Koncepcja konstrukcyjna i stateczność
Rozpoczynając projekt budowlany, należy wziąć pod uwagę, jak powinna wyglądać konstrukcja. Pojawiają się problemy, takie jak maksymalne możliwe odległości słupów i belek, położenie stężeń dachowych i ściennych oraz wykonanie fundamentów. Należy stworzyć konstrukcję nośną budynku.
Nawet w przypadku budynków, które wydają się mieć prostą konstrukcję, mogą pojawić się pytania, czy potrzebne są elementy usztywniające, czy też w jaki sposób można je optymalnie rozmieścić. Rzut kondygnacji, widok i przekrój nie ułatwiają zrozumienia przenoszenia obciążeń i ścieżek obciążeń. Wreszcie, model 3D pomaga lepiej zrozumieć, gdzie są siły i gdzie są one przenoszone na fundamenty. Zrozumienie funkcji konstrukcji jest zatem podstawą do efektywnego zaplanowania całej konstrukcji. Wykrywanie braku stateczności jest dodatkowo istotne ze względów bezpieczeństwa.
W uproszczonym, płaskim modelu 2D, problemy ze statecznością, takie jak wyboczenie od płaszczyzny lub zwykłe wywrócenie się, są z definicji wykluczone. Takie problemy nie występują podczas obliczeń i dlatego można je pominąć. W przypadku obliczeń trójwymiarowych konstruktor jest zmuszony uwzględnić mechanizmy uszkodzenia przestrzennego. W ten sposób w większości przypadków podczas obliczeń nieuchronnie ujawniają się błędy w projektowaniu konstrukcji.
2568x
232x
W modelu 3D można zatem lepiej ocenić globalną utratę stateczności całego modelu.
Modelowanie informacji o budynku umożliwia tworzenie modeli 3D
Zastosowanie nowoczesnych metod planowania, takich jak modelowanie informacji o budynku, opiera się na modelach 3D. Stanowią one również podstawę dla analizy statyczno-wytrzymałościowej i mogą dostarczyć dobrze wyidealizowanych modeli wejściowych do obliczeń. Dzięki temu model 3D do analizy statyczno-wytrzymałościowej jest już uwzględniony w idealnym przypadku, co pozwala zaoszczędzić czas.
W wielu przypadkach, gdy w celu znalezienia odpowiedniej konstrukcji przeprowadza się obliczenia wstępne lub zwykłą ocenę statyczno-wytrzymałościową, metoda ta może być bardzo szybka i pomocna. Kolejnym trendem jest planowanie w pełni parametryczne, w którym analiza statyczno-wytrzymałościowa jest w pełni połączona z oprogramowaniem architektonicznym. Poprzez specjalną modyfikację parametrów można sprawdzić i automatycznie obliczyć wiele opcji.
2D jest niewystarczające dla wszystkich konstrukcji i typów budynków
Jeżeli budynku nie można łatwo podzielić na podkonstrukcje, w których przenoszenie obciążeń jest jasne, często nie ma innego sposobu niż zastosowanie modelu 3D. Nie każdy budynek ma regularną siatkę. Sprawia to, że przenoszenie obciążenia jest skomplikowane i trudne do kontrolowania. Ponieważ istnieją pewne niepewności, pracujemy z założeniami dotyczącymi maksymalnego obciążenia, aby być po bezpiecznej stronie. Prowadzi to jednak do nieekonomicznych wyników.
Symulacja oddziaływań na cały model jest często bardziej przejrzysta i łatwiejsza
Programy obliczeniowe 3D mogą automatycznie generować obciążenia dla oddziaływań takich jak ciężar własny, wiatr i śnieg dla znormalizowanych kształtów budynków. Warunkiem jest znajomość wymiarów budynku. W przypadku korzystania z całych modeli wymiary te można łatwo wyprowadzić z modelu. Profile obciążenia wiatrem i śniegiem można zastosować w konstrukcji automatycznie. W przypadku zmiany geometrii obciążenia zmieniają się automatycznie. Symulacje w cyfrowym tunelu aerodynamicznym są możliwe tylko w przypadku modeli 3D.
Analiza dynamiczna modeli 2D jest często niewystarczająca
Podczas wykonywania obliczeń sejsmicznych lub innych analiz dynamicznych pojawiają się przestrzenne kształty drgań, które zostały uwzględnione.
W ten sam sposób należy nałożyć na siebie wzbudzenia sejsmiczne w kierunkach x i y. Wyjątkowe obciążenia skręcające odgrywają rolę. Dlatego modeli 3D można uniknąć tylko w najprostszych przypadkach.
Podatność na zmiany
Proces planowania jest naznaczony zmianami. Podczas procesu budowlanego ważne jest, aby zawsze wiedzieć, co jest możliwe w analizie statyczno-wytrzymałościowej i projektowaniu, a co należy zmienić. W tradycyjnej analizie statyczno-wytrzymałościowej może to oznaczać, że wszystkie założenia dotyczące obciążenia będą musiały zostać ponownie rozważone.
W przypadku kompletnego modelu 3D, zmienne siły są automatycznie uwzględniane w układzie i przenoszone z elementu na element. Podczas przeprowadzania nowych obliczeń wszystkie obliczenia zostają zaktualizowane. Początkowo, ewentualnie wyższy nakład pracy, jest zazwyczaj kompensowany.
Warunki podparcia problematyczne podczas tworzenia modeli częściowych
W przypadku wyodrębniania modeli częściowych z modelu ogólnego należy przydzielić definicje podpór do punktów połączeń modelu częściowego. Ponieważ sztywności w tych punktach połączenia nie są w większości przypadków znane lub można je trudno wyznaczyć, w celu uproszczenia stosowania stosuje się podpory przegubowe lub sztywne. Założenia te są tylko częściowo poprawne i w sposób nieunikniony prowadzą do innych wyników w porównaniu z modelami, w których sztywności w tych punktach połączeń są uzyskiwane z całego modelu.
Szczegółowa analiza statyczno-wytrzymałościowa przydatna tylko jako model 3D
Obecnie wykorzystuje się modele 3D powłok, na przykład w obliczeniach połączeń stalowych. Bez rozwiązania 3D takie analizy nie byłyby możliwe. W takich przypadkach zastosowanie modeli 3D nie jest kwestionowane, ale w rzeczywistości jest wymagane. Dlatego niezrozumiałe jest, dlaczego obliczeń 3D nie należy stosować do obliczeń całych budynków.
Światowe efekty uboczne 3D
W wielu przypadkach model obliczeniowy 3D ilustruje wynik znacznie lepiej niż kilka mniejszych modeli częściowych. Zachowanie konstrukcji można lepiej zrozumieć dzięki wizualizacji odkształceń, naprężeń i sił.
Modele te zapewniają również profesjonalne wrażenie na zaangażowanych stronach i zapewniają dobrą reputację inżyniera konstrukcyjnego. Modele te można również wykorzystać do określania masy początkowej i szacowania kosztów. Dzięki wspomnianej elastyczności można zoptymalizować kształt, funkcję i ciężar.
Podsumowanie
Istnieje wiele powodów, dla których zalecamy stosowanie modeli 3D w analizie statyczno-wytrzymałościowej. Modele 2D i 3D nie konkurują ze sobą, lecz się uzupełniają. Oczywiście zdarzają się również proste przypadki, w których model 3D nie ma żadnych zalet i określa prawidłowe wyniki. W obu przypadkach to inżynier decyduje, który model wybrać.
