Алгоритм построения расчетно-ориентированной модели в 2D-редакторе

Расчетно-ориентированная модель (РОМ) - это модель, созданная в универсальной системе проектирования и предназначенная для экспорта в МКЭ-программу.

РОМ идеализирована по сравнению с конструктивной моделью; например, в ней устранены незначительные несоосности объектов, некоторые конструкции заменены нагрузками. С другой стороны, РОМ имеет усложняющую специфику, связанную с разбивкой объектов на конечные элементы и с необходимостью включения в модель информации о нагрузках.

Современные универсальные системы проектирования - векторные 2D-редакторы - не имеют средств для построения сложных пространственных моделей, разновидностью которых является РОМ. Ситуацию можно исправить, добавив в векторный редактор элементы технологии 2D+. Предлагаемый алгоритм можно рассматривать как продолжение статьи "Технология построения конструктивной модели здания по рабочим чертежам", демонстрирующее пример практического применения этой технологии.

Рабочий алгоритм, решающий поставленную задачу, должен включать в себя следующие пункты.

1. Описание основных интерпретируемых объектов, необходимых для построения пространственной модели.
2. Описание процедуры генерации пространственной модели на основе заданных интерпретируемых объектов.
3. Описание процедуры построения расчетно-ориентированной модели на основе сгенерированной пространственной модели, в том числе:
   • генерацию сетки конечных элементов;
   • приложение нагрузок;
   • формирование файла исходных данных на входном языке МКЭ-программы.

Пункт 3 отсутствует, так как уже достаточно давно реализован во многих системах моделирования.

I. Интерпретируемые объекты

1. Рабочее поле (рис. 1)

1.1. Общее описание

1.2. Комментарии

2. Объект "Лист" (рис. 2)

2.1. Общее описание

• объект "Прямоугольник", моделирующий рамку листа;
• табличный объект, моделирующий штамп листа.

2.2. Редактируемые параметры

2. Текстовый объект "Идентификатор листа" (номер листа). и т.д.

2.3. Комментарии

При формировании расчетной модели учитываются только объекты, расположенные внутри рамки "Листа".

3. Объект "Полигон" (рис. 3)

3.1. Общее описание

3.2. Редактируемые параметры

2. Ширина и тип линии границ полигона.

3. Штриховка/заливка полигона.

3.3. Комментарии

Видимость полигонов на чертеже определяется стеком видимости объектов. Механизм работы со стеком должен обеспечивать возможность пересылки объектов на передний или на задний план.

4. Объект "Вид" (рис. 4)

4.1. Общее описание

• объект "Полигон", обозначающий границы вида;
• табличный объект "Заголовок вида".

1. "Идентификатор вида".

2. "Отметка (отметки) плана" (если вид – план этажа).

3. "Высота этажа" (если вид – план этажа).

4. "Масштаб вида".

4.2. Редактируемые параметры

2. Текстовые поля таблицы "Заголовок вида".

4.3. Комментарии

Все операции ввода и редактирования объектов, принадлежащих виду, выполняются в масштабе вида. Планы этажей являются главными ("ведущими") видами при описании конструкции здания. Соответственно, объекты (проекции конструктивных элементов), размещенные на планах, являются ведущими объектами. На планах зафиксирована информация о координатах X и Y конструктивных элементов.

Объекты (проекции конструктивных элементов), размещенные на разрезах, являются вспомогательными. Они служат источником дополнительной информации о конструктивных элементах, в частности, о координатах Z.

5. Объект "Колонна" (рис. 5-1, 5-2, 5-3)

5.1. Общее описание

1 – условная (в виде габаритного прямоугольника) проекция колонны на плане (сечение колонны);

2 – условная (в виде габаритного прямоугольника) проекция колонны на разрезе;

3 – реальное сечение колонны в виде параметрического описания в строке таблицы "Сечения элементов" (см. ниже).

В состав условных обозначений объекта "Колонна" входят:

• объект "Полигон" (прямоугольник), обозначающий условные габариты колонны;
• отрезки, обозначающие оси колонны.

5.2. Редактируемые параметры

2. Текстовые поля в соответствующей строке таблицы "Сечения элементов".

5.3. Комментарии

6. Объект "Балка" (рис. 6-1, 6-2, 6-3, 6-4, 6-5)

6.1. Общее описание

1 – условная (в виде габаритного прямоугольника) проекция балки на плане или разрезе;

2 – условная проекция балки на плоскости (плане или разрезе), параллельной оси Y1 местной системы координат балки;

3 – условная проекция балки на плоскости (плане или разрезе), параллельной оси Z1 местной системы координат балки;

4 – условная проекция (сечение) балки на разрезе, плоскость которого перпендикулярна продольной оси балки (используется для горизонтально расположенных балок);

5 – реальное сечение балки в виде параметрического описания в строке таблицы "Сечения элементов" (см. ниже).

Для однозначного задания балки достаточно, чтобы на чертежах присутствовала пара ее условных обозначений из списка 1...4 (в любом сочетании) и условное обозначение 5.

В состав условных обозначений объекта "Балка" входят:

• объект "Прямоугольник", обозначающий условные габариты балки;
• отрезки, обозначающие оси балки.

6.2. Редактируемые параметры

2. Текстовые поля в соответствующей строке таблицы "Сечения элементов".

7. Объект "Стена" (рис. 7-1, 7-2, 7-3)

7.1. Общее описание

1 – условная (в виде Мультилинии) проекция соединенных прямолинейных участков стены на плане этажа;

2 – проекция (фасад) прямолинейного участка стены на разрезе;

3 – толщина стены в строке таблицы "Сечения элементов".

Объект "Стена" на плане состоит из объекта "Мультилиния", обозначающей участки стены в виде проекций боковых граней и срединной плоскости участков. Объект "Стена" на разрезе состоит из объекта "Полигон", обозначающего фасад прямолинейного участка стены.

7.2. Редактируемые параметры

2. Толщина стены в соответствующей строке таблицы "Сечения элементов".

7.3. Комментарии

8. Объект "Плита" (рис. 8-1, 8-2, 8-3)

8.1. Общее описание

1 – проекция (плоскость) плиты на плане или разрезе;

2 – условная, в виде мультилинии, проекция плиты на разрезе (для плит, расположенных перпендикулярно плоскости разреза);

3 – толщина плиты в строке таблицы "Сечения элементов".

Объект "Плита" на плане/разрезе состоит из объекта "Полигон", обозначающего конфигурацию плиты. Объект "Плита" на разрезе состоит из объекта "Мультилиния", обозначающей плиту в виде проекций верхней и нижней граней плиты и срединной плоскости плиты.

8.2. Редактируемые параметры

2. Толщина плиты в соответствующей строке таблицы "Сечения элементов".

9. Объект "Проем" (рис. 9-1, 9-2)

9.1. Общее описание

1 – проекция проема на видовой плоскости, параллельной плоскости X1Y1 местной системы координат проема;

2 – условная проекция проема на видовой плоскости, параллельной оси Z1 местной системы координат проема.

В состав объекта "Проем" входят:

• объект "Полигон", обозначающий конфигурацию (площадь) проема;
• объект "Прямоугольник", обозначающий габариты проема по высоте (глубине).

9.2. Редактируемые параметры

2. Глубина проема.

9.3. Комментарии

10. Объект "Отметка" (рис. 10)

10.1. Общее описание

1 – текстовый объект в прямоугольной рамке; 2 – текстовый объект в прямоугольной рамке с выносной линией.

В состав объекта "Отметка" входят:

• текстовый объект, обозначающий высотную отметку в системе координат здания;
• прямоугольник, обрамляющий текст; - отрезок, обозначающий выносную линию (для варианта 2).

10.2. Редактируемые параметры

2. Расположение обрамленного текста.

3. Расположение точки-указателя выносной линии.

10.3. Комментарии

11. Объект "Марка элемента" (рис. 11)

11.1. Общее описание

• текстовый объект, содержащий марку элемента;
• прямоугольник, обрамляющий текст;
• отрезок, обозначающий выносную линию.

11.2. Редактируемые параметры

2. Расположение обрамленного текста.

3. Расположение точки-указателя выносной линии.

11.3. Комментарии

12. Объект "Координационная ось" (рис. 12)

12.1. Общее описание

• отрезок, обозначающий положение оси;
• текстовый объект, содержащий имя оси;
• окружность, обводящая текст.

12.2. Редактируемые параметры

2. Диаметр окружности.

12.3. Комментарии

13. Объект "Уровень" (рис. 13)

13.1. Общее описание

• отрезок, обозначающий положение линии уровня;
• отрезок, обозначающий выносную линию;
• прямоугольник, обрамляющий текст;
• текстовый объект, содержащий значение отметки уровня.

13.2. Редактируемые параметры

2. Расположение обрамленного текста

3. Расположение точки-указателя уровня.

13.3. Комментарии

14. Объект "Указатель разреза" (рис. 14)

14.1. Общее описание

• отрезки, обозначающие линию и "направление" разреза;
• текстовые объекты, задающие идентификатор указателя разреза.

14.2. Редактируемые параметры

2. Направление разреза.

3. Протяженность разреза.

14.3. Комментарии

15. Объект "Сечения элементов"

15.1. Общее описание

1. "Марка элемента"
Произвольный набор символов

2. "Тип сечения"
Может принимать значения из каталога доступных сечений

3.... "Параметры сечения"
Набор чисел, зависящий от типа сечения

Связь сечений, описанных в строках таблицы, с конструктивными элементами, расположенными на различных видах, осуществляется с помощью графы "Марка элемента".

15.2. Редактируемые параметры

2. Добавление/удаление строк таблицы.

3. Размеры таблицы.

15.3. Комментарии

II. Генерация пространственной модели на основе заданных интерпретируемых объектов

1. Формирование списков объектов

1.1. Список "Листы"

1.2. Список "Виды"

1.3. Список "Колонны"

1.4. Список "Вертикальные координационные оси"

1.6. Списки "Балки", "Стены", "Плиты", "Проемы", "Отметки", "Марки элементов", "Уровни", "Указатели разрезов"

2. Корректировка списка видов

• найти в списке "Листы" лист, которому принадлежит текущий вид. Вид принадлежит листу, если находится внутри рамки листа. Если вид не принадлежит ни одному листу, удалить текущий вид из списка видов;
• сформировать значение и заполнить поле "Полный идентификатор вида". Полный идентификатор вида состоит из идентификатора вида (см. объект "Вид") и идентификатора листа (см. объект "Лист");
• на основе данных таблицы "Заголовок вида" (см. объект "Вид") определить значение и заполнить поле "Тип вида" (план или разрез).

2.2. На основе анализа данных, содержащихся в заголовках планов этажей, сформировать упорядоченный список "Этажи".

2.3. Для всех планов этажей заполнить поле "Ссылка на этаж в списке этажей".

3. Корректировка списков колонн, балок, стен, плит, проемов, отметок, марок элементов, уровней, указателей разрезов

3.1. Пройти по всем колоннам списка колонн.

• найти в списке "Виды" вид, которому принадлежит текущая колонна. Колонна принадлежит виду, если точка 1 находится внутри рамки вида. Если не найден ни один вид, удалить текущую колонну из списка колонн.
• заполнить поле "Вид" значением, равным номеру найденного вида.

3.2. Разбить список колонн на два списка:

• в первом списке разместить колонны, изображенные на планах (конструктивные элементы, изображенные на планах, являются ведущими объектами);
• во втором списке – колонны, изображенные на разрезах (конструктивные элементы, изображенные на разрезах, являются ведомыми объектами).

3.3. Для балок, стен, ..., указателей разрезов выполнить действия, аналогичные п.п. 3.1, 3.2.

4. Корректировка списков вертикальных и горизонтальных координационных осей

4.2. Выполнить процедуру формирования системы координат здания XYZзд. На основе анализа планов этажей, содержащих вертикальные координатные оси, построить упорядоченный список "Привязки вертикальных координационных осей".

Аналогичным образом построить список "Привязки горизонтальных координационных осей". 4.3. Для каждой вертикальной (горизонтальной) координационной оси заполнить поле "Привязка оси к началу системы координат XYZзд".

5. Построение трехмерной модели балки (рис. 15)

Для каждой ведущей балки выполнить:

• определить координаты узлов балки в плане (п. 5.2);
• определить координаты узлов балки по высоте (п. 5.3);
• определить тип и параметры сечение балки (п. 5.5);
• поместить балку в базу данных трехмерных объектов и нарисовать ее в окне отображения трехмерной модели (п. 5.6).

• найти в списке вертикальных координационных осей ось, изображенную на том же виде (плане), что и балка;
• определить координаты X начального, конечного и "реперного" узлов балки;
• найти в списке горизонтальных координационных осей ось, изображенную на том же виде (плане), что и балка;
• определить координаты Y начального, конечного и "реперного" узлов балки.

Необходимо найти координаты Z (в системе координат здания) начального, конечного и "реперного" узлов балки. Выполнить:

• найти в списке указателей разрезов указатель, удовлетворяющий условиям:
  а) указатель изображен на том же виде (плане), что и балка;

  б) балка расположена в области "действия" указателя разреза;

  Для найденного указателя разреза выполнить:
  • на основе идентификатора указателя разреза сформировать идентификатор вида (разреза), напр. "Разрез 2-2";
  • найти в списке балок, изображенных на разрезах, ведомую балку, удовлетворяющую условиям:
    а) балка принадлежит виду (разрезу) с данным

    идентификатором; б) балка лежит в диапазоне высот ведущей балки (см.п.5.4).

    В процессе выполнения этого пункта определяются координаты Z начального, конечного и "реперного" узлов ведомой балки;

    в) проекция балки на ось X2 системы координат вида (разреза) "равна" проекции ведущей балки на ось X2 системы координат указателя разреза.

  Ведомая балка, удовлетворяющая условиям а), б), в), является проекцией ведущей балки на вертикальную плоскость (на плоскость разреза). Координаты Z узлов моделируемой балки равны координатам Z узлов найденной ведомой балки.
  
  Рис. 15. Пример построения трехмерной модели диагональной стропильной балки

  5.4. Проверка высотного расположения ведомой балки

  Необходимо проверить, лежит ли ведомая балка в диапазоне высот плана этажа, на котором расположена ведущая балка.

  5.4.1. Определение высотных координат ведомой балки Выполнить:

  • найти в списке уровней уровень, изображенный на том же виде (разрезе), что и ведомая балка;
  • определить в системе координат XYZзд координаты Z начального, конечного и "реперного" узлов ведомой балки
  5.4.2. Определение диапазона высот вида (плана этажа), на котором расположена ведущая балка Пройдя по цепочке: ведущая балка (список балок) -> вид (список видов) -> этаж (список этажей), получить значения отметки низа этажа и высоты этажа.

  5.4.3. Сделать вывод о принадлежности ведомой балки диапазону этажа. Балка лежит в диапазоне этажа, если хотя бы один ее узел лежит на границе или находится внутри диапазона.

  5.5. Определение типа и параметров сечения балки. Необходимо в таблице "Сечения элементов" найти строку, описывающую сечение балки.

  Выполнить:

  • найти в списке марок элементов марку, удовлетворяющую условиям:
  • а) марка изображена на том же виде (плане), что и ведущая балка;

    б) указатель марки "лежит" на продольной оси балки;

  • найти в таблице "Сечения элементов" строку, соответствующую найденной марке.

В результате выполнения п.п. 5.2-5.5 собрана полная информация, определяющая трехмерное представление балки:

• координаты конечных и реперного узлов;
• тип и параметры сечения.

Заключение