Строительство | Выполненные проекты2

Галерея выполненных проектов
Строительство

В данном разделе представлены примеры использования системы APM Civil Engineering для решения различного рода задач строительной области.

Проверка несущей способности деревянного коттеджа (Московская область, г. Домодедово )

1. Модель здания в APM Structure3D

1.1 Общий вид здания

Рис. 1.1.1 Общий вид геометрии каркаса здания в формате *.dxf.

Расчетная модель конструкции здания создана в соответствии с геометрией, представленной в формате *.dxf.

Рис. 1.1.2 Общий вид геометрии конструкции в системе APM Structure3D.

1.2 Связи
Все связи между элементами конструкции жесткие.
Связи в основаниях колонн (опоры) имеют три вращательные степени свободы относительно соответствующих осей глобальной системы координат.
Связи в модели конструкции - центральные, т.е. связь осуществляется через центры тяжестей сечений соответствующих элементов.


а)	б)
Рис. 1.2.1 Связи в системе APM Structure3D. а) связи между элементами б) связи в основаниях колонн

1.3 Геометрия сечений элементов модели конструкции
Таблица 1 – Геометрия сечений, используемых в модели

Цвет в модели Ширина b, мм Высота h, мм

Коричневый 200 160

Розовый 85 320

Синий 170 320

Черный 120 320

Розовый 85 320

Красный 50 200

Оранжевый 320 320

Зеленый 200 200

1.4 Материалы
Материал стержневых элементов модели: Сосна

Свойства материала:	- модуль Юнга = 9000 МПа;
	- коэффициент Пуассона = 0.01;
	- плотность = 5.5х10-7 кг/мм3.

Расчетные сопротивления:	- изгиб вдоль волокон кгс/см2;
	- сжатие вдоль волокон кгс/см2;
	- растяжение кгс/см2.

1.5 Нагрузки и воздействия
Загружение конструкции осуществляется несколькими типами нагрузок:
1) Постоянная (собственный вес конструкции) + 20% (данные заказчика)
2) Нормативная – 250 кг/м2 (данные заказчика)
3) Cнег – снеговой район III, коэффициент перехода от веса снегового покрова земли к снеговой нагрузке на покрытие = 1.3
4) Ветер – ветровой район I, тип местности В
Для анализа принимается вариант, когда все вышеперечисленные нагрузки действуют одновременно.

Рис. 1.5.1 Схема нагружения конструкции.

2. Расчет модели здания в APM Structure3D
Проведение статического расчета производится в модуле расчета напряженно-деформированного состояния, устойчивости, собственных и вынужденных колебаний де-талей и конструкций с использованием метода конечных элементов – APM Structure3D (сертификат соответствия программной продукции в строительстве № РОСС RU.СП15.Н00086), входящего в состав системы автоматизированного расчета и проекти-рования механического оборудования и конструкций APM Civil Engineering, v. 9.4. Расчет производился на балках с сечениями без ослаблений.

2.1 Геометрические характеристики сечений конструкции
2.2 Прочность

Рис. 2.2.1 Карта распределения эквивалентных напряжений по Мизесу (крыша конструкции).

Рис. 2.2.2 Карта распределения эквивалентных напряжений по Мизесу (остальная часть конструкции).

2.3 Жесткость

Рис. 2.3.1 Карта распределения суммарных перемещений (крыша конструкции).

Рис. 2.3.2 Карта распределения суммарных перемещений (остальная часть конструкции).

2.4 Общая устойчивость

Рис. 2.4.1 форма потери устойчивости.

Коэффициент запаса устойчивости конструкции = 13.77

Выводы
Максимальное эквивалентное напряжение в конструкции = 12.9 МПа. Следовательно, условие прочности

соблюдается, с коэффициентом запаса = 1.09.
Коэффициент запаса общей потери устойчивости = 13.77.
Условие локальной потери устойчивости

выполняется с коэффициентом запаса = 1.32.
Условие Прочности на изгиб выполняется (см. выше распределение напряжений)
Максимальный прогиб в конструкции составляет 23.5 мм.

Подробнее (Проверка отдельно взятых колонн на прочность и устойчивость)

Анализ несущей конструкции церкви (Ульяновская область, Вешкаймский район, село Старое Погорелово) в соответствии с планировкой на прочность и устойчивость

Расчет производился с помощью модуля APM Structure3D, входящего в состав системы APM Civil Engineering, версия 9.5. Были проведены следующие расчеты конструкции стеллажа и получены следующие результаты.

Расчетная модель конструкции церкви

В качестве исходных данных для расчета церкви был представлен эскизный проект деревянной церкви, которую требовалось выполнить со стенами из каменной кладки.
Была создана конечно элементная расчетная модель, представленная на рисунке 1. Модель была выполнена с использованием стержневых и пластинчатых (оболочечных) конечных элементов.

Рис. 1. Расчетная модель конструкции церкви

На конструкции выделяется первый и второй этажи церкви, выполненные из каменной кладки, выполненной из керамического пустотелого кирпича со щелевидными вертикальными пустотами, маркой 150 и пустотелостью 20%, соединенных жестким цементным раствором, марки 75.

Перекрытия дверных и оконных проемов выполнялись из ж/б балок, прямоугольного сечения, выбираемых их номенклатуры соответствующих ж/б балочных изделий, серийно выпускаемых промышленностью.

В стержневых конструкциях крыши боковых частей 1 этажа использовался сосновый деревянный брус сечением 75х75 мм и доска 25х150 мм.

Верх крыши колокольни и навесы арок над дверями на 1 этаже выполнены из квадратной трубы 80х3 мм, выполненных из Ст.3. В качестве кровельного покрытия всех элементах крыши использовалась листовая сталь, толщиной 1 мм.

Модель конструкции с размещением различных ее элементов в разных слоях, приведена на рисунке 2.

Рис. 2. Модель конструкции с размещением различных ее элементов в разных слоях

Фрагмент конструкции стен и перекрытий 1 этажа церкви показан на рисунке 3.

Рис. 3. Фрагмент конструкции стен и перекрытий 1 этажа церкви

Данная конструкция первого этажа церкви, выполненная из каменной кладки, толщиной в 2 кирпича (500 мм). Перекрытиями оконных и дверных проемов служат ж/б балки, двойного сечения 250х220 мм (для дверных проемов), и четверного 12х65 мм – для оконных.

В качестве перекрытий, на которые опирается второй этаж церкви 8-гранной формы также использовались ж/б балки 250х220, длиной 3500 мм, лежащие на стенах центрального зала квадратной формы (синего цвета) на которые опирались балки 250х220, длиной 5500 мм (оранжевого цвета), см. рисунок 4.

Рис. 4. Фрагмент конструкции стен и перекрытий 2 этажа церкви

Получившееся перекрытие из балок служит основанием элементов кладки 2 этажа 8-гранной формы, как показано на рисунке 5.

Рис. 5. Конструкция стен и перекрытий 2 этажа церкви

Боковые части накрываются крышей, стропила которой выполнены из соснового бруса, сечением 75х75 мм (синего цвета) и продольных досок сечением 25х150 мм, (желто-коричневого цвета). Конструкция каркаса крыши представлена на рисунке 6.

Рис. 6. Конструкция каркаса крыши

Сверху каркас покрыт листовой сталью, толщиной 1 мм.
Навесы над входными дверями выполнены из стальных квадратных труб 80х3 мм (зеленого цвета), консольного типа, концы которых заделаны в кирпичную стену. Раскосы в нижней части выполнены из соснового бруса, сечением 75х75 мм (синего цвета), как это показано на рисунке 7.

Рис. 7. Конструкция навесов

На колокольне 2 этажа располагается перекрытие для звонаря, выполненное из стальных квадратных труб 80х3 мм (зеленого цвета), покрытое сверху деревянным перекрытием из досок, толщиной 50 мм. Из этого же профиля выполнены контуры окон колокольни и каркас крыши с перекрестием для подвески колокола. Каркас пола и крыши колокольни представлен на рисунке 8.

Рис. 8. Каркас пола и крыши колокольни

Нагрузки. К модели церкви прикладывались следующие нагрузки, которые заносились в различные загружения:

Нормативная нагрузка – к ней относились нагрузки, действующие на пол церкви (300 кгс/кв.м), нагрузка на перекрытие от звонаря (150 кгс/кв. м), нагрузка от куполов (центральный купол – 500 кгс и 4 маленьких купола – по 250 кгс от каждого).

Нагрузка от колокола – 500 кгс.

Вес конструкции.

Снеговая нагрузка

Ветровая нагрузка..

Последние две нагрузки прикладывались к пластинам крыши (снеговая нагрузка) и к пластинам крыши и боковых стен в автоматизированном режиме в соответствии со СНиП 2.01.07-85 «Нагрузки и воздействия. Номер снегового и ветрового районов (IV снеговой и II ветровой район) определялись в соответствии с картами для Ульяновской области.

Кроме того, из имеющихся отдельных загружений создавалась комбинация загружений, в которую все загружения входили с множителем 1.

Закрепления. В основании церкви устанавливались обычные шарнирные закрепления во всех нижних узлах пластин стен. Специальных требований к расчету и проектированию фундаментов Заказчиком не предъявлялось.

Результаты расчета. В результате проведенного статического расчета для всех загружений, включая комбинацию, были получены следующие результаты, представленные на карте эквивалентных напряжений, см. рисунок 9.

Рис. 9. Карта эквивалентных напряжений

Из этой карты видно, что максимальный уровень напряжений во всей конструкции не превышает 66,5 МПа, причем максимальный уровень напряжений достигает не в пластинах (стенах церкви, крыше), а в стержневых элементах, причем стальных, что хорошо видно на карте результатов, где показываются только одни стержни.

Рис. 10. Карта результатов

Из этого рисунка видно, что максимальные напряжения возникают в стальных стержнях – опорных балках пола колокольни и балках крыши колокольни, на которых подвешен колокол. Допустимый уровень напряжений для стальных конструкций из Ст3 составляет 235 МПа, а возникающие максимальные напряжения 66,5 МПа, что соответствует коэффициенту запаса 235/66,5 = 3,5, что вполне достаточно для работоспособности конструкции.

В элементах крыши первого этажа церкви, выполненных из деревянных элементов, максимальный уровень напряжений достигает примерно 7,9 МПа, что является допустимым для конструкций из сосны (от 8,5 до 10 МПа). Карта напряжений элементов крыши приведена на рисунке 11.

Рис. 11. Карта напряжений элементов крыши

Если изменить диапазон напряжений до 3 МПа и показать их значение на пластинчатых элементах (кирпичных стенах), то видно, что даже при этом диапазоне напряжений, уровень напряжений эквивалентные напряжения в стенах не превышают 0,6 – 1,0 МПа.

Рис. 12. Карта напряжений в стенах

Из пластинчатых элементов стен были созданы конструктивные элементы, задача которых была проведение проектировочного расчета армокаменных конструкции с целью определения работоспособности этих конструкции и необходимости их армирования.

Результаты проведенного расчета этих конструкции (см. Приложение 2) показывает, что армокаменные конструкции стен не нуждаются в армировании и вполне работоспособны при приложении к ним нагрузок, возникающих в результате расчета расчетного сочетания усилий (РСУ).

Устойчивость. Был проведен также расчет конструкции церкви на устойчивость. Коэффициент запаса по устойчивости для комбинации загружений составляет величину 30,66 и это означает, что конструкция имеет большой запас по устойчивости. Форма потери устойчивости показана на рисунке 13.

Рис. 13. Форма потери устойчивости

Из рисунка следует, что потеря устойчивости происходит на вертикальной стойке колокольни, на которой располагается центральный крест.

Выводы

1. Конструкция удовлетворяет критерию статической прочности (допускаемые напряжения 66,5 МПа, что соответствует пределу текучести материала (Ст.3кп), из которого выполнены стальные элементы . Коэффициент запаса при этом составляет 3,5.
2. Уровень напряжений в армокаменных элементах стен не превышает 0,6 — 1,0 МПа, что является допустимым для каменных конструкций.
3. Уровень напряжений в деревянных конструкциях также находится в допустимых пределах.
4. Коэффициент запаса устойчивости должен быть не менее 1. В практических случаях рекомендуется не менее 1,4. В нашем случае он составляет более 30 и конструкция не требует усиления.

Подробнее (основные сечения и приложения)

Пример прочностного расчета жилого 30-ти этажного дома

На базе дизайн-проекта дома (Рис 1), а также типовой планировки этажа (Рис 2) в модуле APM Struture3D была создана расчетная модель жилого 30-ти этажного (Рис 3). Детальная проработка и моделирование стеновых панелей (Рис 4) была выполнена c использованием графических и функциональных возможностей модуля APM Structure3D.

Рис. 1. Дизайн-проект 30-ти этажного жилого дома

Рис. 2. Типовая планировка этажа


Рис. 3. Расчетная модель жилого дома, созданная в модуле APM Structure3D	Рис. 4. Детальная проработка стеновых панелей позволяет приблизить расчетную модель к реальному проекту

В качестве силовых факторов, действующих на здание, выступили:

собственный вес конструкции

нормативная распределенная нагрузка

снеговая нагрузка

статическая и пульсационная составляющие ветровой нагрузки

После составления комбинации, из выше перечисленных нагрузок, был проведен статический расчет, который является базой для последующего проведения расчетного сочетания усилий.

На рис. 5 представлена карта распределения максимальных эквивалентных напряжений, глядя на которую можно с уверенностью говорить, что для данной схемы практически полностью исключены неупругие деформации.

Рис. 5. Карта распределения максимальных эквивалентных напряжений

На рис. 6 представлена карта распределения суммарных линейных перемещений. Оценивая характер перемещения, можно однозначно сказать, что практически отсутствует крен здания – перемещение элементов конструкции, равномерно распределенное вдоль вертикальной оси, без смещения влево или право.

Рис. 6. Карта распределения суммарных линейных перемещений

На рис. 7 представлены карты распределения деформаций по разным направлениям. Удобная визуализация позволит быстро понять величины деформаций, а также неравномерность распределения деформаций по стеновым панелям. Данная информация позволит спрогнозировать потенциальную опасность разрушения стеклопакетов.

Рис. 7. Карты распределения деформаций в различных направлениях

Получив положительные результаты по неупругим деформациям, отсутствию опасного крена и незначительным деформациям, можно переходить к вопросам армирования бетонных элементов конструкции.

Вначале мы создаем конструктивные элементы, куда заносим все несущие элементы, которые необходимо армировать. Далее проводим расчетное сочетание усилий, для всех конструктивных элементов. И предпоследним этапом является проведение проектировочного расчета по подбору арматуры. Хотелось бы отметить тот факт, что при работе пользователь находится все время в одном модуле.

На рис 8 и рис 9 представлены диалоговые окна по работе с подбором и проверкой арматуры оболочки и колонны. В данных диалоговых окнах проводится и подготовка к проведению расчета, сам расчет и визуализация результатов расчета.

Рис. 8. Диалоговое окно модуля, в режиме
армирования бетонных плит и оболочек

Рис. 9. Диалоговое окно, в режиме подбора
арматуры для бетонных колонн и ригелей

Кроме того, программа позволяет пользователю видеть результаты подбора или проверки арматуры и в трехмерном пространстве, что представлено на рисунках 10 и 11.

Рис. 10. Объемное отображение подобранной арматуры
на расчетной модели в трехмерном пространстве

Рис. 11. Объемное отображение подобранной арматуры
на расчетной модели в трехмерном пространстве

Как можно видеть, отображается реальная арматура с подобранными диаметрами и шагами, заданными значениями защитных слоев и т.д. То есть пользователю предоставляется возможность увидеть подробную, реальную картину армирования расчетной модели, что позволит ему принять наиболее оптимальные решения и создать конкурентоспособный проект.