Компьютерный практикум по ЖБК

Программный комплекс STARK ES

При автоматизированном расчете несущих систем зданий или сооружений для определения параметров напряженно-деформированного состояния конструкций применяют, как правило, метод конечных элементов (МКЭ), позволяющий перейти от исходной континуальной строительной системы к ее дискретной модели с достаточно простым математическим описанием. К числу основных расчетов, выполняемых на основе МКЭ, относят следующие виды расчетов.

В качестве основного программного комплекса для решения задания принят Программный комплекс для расчета конструкций зданий и сооружений на прочность, устойчивость и колебания на основе метода конечных элементов STARK ES 2018.

Cоответствие российским строительным нормам и правилам подтверждено сертификатом № RA.RU.АБ86.Н01070 от 20.02.2018/

Программный комплекс используется для численного моделирования и расчета конструкций зданий и сооружений при различных статических и динамических силовых и кинематических воздействиях на основе метода конечных элементов.

Возможности комплекса:

Расчеты на основе метода конечных элементов

• линейный и нелинейный статический расчет;
• расчет на собственные колебания в произвольном диапазоне частот, а также относительно деформированного состояния с учетом односторонней работы канатов, связей, шарниров;
• расчет на вынужденные колебания при силовой динамической нагрузке и кинематическом возбуждении основания землетрясении) с учетом работы вязкоупругих демпферов;
• расчет на устойчивость с учетом растянутых элементов, в т.ч. при сложном нагружении и с учетом односторонней работы канатов, связей, шарниров;
• спектральный анализ матрицы жесткости;
• предельный жестко-пластический анализ;
• оценка точности расчета.

Конструктивные расчеты

• определение опасных расчетных сочетаний усилий в сечениях элементов и опорных реакций по различным критериям, в т.ч. с учетом возможной изменчивости расчетной схемы (вариации модели) и с учетом последовательности возведения/монтажа конструкции;
• расчет армирования и проверка элементов железобетонных конструкций в т.ч. с учетом требований по трещиностойкости и ограничению ширины раскрытия трещин;
• расчет ребер железобетонных плит и стен;
• расчет плоских бетонных и железобетонных плит на продавливание колоннами;
• обработка и унификация конструктивных стержневых железобетонных элементов (колонн, балок и др.);
• расчет элементов стальных конструкций на прочность, общую и местную устойчивость, расчет сварных швов;
• подбор сечений прокатных элементов по напряжениям;
• проверка прочности и устойчивости трубожелезобетонных элементов;
• проверка прочности и устойчивости элементов деревянных конструкций;
• оценка прочности стержневых и пластинчатых элементов при статических и динамических воздействиях, в т.ч. проверочный сейсмический анализ конструкций с использованием акселерограмм сейсмического движения грунта.

На качество проектирования несущих строительных конструкций влияет как правильность выбора расчетных моделей для описания различных свойств реальных конструкций, так и точность анализа этих моделей.

Современные программные комплексы, используемые для выполнения расчетов моделей конструкций, содержат реализацию численных методов, которые дают приближенное решение задач. Поэтому оценка качества приближенных решений, получаемых с помощью расчетных программ, имеет весьма важное значение. В ПК STARK ES имеются следующие функции для оценки точности расчета моделей конструкций:

• проверка глобальною равновесия системы в целом и выполнения условий равновесия усилий во всех се узлах с выводом значений невязок по каждому направлению;
• спектральный анализ матрицы жесткости, позволяющий оценить качество принятых расчетных схем и конструктивных решений, а также вычислительную погрешность решения системы уравнений МКЭ;
• апостериорные оценки ошибок вычисления усилий в плоских и объемных конечных элементах по различным критериям.

Подобный расширенный анализ точности результатов расчета способствует обеспечению максимально надежного проектирования конструкций.

Безусловно, на точность расчета влияет умение расчетчика пользоваться программным продуктом. Опасно применение незаконно приобретенного расчетного программного обеспечения. Качество такого обеспечения может быть сомнительным, его пользователь нс имеет возможности получать техническую помощь разработчиков программ.

Для проверки точности решения реальных проектных задач можно и, зачастую, необходимо использовать следующие приемы:

1) тщательный контроль исходных данных и анализ результатов расчета;

2)       сопоставление полученных результатов расчета с параметрами аналогичных или схожих конструктивных решений, проверенных на практике или в результате экспериментальных исследований;

3)       использование альтернативных вариантов расчетных моделей, в том числе существенно упрощенных и имеющих известное точное или приближенное решение;

4)       решение задач но двум различным программным комплексам, включающее выбор и построение расчетных моделей, их контроль, анализ и сравнение полученных результатов с использованием объединенных возможностей двух программных комплексов.

Построение начнем с создания 3D POS-модели, что позволяет пользователю осуществить автоматическое разбиение всех несущих конструкций на конечные элементы. Это существенно снижает время создания расчетной модели. Кроме того, использование позиционных моделей дает возможность автоматически учесть некоторые конструктивные особенности: наличие капителей у колонн, наличие эксцентриситета при расчете ребер жесткости монолитного перекрытия, а также позволяет более корректно смоделировать работу узла сопряжения колонны с плитой в безбалочных перекрытиях.

После создания нового проекта   указываем:

— Высота этажа = 3.3 м;

— Уровень этажа = 3.3 м;

Новый проект создается при помощи команд меню Проекты → Создать.

Для задания геометрии перекрытия предварительно создадим растр. Растр –

это вспомогательная сетка с заданным шагом. Растры могут быть полярными, ортогональными и свободными. Прямоугольный растр представляет собой бесконечную сетку, образованную перпендикулярными линиями с постоянным шагом.

Свободный растр представляет собой ограниченный набор осей с переменным шагом, задаваемым пользователем. В частности он может соответствовать архитектурной сетке осей.

Они задаются при помощи команд меню →Растр в окне верхнего или бокового меню или кнопок редактирования растра на стандартной панели инструментов.

Одновременно можно задать несколько растров и переключаться от одного растра к другому, нажимая клавишу [Пробел]

Для ввода плиты перекрытия Последовательно выбираем пункты бокового меню: → Позиции → Плиты/стены/рампы → -установить.

Для  Ввода колонн В верхнем меню выбираем пункты: → Позиции: → -колонны→ -установить.

Для  Ввода стен В боковом меню последовательно выбираем пункты: → Назад → Позицции → -Плита/ стена/ рампа → -установить.

Ввод отверстий осуществляется следующим способом: В верхнем меню следует выбрать пункты: → Назад → Отверстия→ -установить.

Ввод нагрузок на плиту перекрытия происходит  следующим способом: Зададим нагрузки от веса конструкции пола. Выбираем пункты верхнего меню: → Назад → Нагрузки → Поверхностные → -установить на позицию.

Заключительным этапом создания POS-модели является Копирование этажей.

Поскольку процедура копирования этажей в ПК STARK ES не слишком трудоемка, для расчета плиты перекрытия желательно построить модель всего здания или хотя бы нескольких этажей, что более точно соответствует реальной работе перекрытия.

Поскольку мы определяем усилия в отдельном типовом перекрытии, то расчет будем проводить по упрощенной схеме. Предполагаем, что здание жестко защемлено в уровне фундамента, в расчете не будем учитывать ветровые и снеговые нагрузки, нагрузки от конструкции кровли, а также наличие машинного отделения на крыше здания.

Последовательно выбираем пункты бокового меню: → Назад → Этажи → создать.