ПРОЕКТИРОВАНИЕ и РАСЧЕТ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ
с помощью отечественной системы автоматизированного проектирования APM Civil Engineering

APM Civil Engineering - CAD/CAE Система автоматизированного расчета и проектирования конструкций для промышленного и гражданского строительства. Это российский программный продукт, разрабатываемый компанией Научно-технический центр «АПМ».

Имеющиеся в системе APM Civil Engineering возможности инструментального обеспечения позволяют решать обширный круг прикладных задач:

• Проектировать металлические конструкции при различных видах нагружения и закрепления с возможностью автоматического подбора поперечных сечений и генерацией стандартных узлов соединений металлоконструкций;
• Проектировать железобетонные конструкции - проводить автоматический подбор параметров арматуры, необходимой для армирования бетонных ригелей, колонн, плит, а также армирования каменных конструкций; выполнять расчет фундаментов;
• Проектировать деревянные конструкции, рассчитывать металлические зубчатые пластины и нагели для соединения в узлах, а также получать на все элементы конструкции схему распиловки;
• Рассчитывать элементы соединений вышеперечисленных конструкций с оценкой статической и усталостной прочности (в форме проектировочного и проверочного расчетов);
• Создавать конструкторскую документацию;
• Использовать при проектировании поставляемые базы данных стандартных изделий и материалов, а также создавать свои собственные базы под конкретные направления деятельности предприятия.

Использование системы APM Civil Engineering позволит сократить сроки проектирования и уменьшить стоимость проектных работ. Как результат, ваши конструктивные решения окажутся более привлекательными и конкурентоспособными на рынке. Модуль прочностного анализа APM Structure3D, входящий в состав системы APM Civil Engineering, имеет сертификат № РОСС RU.СП 15.Н00327 на соответствие требованиям следующих нормативных документов:

• СНиП 2.01.07-85* Нагрузки и воздействия;
• СНиП II-7-81 Строительство в сейсмических районах;
• СНиП II-23-81* Стальные конструкции;
• СНиП II-22-81 Каменные и армокаменные конструкции;
• СП 52-101-2003 Бетонные и железобетонные конструкции без предварительного напряжения арматуры;
• СП 50-101-2004 Проектирование и устройство оснований и фундаментов зданий и сооружений;
• СП 50-102-2003 Проектирование и устройство свайных фундаментов;
• СТО 36554501-002-2006 Деревянные клееные и цельнодеревянные конструкции. Методы проектирования и расчета.

В системе APM Civil Engineering возможно провести полный цикл работ, необходимых для получения результата по оценке прочности спроектированной конструкции:

Перечисленные возможности системы позволяют использовать ее при расчетах различных строительных конструкций, в том числе, и выполненных по технологии «ЭКОПАН». Далее приведем ряд примеров подобных проектов.

• из предлагаемого набора конечных элементов создать расчетную модель конструкции;
• указать условия ее опирания на грунт (с возможностью дальнейшего расчета фундаментов);
• задать внешние и внутренние нагрузки, предусмотренные соответствующими нормативными документами;
• провести все необходимые типы расчетов;
• выдать результаты для анализа работоспособности конструкции.

Проверочный прочностной расчет трехэтажного одноподъездного жилого дома
на основное сочетание нагрузок
(город Новомосковск, Тульской области)

Исходные данные

Основная часть здания (стены и перекрытия) представляет собой каркас из сэндвич панелей с обшивкой брусом из сосны. Внешние стены облицованы кирпичом. Лестничные клетки выполнены из кирпичной кладки в 3 этажа, фундамент и техническое подполье – из железобетонных свай и ФБС, монолитного пояса и кирпичной кладки. Конструкция здания моделировалась с помощью стержневых и оболочечных конечных элементов.

Рис. 2. Расчетная модель здания в системе APM Structure3D

Характеристики грунта

Основные характеристики грунта под рассчитываемым зданием задаются в специальном диалоговом окне «Слои грунта».

Расшифровка параметров в столбцах таблицы:

1 - №; 2 - Имя; 3 - Тип; 4 - Подтип; 5 - Толщина (м); 6 - Уровень (м); 7 - Плотность (кг/м3);
8 - Угол внутреннего трения (градус); 9 - Удельное сцепление (кПа);
10 - Коэф. поперечной деформации; 11 - Модуль деформации (МПа).

Нагрузки и воздействия

В соответствие с техническим заданием и действующими нормативными документами производится нагружение конструкции:
1. Постоянные нагрузки (собственный вес конструкции, вес покрытий, нагрузка от веса лестничного марша)
2. Полезные нагрузки (распределенная нормативная нагрузка на плиты перекрытий, на перекрытия коридоров и лестничный марш, на чердачное перекрытие;
3. Ветровая нагрузка;
4. Снеговая нагрузка.

Рис. 8. Изображение всех нагрузок на расчетной модели

После задания всех оговоренных в техническом задании нагрузок по отдельным загружениям, создаются линейные комбинации загружений, в которые каждое из загружений входит с соответствующими коэффициентами. Также может быть проведен расчет РСУ.

Проведение расчета и анализ результатов

Для анализа работоспособности конструкции здания проводится статический расчет и расчет устойчивости с использованием метода конечных элементов в модуле APM Structure3D (входит в состав системы автоматизированного расчета и проектирования конструкций для промышленного и гражданского строительства APM Civil Engineering).

 

Рис.9 Карта распределения эквивалентных напряжений по Мизесу (МПа)	Рис.10. Карта суммарных перемещений (мм)

 

Рис.11 Карты распределения эквивалентных напряжений в стеновых элементах каркаса	Рис.12. Карты распределения эквивалентных напряжений в стержневых элементах каркаса

 

Рис.13 Карта суммарных перемещений в стеновых элементах каркаса	Рис.14. Карты суммарных перемещений в стержневых элементах каркаса

По приведенным картам результатов можно сделать однозначные выводы о том, что при заданных условиях нагружения конструкции здания обеспечивает необходимые прочностные и жесткостные характеристики.

При необходимости возможно проведение уточняющих расчетов по отдельным частям или элементам конструкции. Для примера приведем данные по расчету междуэтажного перекрытия данного дома.

 

Рис.15 Общий вид расчетной модели перекрытия	Рис.16. Фрагмент расчетной модели (балки «Nascor»)

 

Рис.17 Карта эквивалентных напряжений	Рис.18. Карта суммарных перемещений

Наряду с деревянными элементами конструкции здания анализу прочности подвергаются и остальные его части, например, кирпичная кладка лестничной клетки и железобетонные элементы, относящиеся к фундаменту.

Рис. 19. Работа с армокаменными элементами конструкции лестничной клетки

Рис. 20. Работа по проверке железобетонных элементов фундамента

На основании проведенных вычислений и полученных результатов можно сделать выводы о работоспособности каждого элемента и всей конструкции в целом.

Прочностной расчет трехэтажного жилого дома на основное сочетание нагрузок
(г. Боровичи Новгородской области)

Исходные данные

Основная часть здания (стены и перекрытия) представляет собой каркас из сэндвич панелей с обшивкой брусом из сосны. Лестничные клетки выполнены из кирпичной кладки в 2 этажа, фундамент и техническое подполье – из железобетонных элементов.

Задание характеристик грунта под зданием и внешних нагрузок производим аналогичным образом, как и в предыдущем проекте.

Рис. 21. Общий вид силового каркаса здания в APM Structure3D (расчетная модель)

Рис. 22. Общий вид здания с одним из вариантов нагружения

 

Рис. 23. Общий вид перекрытий на отметках +0,0; +3,0; +6,0	Рис. 24. Стержневой каркаса здания выше отметки +0,0 в соответствии с раскладкой стеновых панелей и панелей перекрытия

 

Рис. 25. Моделирование пластинами кирпичной кладки лестничных клеток здания выше отметки +0,000 (толщина 250 мм)	Рис. 26. Моделирование пластинами ж/б стен технического подполья здания от отметки -1,800 до +0,000 Розовый цвет - 400 мм, Синий цвет - 300 мм

Проведение расчета и анализ результатов

Для анализа работоспособности конструкции здания проводится статический расчет и расчет устойчивости с использованием метода конечных элементов в модуле APM Structure3D (входит в состав системы автоматизированного расчета и проектирования конструкций для промышленного и гражданского строительства APM Civil Engineering).

Рис. 27. Карта распределения эквивалентных напряжений

Рис. 28. Карта распределения суммарных перемещений

Рис. 29. Карта распределения коэффициента запаса прочности элементов конструкции здания

На основании результатов выполненных расчетов, проводится оценка прочности и жесткости конструкции, а также выясняются вопросы ее устойчивости. Нагрузки, собранные с основной конструкции автоматически передаются на стены технического подполья, что позволяет провести расчеты соответствующих железобетонных элементов.

В заключение данного раздела хочется отметить, что система APM Civil Engineering, как показывают примеры представленных проектов, способна решать различные задачи, связанные с расчетами прочности строительных конструкций. Проведение расчетного анализа должно стать неотъемлемой частью любого строительного проекта, чтобы можно было обоснованно подтвердить принятые конструктивные решения или выявить и исправить возможные проблемы еще на этапе проектирования.