямолинейная форма преднапряжения, а при расчете пучков преднапряжения важно было учесть стадийность возведения конструкции.»
Ренат Тулумбаев
Главный инженер проектов АО «ИТП»
По его словам Рената Тулумбаева, стадийность возведения предполагала такую схему работы: построили одну треть этажей – натянули пучки, построили еще часть этажей – снова натянули. Поэтому требовалось, чтобы программный комплекс позволял рассчитать преднапряжение с учетом ползучести и усадки бетона и многих других параметров.
«В такой ситуации мало какая другая программа, кроме SOFiSTiK, смогла была справиться: моделировать пришлось все здание, все колонны, все стены, чтобы собрать правильную нагрузку на трансферные конструкции.»
Ренат Тулумбаев
Главный инженер проектов АО «ИТП»
Работы над проектом велись около года и предполагали огромное количество итераций, поскольку трансферные конструкции пересекались с вышележащими колоннами, с перекрытиями различных уровней. Так что приходилось перемещать элементы, чтобы найти правильный оптимальный вариант, контролировать перемещения на верхних этажах. На данный момент объект в завершающей стадии строительства.
Еще одна любопытная сфера применения – вантовые мосты: сейчас в России два моста строятся на системе СТС, а «Институт технологий преднапряжения» осуществляет расчетное сопровождение. Ванты – это прямолинейные кабели, которые от высоких опор идут к пролету моста. Такая линия состоит из отдельных канатов (до 91 каната в одной ванте), и каждый из них необходимо монтировать по одному и натягивать.
«Когда натянули один канат и начинают натягивать второй, то узлы крепления первого сдвигаются друг к другу и величина преднапряжения в пучке ослабевает. И с каждым следующим канатом всё меняется. Необходимо добиться того, чтобы усилия во всех канатах были одинаковы. При этом надо учитывать, что канат – это не жесткий, а гибкий элемент, он провисает. Поэтому необходимо так рассчитать усилия натяжения канатов, чтобы при натяжении каждого следующего усилия в предыдущих падали, но в конце получились те показатели, которые заданы основным проектировщиком. Т.е. произвести эти расчеты зачастую сложнее, чем рассчитать сам вантовый мост – и мы успешно их выполняем в ПК SOFiSTiK.»
Владислав Горячкин
Руководитель отдела расчетов АО «ИТП»
Мост через р.Зею в г.Благовещенске
Мост через р.Оку в г.Муроме (трасса М-12)
К тому же в случае с вантовыми конструкциями надо просчитывать и то, как ванты колеблются от ветра: необходимо ставить демпферы, которые будут этому препятствовать. Т.е. требуется выполнять еще динамические нелинейные расчеты – институт разработал свою пошаговую методологию использования для этого SOFiSTiK.
Эксперт института уверен, что выбор в пользу программного комплекса МКЭ анализа конструкций SOFiSTiK полностью оправдал себя. Конечно, общепромышленные программные комплексы КЭ анализа могли бы с ним конкурировать, но только в решении отдельных задач. Для остального же пришлось бы дополнительно покупать другие программные продукты. К тому же SOFiSTiK решает и много других задач конструкторов и проектировщиков. Например, для составления отчетов и расчетных записок сотрудники института сделали свои шаблоны и формы, в которые автоматически вносятся результаты расчетов в нужном виде. Если бы использовалось несколько программных решений, пришлось бы разрабатывать их для каждого.
SOFiSTiK — это универсальный и всеобъемлющий по своим функциям программный комплекс расчета конструкций методом конечных элементов, разработанный специально для анализа строительных конструкций инженерами и разработчиками в Германии. Уже несколько десятилетий поколения инженеров конструкторов и расчетчиков строительных конструкций многих стран на нескольких континентах планеты используют ПК МКЭ SOFiSTiK в своей повседневной работе над проектами уникальных конструкций.
«К обеспечивает решения самых сложных расчетных задач для различных типов конструкций и сооружений: проектирование мостов и транспортных сооружений, высотных, большепролетных и уникальных зданий, проектирование металлоконструкций, геотехнический анализ, динамика и CFD анализ, расчет огнестойкости при пожаре и многое другое. Благодаря уникальной концепции разработчиков, ПК обладает высокой степенью адаптации под требования пользователя для создания широкого спектра корпоративных практических расчетных приложений, предназначенных для углубленного анализа конкретных типов конструкций или воздействий. ПК SOFiSTiK предоставляется бесплатно для тестирования, все студенты и преподаватели ВУЗов могут без ограничений использовать ПК в своей учебной и научно-исследовательской деятельности. Компания ПСС ГРАЙТЕК обеспечивает обучение и консультации пользователей. ПК предоставляется в странах СНГ и РФ с интерфейсом на русском языке.»
Константин Биктимиров
Технический директор ПСС ГРАЙТЕК
