Инженерный анализ зданий на основе решений Dassault Systèmes

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.

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

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

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

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

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.