Правила нумерации и наименования групп элементов

 

Группы в SOFiSTiK являются инструментом логического деления элементов конструкции. Пользователь самостоятельно назначает номера групп для элементов, исходя из собственного представления об удобстве дальнейшей работы с расчётной моделью.

 Группы элементов можно эффективно использовать в скрытии/изоляции при построении модели и анализе результатов расчёта, а так же при вводе параметров для анализа модели практически во всех модулях группы процессоров.

  Если Вы создаёте большую модель с внушительным количеством групп, то с такой моделью сложно работать в дальнейшем, если не учтены следующие рекомендации:

1. Ограничения в нумерации

  SOFiSTiK не может рассчитать более 9 999 999 конечных элементов (КЭ) и это связанно именно с ограничением принимаемой нумерации для КЭ в 7 цифр.

  Используя группы, SOFiSTiK назначает номер конечному элементу по следующей формуле:

№к.э. = №г.э.*д.г. + №г.к.э.

  где: №г.э. - номер группы; д.г. - делитель группы; №г.к.э. - номер конечного элемента в группе.

  Например, если №г.э.=23, д.г.=1000,№г.к.э.=58, то номер конечному элементу присвоится №к.э.=20*1000+58=23058.

  Делитель группы (д.г.) является статическим параметром, который ограничивает максимальное количество КЭ в группе. Обычно его задают  величиной в 10 000 (по умолчанию при создании нового проекта в SSD).

  Получается, что при делителе группы в 10 000 нельзя создать больше 999 групп, или, другими словами, задать номер для группы больше 999.

  Если в группе получается конечных элементов больше, чем в делителе группы, то возникнет ошибка в генерации модели. Как выход, можно увеличить делитель группы, или разбить модель на дополнительные группы и подгруппы.

2. Правила нумерации групп

  Для разных групп задач предлагается сформировать отдельные правила нумерации. Это позволит пользователю по номеру группы понять какие элементы там присутствуют, какие у них общие свойства и  где они находятся. Таким образом, уже можно выделить три предпосылки к правилам нумерации:

• Элементы созданы разными структурными или конечными элементами;
• Элементы имеют разные жесткостные свойства;
• Элементы имеют различное геометрические параметры и положение в пространстве модели.

  Например, для создания расчётной модели жилого здания можно использовать следующую нумерацию групп:

Стены надземной части: №этажа*10+5

Стены подземной части: 100-№этажа*10+5

Колонны и балки (ригели) надземной части:  №этажа*10+№сечения

Колонны и балки (ригели) подземной части: 100-№этажа*10+№сечения

Перекрытия надземные и подземные: №этажа*10 и 100-№этажа*10 соответственно

   В итоге получается логическая цепочка, которая позволяет понять ,например, что в группе 34 находятся стержни на 3-ем этаже с сечением 4, а в 65-ой группе будут стены 6-го этажа.

3. Имена группам

  В препроцессорах, кроме WinTube, нельзя задавать имена элементам в графических окнах. Но Вы можете добавить имена группам при помощи ввода на CADiNP.

  Создав расчётную модель в каком-нибудь препроцессоре и экспортировав её в центральную базу данных, мы можем управлять ею через командный центр SSD. для Ввода имён группам добавьте задачу "Текстовый ввод для создания модели" в разделе "Система". В данной задаче по умолчанию прописано следующее:

+PROG SOFIMSHA urs:13.1 $ Текстовый ввод для создания модели
HEAD Текстовый ввод для создания модели
SYST init
END 

  В первую  очередь стоит поменять параметры системы, т.е. поставить значение SYST REST, т.к. параметр INIT удаляет всю предыдущую модель, а REST редактирует существующую.

  Далее Вы можете функцией GRP изменять свойства уже назначенным группам, а именно добавлять имя группе параметром TITL 'Имя группы'.

+PROG SOFIMSHA
HEAD Назначение имён группам
SYST TYPE REST
GRP NO 10 TITL 'Перекрытие 1-го этажа'
GRP NO 11 TITL 'Колонны 1-го этажа'
GRP NO 15 TITL 'Стены 1-го этажа'
GRP NO 20 TITL 'Перекрытие 2-го этажа'
...
END 

  Рассчитайте полученную задачу и Вы увидите уже группы с присвоенными именами, как на первой картинке данного поста. 

  В итоге, полученный текст можно использовать не только в текущем проекте, но и сохранить его для других проектов.

Читаем дальше →

Построение конечно-элементной модели и расчет на ветровую нагрузку большепролетной пространственной навесной конструкции выставочного комплекса

Кузнецов Александр Владимирович,

магистр ФГБОУ ВПО СПбГПУ

  Целью данной статьи является предоставление информации по расчёту на ветровую и снеговую нагрузку конструкции сложной геометрической формы с использованием современного программно-вычислительного комплекса SOFiSTiK , реализующего метод конечных элементов (МКЭ).

  Расчёт произведён на примере большепролётной пространственной навесной конструкции "Северный козырёк" выставочного комплекса в п.Шушары Ленинградской области.

1. Введение

  Целью данной статьи является предоставление информации по расчёту на ветер конструкции сложной геометрической формы с использованием современного программно-вычислительного комплекса SOFiSTiK (www.sofistik.ru), реализующего метод конечных элементов (МКЭ).

2. Постановка задачи

Рис. 1. Северный козырёк выставочного комплекса

  Задача расчета большепролетной пространственной навесной конструкции "северный козырек" выставочного комплекса (рис.1) на ветровую и снеговую нагрузку возникла при разработке компанией ООО"Евгений Герасимов и партнёры" проекта строительства конгрессно-выставочного комплекса в п. Шушары, Ленинградской обл.

  В связи с этим возникла необходимость следующего исследования:

1. Проверка прочности и устойчивости конструкции от воздействия собственного веса сооружения, ветровой и снеговой нагрузки при различных вариантах направления ветра.
2. Определение максимальных прогибов конструкции.

  Задача решалась с учетом опыта расчетов и исследований пространственных конструкций. Для выполнения исследования были получены следующие исходные данные:

• Схема козырька по чертежам архитектуры.

Рис. 2. Конструкция северного козырька
(главные фермы, диагональные фермы и второстепенные фермы)

  Конструкция состоит из главных ферм, второстепенных ферм и диагональных ферм, а также системы облицовки. Главные фермы расположены перпендикулярно фасаду основного здания, также они являются консольными. Второстепенные фермы передают нагрузки от подконструкции облицовки на главные фермы и, в дополнение, являются опорами в горизонтальном направлении для консольных ферм. Диагональные же фермы создают дополнительную опору по типу арки, которая передаёт большую часть усилий от внешних воздействий через стальную опору в фундамент (рис.2).

• Характеристики материалов и сечений сооружения.

  Все сечения - круглые трубы по ГОСТ 8732-78 диаметра от 152 до 500мм, толщиной стенки от 6 до 36мм. Для всех элементов конструкции Северного козырька применяется сталь класса С345 по ГОСТ 27772-88 (рис. 3).

Рис.3. Нормативные и расчётные сопротивления стали С345

• Отчёт о ветровых нагрузках по результатам аэродинамических испытаний Wacker Ingenieure от 10.10.2011.
• Рекомендации по назначению расчетных снеговых и ветровых нагрузок для козырьков Конгрессно-выставочного комплекса, ЦНИИСК им.Кучеренко, М., 2012

3. Построение конечно-элементной модели

  Наиболее эффективным способом построения расчетной модели является совмещение программ создания геометрии конструкции и программ, задающих физические свойства для построенных геометрических моделей. При исследовании северного козырька была использована следующая связка программ: AutoCAD -> SOFiPLUS -> SOFiSTiK.

  Основным принципом построения конечно-элементной модели является представление архитектурной формы козырька примитивами в трёхмерной модели среды AutoCAD. Впоследствии модуль SOFiPLUS позволяет преобразовывать примитивы AutoCAD в конструктивные элементы софистика - структурные элементы типа "стержень" и "оболочка".

  Примитивом стержня в среде AutoCAD использовался элемент "Трехмерная полилиния (3d polyline)" - универсальный примитив, позволяющий моделировать непрерывные отрезки в трёхмерном пространстве. В качестве примитивов пластин использовались элементы "3dface", "Surface (network)", "Surface (nurbs)".

  С помощью команды "Structural line" на панели "SofiPlus" отрезки превращаются в стержни диагональных ферм соответствующего материала с соответствующими сечениями. Пластины обращаются командой "Structural area" панели "SofiPlus" в оболочки с заданной жесткостью (рис.4):

Рис.4. Стержневые и пластинчатые элементы расчётной модели

4. Приложение нагрузок на конечно-элементную модель

  Рассматриваемое сооружение имеет достаточно сложные объемно-планировочные и конструктивные решения, не имеющие каких-либо аналогов. В СНиП 2.01.07-85* «Нагрузки и воздействия», а также в других отечественных и зарубежных нормативных документах не приводятся данные о распределении снеговой и ветровой нагрузок по ограждающим конструкциям подобного типа.

Рис. 5. Испытание макета козырька в аэродинамической трубе

  Для безопасного и экономичного проектирования и строительства козырька необходима реалистичная оценка ветровых нагрузок (осредненных по площади) и местных пиковых ветровых нагрузок, действующих одновременно на конструкции козырька. Для этого требуются соответствующие испытания в аэродинамической трубе (рис.5). Для получения параметров, описывающих ветровые потоки, компанией "«Wacker Ingenieure», г. Биркенфельд проводились обширные измерения с использованием статичного приемника воздушного давления и постоянной температуры термоанемометров.

  Результатом обдува является полученное распределение квазистатических ветровых нагрузок по конструкции Козырька при различных направлениях ветра. Распределение снеговой нагрузки для Северного козырька представлено в Рекомендациях по назначению расчетных снеговых и ветровых нагрузок для козырьков Конгрессно-выставочного комплекса в г.Санкт-Петербург, ЦНИИСК им. В.А.Кучеренко на основе материалов испытаний, проведенных в аэродинамической трубе фирмы "Wacker Ingenieure".

Рис.6. Приложение нагрузок на расчётную схему
по изополям снегового и ветрового давления

  Значения ветровых и снеговых нагрузок берутся по "Рекомендациям по назначению расчетных снеговых и ветровых нагрузок для козырька Конгрессно-выставочного комплекса" от ЦНИИСКа им.Кучеренко. Перед каждым загружением по изополям снегового и ветрового давления элементы облицовки в схеме окрашиваются в соответствующие цвета, так что каждому значению нагрузки присваивался соответствующий цвет (рис.6). Таким образом, картина загружения переносится на модель в SOFiPLUS.

  По результатам расчетов северного козырька в программном комплексе SOFiSTiK можно сделать следующие выводы:

1. Напряжения в стержнях всей схемы при наихудшем сочетании нагрузок не превышают допустимых (рис.7а);
2. Максимальный прогиб конструкции при наихудшем сочетании нагрузок меньше допустимого (рис.7б).
3. Коэффициенты запаса устойчивости для всех загружений >1.

Рис. 7. Результаты анализа конструкции:
а - эквивалентные напряжения всех сечений , МПа (макс. 233 МПа);
б - осадка вдоль оси Z при  наихудшем сочетании воздействия снега и ветра, мм (макс. 282 мм).

5. Выводы

1. При любых сочетаниях воздействий на конструкцию все напряжения меньше допускаемых. Прочность конструкции обеспечена.
2. При любых загружениях все прогибы меньше допустимого значения. Необходимая жесткость конструкции обеспечена.
3. Система обладает общей устойчивостью.

Статья опубликована в Интернет-журнале "Строительство уникальных зданий и сооружений"

Читаем дальше →

Вебинар "Опыт расчёта 12-этажного жилого дома на плитном фундаменте в ПК SOFiSTiK и WinTUBE"

к.т.н., вед. спец. Минкинен Ю.Э.

  В мае прошел вебинар по анализу жилых зданий с плитным фундаментом на объёмном конечно-элементном массиве грунта. Вебинар был построен на опыте практического применения данной технологии. 

  Стоит обратить внимание, что при помощи такой технологии возможно описать сколь угодно сложную постановку конструкторско-геотехнической задачи. Для упрощения восприятия материала был выбран небольшой 12-ти этажный жилой дом с несложной геологией.

  Основная часть вебинара посвящена практической работе, т.е. в режиме реального времени шло построение и анализ модели.

Основные моменты

1. Технология BIM для конструктора

  На практике конструктору необходимо активно взаимодействовать со смежными разделами для оперативного внесения изменений в свой раздел. Технология BIM позволяет создать сосредоточенное информационное поле знаний об объекте строительства. Схема взаимодействия показана на рис. 1.

Рис. 1. Схема информационного взаимодействия на базе ПО между конструктором и смежными разделами.

2. Схема взаимодействия между различными препроцессорами SOFiSTiK для решения конструкторско-геотехнической задачи

  Для решения поставленной задачи может использоваться несколько подходов. В качестве основных процессоров выступают Revit, SOFiPLUS (AutoCAD) и WinTube. Между ними можно организовать взаимодействие с целью использования преимуществ каждого из препроцессоров в единой модели. Схема взаимодействия представлена на рис. 2.

Рис. 2. Схема взаимодействия между препроцессорами SOFiSTiK

3. Создание расчётной КЭ-модели при помощи препроцессора SOFiPLUS

Рис. 3. Расчётная модель: а- в SOFiPLUS; б - в SSD

  Если у нас есть архитектурные планы в AutoCAD, то по ним можно построить расчётную конструктивную модель при помощи SOFiPLUS, используя архитектурные подложки.

  При построении схемы важно заранее продумать конструктивную схему и правила нумерации групп элементов.

  В SOFiPLUS сразу же задаётся и структурная плоскость, имитирующая грунт. Она в будущем будет выдавлена в объёмный массив при помощи препроцессора WinTube.

  Следом построенная структурными элементами модель разбивается на конечные элементы.

4. Создание модели в WinTube

  В WinTube загружается построенная модель, назначаются имена импортируемым группам элементов, имена материалов и сечений, далее переворачиваем модель. 

  Плиты основания необходимо выдавить в объёмные конечные элементы, назначить группы новым слоям. Потом задаются скважины (буровые колонки) с физическими свойствами материалов грунта. ПО построенным скважинам интерполируется материал на КЭ-сетку. Назначаются нагрузки и этапы расчёта. После этого мы можем отправить модель на анализ.

Рис. 4. Аналитическая модель для расчёта конструктивно-геотехнической задачи

5. Сравнение результатов линейного нелинейного расчёта

  В качестве обоснования эффективности применения метода расчёта конструктивно-геотехнической задачи при помощи WinTube было продемонстрировано сравнение линейного и нелинейного анализа данной системы.

Читаем дальше →