Опыт применения ПК SOFiSTiK в инженерных расчетах при проектировании высотных зданий

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

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

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

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

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.