isicad: Инженерный анализ зданий на основе решений Dassault Systemes

Г-н Мориваки возглавляет подразделение глобального маркетинга для индустрии AEC в Dassault Systèmes. Он отвечает за запуск, реализацию и продвижение инновационных решений, таких как «Оптимизированное строительство», «Проектирование фасадов для производства» и «Проектирование гражданских объектов для производства». Является членом buildingSMART.

Оригинал: http://blogs.3ds.com/perspectives/simulation-for-buildings/. Перевод Елены Семухиной.

Эта публикация составлена из нескольких фрагментов статьи «Simulation in Architecture, Engineering and Construction». Чтобы прочитать статью целиком, скачайте ее полный текст.

В приложении CATIA Building Structure, построенном на базе платформы 3DEXPERIENCE, реализован целостный подход к проектированию и анализу зданий. В этом примере мы работаем с моделью 25-этажного стального здания, изображенного на рис. 1. Для колонн и балок используются типовые элементы стальных конструкций. В данном случае нам нужно понять, почему происходит потеря несущей способности у части колонн в центральной части здания.

Контурная диаграмма на рис. 1 показывает естественную вертикальную сдвиговую деформацию конструкции, вызванную действием силы тяжести. Уменьшение несущей способности в центре отображается заметным изменением значений в этой области. В этом анализе учитывается только собственный вес конструкции.

Рис. 1. Контуры вертикальной деформации строительной конструкции под действием собственного веса. В центральной части наблюдается сдвиг значений.

На рис. 2 показана контурная диаграмма изгибающего момента в элементах из-за уменьшения несущей способности в центре. Очевидно, что снижение несущей способности приводит к увеличению изгибающих моментов в нижних центральных участках здания.

Рис. 2. Контуры изгибающего момента в элементах конструкции. Увеличенные значения изгибающего момента заметны в нижней центральной части здания.

В приведенном ниже примере показано использование CAE-пакета для конечно-элементного анализа Abaqus для изучения динамики изменения здания с течением времени с учетом деформации и повреждения материалов. Был проведен анализ проекта жилого дома Dalian Xiaoping Island. Результаты первоначального исследования пластической деформации на этаже, где были замечены изменения свойств каркасной стены, показаны на рис. 3. На этом рисунке контуры отражают значения главной максимальной пластической деформации.

Рис. 7. Контуры главной максимальной пластической деформации на этаже, где наблюдается изменение свойств стен.

На рис. 4 показана одна из конструкций Sun Valley, построенных для Shanghai Expo 2010. Это однослойные стальные решетчатые конструкции, состоящие из прямоугольных трубок, полых в боковых частях и сплошных в верхнем кольце. Необходимо было оценить стабильность этих конструкций с помощью детального анализа.

Рис. 4. Одна из конструкций Sun Valley на Shanghai Expo 2010. Изображение предоставлено архитектурной группой Shanghai Xian Dai.

На рис. 5 показаны контуры пластической деформации в типичных условиях нагрузки для одной из конструкций Sun Valley. Преимущество Abaqus для такого типа анализа заключается в том, что он является нелинейным решателем, который умеет работать с геометрической и материальной нелинейностью, а также с накапливаемой деформацией материалов.

Рис. 5. Контуры пластической деформации в типичных условиях нагрузки для одной из конструкций Sun Valley. Изображение предоставлено Архитектурной группой Shanghai Xian Dai.

Shanghai Xian Dai Architectural Design Group (SXDA) использует решения Dassault Systèmes для проектирования инновационных конструкций. Эти решения позволили SXDA достичь качества и совершенства в своих проектах, а также минимизировать затраты. SXDA разработала несколько ультрасовременных строений, среди которых Всемирный финансовый центр в Шанхае, здание CCTV в Пекине, центр искусств Zendai Himalayan и отель Taihu Pearl.

Центр искусств Zendai Himalayan имеет бионическую форму с криволинейными поверхностями. Изогнутые геометрические фигуры были разработаны в SXDA с помощью САПР CATIA, а конструкция в целом создавалась с использованием программной системы для инженерного анализа SIMULIA® Abaqus от Dassault Systèmes. Использование Abaqus помогло обнаружить участки, которые нуждались в дополнительном укреплении, а также некоторые места, где армирование можно было ослабить. В результате SXDA получила 10-процентную экономию стали, необходимой для возведения каркаса. При проектировании небоскребов, подобных Всемирному финансовому центру или зданию CCTV, показанному на рис. 6, SXDA выполняла расчеты с помощью Abaqus, при этом учитывались нелинейность геометрии и материалов, повреждения материалов, а также действие разрушения материалов на динамические характеристики конструкции при сейсмических колебаниях.

Рис. 6. Здание CCTV в Пекине. Изображение предоставлено архитектурной группой Shanghai Xian Dai.

Заключение

Для современных архитектурных проектов требуются инновационные формы и новые материалы. Чтобы обеспечить безопасность, надежность и утилитарность таких конструкций, необходимо тщательно просчитывать их структурное поведение.

Платформа 3DEXPERIENCE обеспечивает интегральный подход к проектированию и анализу зданий и мостов. Модели могут быть созданы, объединены и проанализированы с использованием встроенных инструментов, доступных в установленном программном обеспечении. В более сложных случаях вы можете с помощью Abaqus провести ряд углубленных исследований, таких как нелинейный упругопластический анализ с учетом деформаций, расчеты потоков поровых флюидов для фундаментов и туннелей, мультифизические исследования, включающие изучение термического и диффузионного эффектов, а также динамический анализ переходных процессов при сейсмических воздействиях.

Инженерный анализ зданий на основе решений Dassault Systèmes

Заключение