Автоматизированный расчет и моделирование многоэтажного жилого дома

Размещено на http://www.allbest.ru/

Пермский национально-исследовательский политехнический университет

Автоматизированный расчет и моделирование многоэтажного жилого дома

Снигирева Влада Николаевна

магистр кафедры «Строительные конструкции и Вычислительная механика»

Аннотация

автоматизация строительный напряжение этаж

В данной статье рассматривается актуальность автоматизации расчетов строительных конструкций, которая позволяет наиболее быстро и эффективно оценить наиболее выгодные параметры модели. В программе построен многоэтажный жилой дом, получена и проанализирована картина распределения напряжений объемной модели. Найдены напряжения по Мизесу в наивысшей точке образующей арки и построен график распределения напряжений по этажам.

Ключевые слова: автоматизация расчетов, построение модели, программный комплекс Ansys, строительные конструкции, структурированная сетка

Abstract

In this article, the relevance of the automation of calculations of building structures, which allows the most rapid and efficient evaluation of the most advantageous parameters of the model, is considered. In the program a multi-story apartment house is built, the picture of stress distribution of the three-dimensional model is obtained and analyzed. The stresses along the Mises at the highest point of the generatrix of the arch were found, and a plot of stress distribution over the floors was constructed.

Keywords: Ansys software package, building structures, calculation automation, model building, structured mesh

В настоящее время во всех сферах деятельности наблюдается тенденция к рациональному использованию труда, уменьшению трудоемкости выполняемых работ. Строительная отрасль не является исключением. Если в предыдущем столетии при проектировании конструкций зданий и сооружений сбор нагрузок, расчет конструкций и выполнение чертежей производилось «вручную», то сейчас это все практически полностью автоматизировано, то есть все расчеты и чертежи выполняются на компьютере, а опытному конструктору остается проанализировать результаты и правильность выполненного расчета.

При проектировании конструкций необходимо учитывать экономику. Затрачиваемые денежные средства и материалы должны быть оптимальными. Для того чтобы сравнивать технико-экономические показатели проекта, необходимо рассчитывать и сопоставлять несколько вариантов решений. Для выполнения данной задачи в программном комплексе Ansys была построена модель многоэтажного здания. Программа расчета полностью параметризована, что позволяет менять количество этажей и комнат в здании, исходные размеры модели (толщину стен, размер колон, высоту этажа и т.п.), плотность и вид используемых материалов.

В качестве первоначальных исходных данных для построения плоской геометрии стены были выбраны характеристики, приведенные на рис. 1

Рис. 1Исходные данные для построения плоской геометрии стены

В плосконапряженном состоянии принят элемент plane42, тип элементов для объемов - solid185. Для построения структурированной и неструктурированной конечно-элементной сетки каждая линия модели была разделена на рассчитанное количество элементов для обеспечения совместной работы конструкций. В соответствии с исходными данными каждой конструкции задаем характеристики материала, типа элементов и заполняем поверхность сеткой. Толщина плоской стене задана экструзией. На рис. 2а показано, что перемычка выполнена из бетона, а основная часть стены - из кирпича. Для обеспечения параметризации модели создана компонента «стеновой блок» (рис. 2б). «Стеновой блок» построен без крыши и правой стенки, чтобы при копировании этого блока в модели не было двойных перегородок или двойных перекрытий.

Для построения заданного параметром числа комнат был создан цикл, который копирует компоненту «стеновой блок» необходимое количество раз. Далее создается компонента целого этажа. Заданное количество этажей также строится с помощью цикла, однако в этом случае копируется компонента «целый этаж».

Граничными условиями выступает земля, то есть всей нижней поверхности нижнего этажа задаются нулевые перемещения по всем направлениям осей координат. Таким образом, смоделирована ситуация жесткого защемления фундамента в грунт. Нагрузку, действующую на многоэтажный дом, считаем только собственный вес, т.к. в данном случае необходимо произвести примерный расчет для определения оптимальных габаритов здания (количества подъездов, этажей).

а - совместная сетка основной стены, б - компонента «Стеновой блок»

Рис.2

При заданной толщине и материалах конструкций было выявлено, что при 3 подъездах в здании оптимальное количество этажей - 5, следовательно, анализ результатов будем рассматривать для данной объемной модели пятиэтажного дома (рис. 3а). На рис. 3а цветом отображен материал конструкций: фиолетовый соответствует кирпичу, голубой - бетону. После расчета отображаем суммарные перемещения модели и эквивалентные перемещения по Мизесу. Распределение напряжений модели показано на рис. 3б.

а - объемная модель многоэтажного дома с указанием материала, б- напряжения, возникающие в построенной модели от собственного веса

Рис. 3

Проанализировать рис. 3, можно сделать вывод, что модель построена и рассчитана верно, так как нагрузка задается только от собственного веса, то наиболее нагруженные являются нижние этажи, следовательно, напряжения на нижних этажах должны быть больше. Несущими конструкциями являются бетонные колонны, следовательно, напряжения на колоннах должно быть больше, чем на кирпичных стенах. Эти утверждения соответствуют результатам расчета, представленным на рис. 3б. Также на данном рисунке прослеживается совместная работа заданной сетки.

На рис. 4 представлен график распределения напряжений в наивысшей точке арки по этажам, на котором по оси абсцисс откладываются значения напряжений, по оси ординат - номера этажей. График также соответствует ожидаемым предположениям: чем ниже этаж, тем больше возникающие напряжения, т.к. на верхние этажи воспринимают меньшую нагрузку.

Рис. 4 График распределения напряжений по этажам

Таким образом, в программном комплексе ANSYS была построена объемная модель многоэтажного дома и конечно-элементная сетка модели. После задания граничных условий и внешних нагрузок проведена работа по определению оптимальных габаритных размеров многоэтажного дома при заданных заказчиком исходных данных. После определения этих параметров и выполнения расчета, была получена и проанализирована картина распределения напряжений объемной модели здания. С помощью цикла были найдены напряжения по Мизесу в наивысшей точке образующей арки и построен график распределения напряжений по этажам, который соответствует действительности.

Библиографический список

1. Барабаш М. С., Ромашкина М. А. Алгоритм моделирования и расчета конструкций с учетом ползучести бетона. - 2014.

2. Барабаш М. С. Методы компьютерного моделирования процессов возведения высотных зданий/Мария Сергеевна Барабаш //International Journal for Computational Civil and Structural Engineering.-М.: Изд-во «АСВ. - 2012. - Т. 8. - №. 3. - С. 58-68.

3. Кабанцев О. В. Метод расчета многоэтажных зданий с учетом процесса изменения расчетной схемы при различных режимах работы //Вестник МГСУ. - 2013. - №. 10.

4. Козлов И. М. Оценка экономической эффективности внедрения информационного моделирования зданий //Архитектура и современные информационные технологии//AMIT: электрон. журн.-2010. - 2010.

5. Симбиркин В. Н. Проектирование железобетонных каркасов многоэтажных зданий с помощью ПК STAR ES //Информационный вестник Мособлгосэкспертизы. - 2005. - №. 3. - С. 10.

Размещено на Allbest.ru