С 2015 г. — момента приобретения права на использование ПК SOFiSTiK 2014 — РУП «Институт БелНИИС» активно использует указанный расчетный программный комплекс при выполнении сложных инженерных расчетов. С помощью ПК SOFiSTiK успешно осуществляются расчеты конструкций высотных зданий, железобетонных резервуаров, конструкций зданий повышенной этажности, усилений поврежденных конструкций зданий и сооружений. Кроме того, ПК SOFiSTiK активно применяется в научных целях для решения задач, связанных со сложными динамическими расчетами.
Использование ПК SOFiSTiK 2014 на примере трёх сооружений в Минске
1. Расчет каркаса и конструкций фундаментов высотной части многофункционального комплекса
Высота надземной части высотного здания составляет 189 м, размеры в плане 82,5х37,5 м (см. рисунок 1).Расчет каркаса здания выполнен на основе пространственной расчетной схемы, при этом работа грунтового основания моделируется упругим полупространством с учетом работы свай, что позволяет максимально точно учесть совместную работу свайного основания и надземной части здания.
Конструктивная система здания — каркасная с центральными лестнично-лифтовыми ядрами жесткости.
Здание запроектировано в монолитном исполнении. По наклонной плоскости запроектирована пространственная металлическая конструкция наклонного фасада и покрытия здания.
Расчет каркаса здания выполнен по двум группам предельных состояний на соответствующие сочетания воздействий в линейной постановке с учетом стадийности возведения. В нелинейной постановке оценивался прогиб междуэтажных перекрытий здания.
Рисунок 1. Конечно-элементная модель высотной части многофункционального комплекса
2. Расчет высотной части гостинично-делового комплекса
В плане высотное здание (рисунок 2) имеет размеры 49,5х24,3 метров. Высота надземной части здания составляет 91 метр.Конструктивная система здания — каркасная с центральными лестнично-лифтовыми ядрами жесткости.
Здание запроектировано в монолитном исполнении.
Рисунок 2. Конечно-элементная модель высотной части гостинично-делового комплекса
3. Высотная часть многофункционального торгово-административного здания
Высота надземной части высотного здания (рисунок 3) составляет 80.1 метров.Конструктивная система высотного здания ствольно-стеновая. Вертикальными несущими элементами высотного здания служат центральное замкнутое ядро (ствол), расположенные по наружному контуру прямолинейные стены-пилоны и замкнутые прямоугольные диафрагмы лестничных узлов.
Конструктивная схема — рамно-связевая. Пространственная устойчивость обеспечивается жесткостью рамных узлов, жесткостью пилонов, центрального замкнутого ядра, жестко защемленных в фундамент и объединенных монолитными дисками перекрытий.
Рисунок 3. Конечно-элементная модель высотной части многофункционального торгово-административного здания
Рисунок 4. План типового этажа высотной части многофункционального торгово-административного здания
Преимущества применения программного комплекса SOFiSTiK при проектировании высотных зданий
SOFiSTiK представляет собой мощный программный комплекс высокого уровня для расчета и проектирования зданий и сооружений с широким спектром возможностей по расчету и моделированию.По результатам применения вышеупомянутого программного комплекса можно утверждать, что помимо объемного набора программных модулей для расчета и проектирования надземной части зданий и фундаментов, SOFiSTiK обладает достаточно широкими возможностями по решению геотехнических задач. Благодаря этому сочетанию в одном программном комплексе возможно полное моделирование сооружения с учетом взаимодействия основание – фундамент – сооружение, что позволяет уйти от итерационного и трудозатратного процесса передачи информации в виде осадок, реакций основания и нагрузок от надземной части между геотехническим комплексом и комплексом, применяемым для расчета и проектирования надземной части.
В ряде вышеупомянутых работ по расчету уникальных объектов, выполненных РУП «Институт БелНИИС», производилось полноценное КЭ моделирование зданий с учетом взаимодействия основание – фундамент – сооружение. Например, при расчете высотного здания многофункционального комплекса (см. рисунок 1) в г. Минске моделирование выполнялось как в полноценной 3d конечно-элементной постановке с применением модели упрочняющегося грунта (GRAN), так и с применением упрощенной модели нелинейного полупространства (модуль HASE). Сравнение результатов расчета показало удовлетворительную сходимость усилий, получаемых в фундаментах и конструкциях надземной части, при применении двух различных моделей основания.
В связи с необходимостью расчета железобетонных и металлических конструкций в РБ по европейским стандартам, необходимо отметить полноценную реализацию Eurocode в SOFiSTiK. Реализованные в SOFiSTiK нелинейные модели железобетонных стержней и оболочек значительно упрощают оценку конструкций по второй группе предельных состояний и автоматизируют процесс расчета в особых расчетных ситуациях. Это преимущество SOFiSTiK было активно использовано РУП «Институт БелНИИС» при оценке сопротивления прогрессирующему обрушению высотных зданий.
SOFiSTiK обладает большими возможностями по моделированию ветровых нагрузок, такими как:
- встроенный CFD решатель (DOLFYN) для моделирования потоков жидкостей и газов. С помощью него возможно выполнение анализа аэродинамической обстановки;
- генератор ветровой нагрузки по различным нормам проектирования;
- генератор искусственных акселерограмм ветра;
- прямой динамический решатель, применяемый для расчета конструкций на ветровое воздействие в виде искусственной акселерограммы, выполняемый с целью определения эффектов динамического взаимодействия сооружения и ветра.