Конструктивная концепция и устойчивость
В начале строительного проекта необходимо детально обдумать, каким образом должна функционировать конструкция. Возникает много вопросов, например максимально возможный шаг колонн и балок, расположение стропильных и стеновых связей, изготовление фундамента. Требуется расчет несущей конструкции здания.
Даже у зданий, которые кажутся очень простыми, могут возникнуть вопросы исключения элементов жесткости или их оптимального расположения. При работе с планами, фасадами и разрезами не так просто понять способ передачи и траекторию нагрузок. Кроме того, 3D модель позволяет лучше понять распределение сил и их передачу к фундаменту. Понимание функции конструкций является основой для эффективного проектирования всей конструкции. Выявление недостатка устойчивости также имеет огромное значение с точки зрения безопасности.
В упрощенной плоскостной двумерной модели проблемы устойчивости, такие как потеря продольной устойчивости или простое опрокидывание конструкции, исключены по определению. Подобные проблемы не возникают во время расчета, поэтому их можно упустить из виду. В трехмерных расчетах при этом проектировщик вынужден учитывать механизмы пространственного выхода из работы. Таким образом, ошибки проектирования конструкций в большинстве случаев непременно обнаружатся в расчете.
2577x
238x
В трехмерном проектировании можно лучше оценить вероятность общей потери устойчивости по целой модели.
Информационное моделирование строительства предоставляет 3D модели
Использование современных методов проектирования, таких как информационное моделирование строительства, основано на 3D-моделях. Они являются также основой для проектирования конструкций и могут послужить обобщенными исходными моделями для расчета. Таким образом, в идеальном случае уже имеется 3D модель для расчета конструкций, благодаря чему мы можем сэкономить свое время.
Во многих случаях, когда требуется предварительный расчет или простая оценка конструкции для нахождения подходящего варианта, это может быть быстрым и полезным решением. Еще одна тенденция заключается в полностью параметризованном проектировании, когда расчет конструкций в полной мере связан с архитектурным программным обеспечением. С помощью целенаправленных изменений параметров можно проверить и автоматически рассчитать множество вариантов.
Двумерности недостаточно для всех конструкций и типов зданий
Если здание нельзя легко разделить на части конструкций с четкой передачей нагрузок, то зачастую не существует другого способа, кроме применения 3D-модели. Не все здания имеют регулярную структуру. Это усложняет и затрудняет контроль передачи нагрузок. Поскольку возникают неопределенности, то приходится работать с максимальными допущениями нагрузок, чтобы не допустить ошибок. Это приводит к неэффективным результатам.
Моделирование воздействий на общей модели часто яснее и проще.
Программы для трехмерного расчета могут автоматически генерировать нагрузки для стандартизованных форм здания, например, собственный вес, ветровые или снеговые нагрузки. Обязательным условием является знание размеров здания. Если вы используете полные модели, то можете легко получить данные размеры из модели. Можно автоматически применить к конструкции профили ветровой и снеговой нагрузки. При изменении геометрии нагрузки изменяются автоматически. Моделирование в цифровой аэродинамической трубе возможно только для 3D моделей.
Динамический расчет двумерных моделей зачастую недостаточен
При выполнении сейсмических расчетов или других динамических расчетов возникают пространственные собственные формы, которые необходимо учесть.
Также необходимо соответствующим образом произвести наложение сейсмических возбуждений в направлениях x и y. Особую роль играют случайные скручивающие нагрузки. Таким образом, без применения 3D-моделей можно обойтись только в самых простых случаях.
Гибкость при внесении изменений
Для процесса проектирования характерно внесение изменений. Для строительного процесса важно всегда знать, что можно реализовать с конструктивной точки зрения и какие изменения выполнимы. В традиционном расчете конструкций это может означать, что все допущения нагрузок должны быть пересмотрены.
В полной трехмерной модели конструкции измененные силы автоматически включены в систему и передаются от одного элемента другому. При выполнении нового вычисления все расчеты обновляются. Обычно этим компенсируется первоначально более высокая трудоемкость ввода данных.
Проблемные условия опирания при создании частичных моделей
При выделении частичных моделей из общей модели необходимо задать точки соединения частичной модели с вводом опор. Поскольку жесткости в данных точках соединения в большинстве случаев неизвестны или трудно определимы, то для упрощения применяются шарнирные или жесткие опоры. Такие допущения являются правильными только при определенных условиях и неизбежно приводят к иным результатам по сравнению с моделями, в которых жесткости в данных точках соединения получены из общей модели.
Детальный расчет конструкций имеет смысл только с 3D моделью
Применение трехмерных оболочечных моделей, например в расчете соединений стальных конструкций, соответствует современному уровню техники. Без 3D решения подобные расчеты бы были невозможны. В подобных случаях применение 3D моделей не подвергается сомнению, оно просто необходимо. Поэтому не вполне понятно, почему бы трехмерные расчеты не следовало применить для расчета целых зданий.
Сопутствующие эффекты трехмерного мира
Во многих случаях 3D расчетная модель предоставляет гораздо более наглядный результат, чем несколько меньших частичных моделей. Конструктивные свойства можно понять гораздо лучше, кроме прочего, благодаря визуальному изображению деформаций, напряжений и сил.
Данные модели также производят хорошее профессиональное впечатление на заинтересованные стороны и обеспечивают хорошую репутацию проектировщикам. Кроме того, модели можно применить для определения объема работ и расчета затрат. Благодаря упомянутой гибкости можно оптимизировать форму, функции и массу.
Заключение
Существует множество причин, по которым рекомендуется применять 3D модели в расчете и проектировании конструкций. При этом двумерные и трехмерные модели не конкурируют друг с другом, а дополняют друг друга. Конечно, существуют простые случаи, когда 3D модель не дает преимуществ и более эффективных результатов. В любом случае именно инженер-проектировщик решает, какой способ моделирования выбрать.
