Моделирование действительной работы металлоконструкций
Расчёты строительных конструкций на базе специализированных инженерно-строительных расчётных программ в настоящее время значительно усовершенствовались. Нарастает степень интеграции расчётов методом конечных элементов (МКЭ) с трёхмерным проектированием по технологии BIM, внедрённой в качестве фундаментальной технологии проектирования в ГК Спектрум.
Применение универсальных программных комплексов численного моделирования в современном строительстве направлено на расширение и детализацию постановки расчётов по сравнению с возможностями специализированных отраслевых расчётных программ. Это выражается как в расширении масштаба численных моделей в постановке «здание/сооружение – основание» с переходом к мультифизичному моделированию, так и в уменьшении масштаба рассмотрения с переходом к углублённому нелинейному анализу действительной объёмной работы узлов строительных конструкций.
На сегодняшний день в практике расчётов зданий и сооружений глубина расчётной проработки узлов обычно ниже, чем конструктивной схемы здания в целом. Напряжённо-деформированное состояние (НДС) всего здания рассчитывается в специализированных расчётных программах от фундамента до крыши. Но объёмное напряжённое состояние стыков конструкций в эту расчётную схему не входит, поскольку конечно-элементная модель выполняются при помощи стержневых и оболочечных конечных элементов. Реальный узел строительной конструкции имеет определённый характер распределения напряжений, как правило высоконелинейный. Но в конечно-элементной модели он представляется одним узлом конечно-элементной сетки в месте стыка конченых элементов, воспроизводящих стыкуемые конструкции. Узел конечно-элементной сетки не имеет собственного объёма и соответствующего распределения напряжений. Поэтому реальное объёмное напряжённое состояние узлов не определяется, и расчёт узлов ведётся исходя из внутренних усилий в стыкуемых элементах по аналитическим формулам, основанных на линейных представлениях о распределении напряжений. Отсюда вытекает одна из основных проблем теории и практики расчётов, а именно, недостаточная определённость равнопрочности узлов стыкуемым конструкциям в нелинейной стадии работы.
Высоконелинейные расчёты узлов металлоконструкций основаны на объёмном воспроизведении работы стыкуемых прокатных или сварных профилей, фасонок, болтовых соединений, контактов терния между соединяемыми на болтах элементами конструкции, а также контактов терния по опорным столикам.
Узел, который в конструкторской расчётной программе представлен одним узлом конечно-элементной сетки, воспроизводится десятками тысяч объёмных конечных элементов, имеющих миллиметровые размеры и работающих нелинейно.
Полученное в результате расчёта напряжённо-деформированное состояния узла с распределением напряжений по фасонкам и болтам даёт представление о его действительной работе и позволяет выйти на новый уровень качества и надёжности проектирования металлоконструкций.
Spectrum R&D и ГК Спектрум обладают полным набором компетенций в области конструкторских расчётов как на базе специализированных инженерно-строительных расчётных программ, так и на базе универсальных программ численного моделирования. Выполняются поверочные или сопоставительные расчёты в нескольких лицензионных сертифицированных расчётных программах, в том числе в интеграции с BIM-технологиями.
