2 - 2007

Приложение для проектирования деревянных конструкций — новый продукт НТЦ АПМ

Вадим Шелофаст, Андрей Алехин, Сергей Григорьев

Развитие коттеджного и мансардного строительства предъявляет все новые требования к проектированию строительных деревянных конструкций. Оригинальные индивидуальные архитектурные решения существенно усложняют задачу для проектировщиков и расчетчиков, а многовариантная техническая проработка пожеланий заказчиков возможна только с использованием универсальных программных комплексов для расчета строительных конструкций.

Приложение проектирования деревянных конструкций разработано в Научно-техническом центре АПМ (г.Королев Московской обл.) и входит в состав универсального комплекса для проектирования строительных объектов APM Civil Engineering. Ранее уже сообщалось о разработке продукта APM Civil Engineering, в состав которого помимо инструментов для проектирования деревянных конструкций вошли модули проектирования металлических и железобетонных конструкций.

Приложение проектирования деревянных конструкций использует в качестве базового ядра модуль APM Graph и органично дополняет уже имеющиеся системы проектирования произвольных металлических и железобетонных конструкций на базе модуля конечно-элементного анализа APM Structure3D.

Основное назначение этого приложения — прочностной расчет деревянных конструкций, автоматизированное проектирование и расчет соединений металлическими зубчатыми пластинами (МЗП), а также получение распиловки каждого элемента.

Следует отметить, что одним из инициаторов этой разработки выступила компания «Техкомплект» (г.Дубна), производящая МЗП, которые применяются для надежного крепления элементов деревянных конструкций. Кроме того, эта компания принимала участие в финансировании этого проекта. Благодаря усилиям компаний НТЦ АПМ и ЗАО «Техкомплект» в России появился оригинальный программный продукт, не имеющий отечественных аналогов. До недавнего времени российским проектировщикам предлагались только импортные программные продукты, такие как Wolf (производитель — австрийская компания Wolf SystemBau GmbH) и MiTek (производитель — международная корпорация MiTek Industries).

Деревянные конструкции представляются в приложении как ферменные либо рамные произвольной конфигурации. Создание геометрической модели осуществляется с помощью библиотеки типовых конструкций или, при создании пользовательской модели, посредством отрисовки модели инструментальными средствами приложения. Если пользовательская конструкция отличается от типовой незначительно, то наиболее быстрым построение будет в случае использования типовой модели конструкции с последующим ее редактированием. Применение параметрической библиотеки обеспечивает значительное сокращение объемов построения моделей деревянных конструкций наиболее часто используемых конфигураций (рис. 1 и 2).

Рис. 1. Диалоговое окно выбора параметрической модели

Рис. 1. Диалоговое окно выбора параметрической модели

 

Рис. 2. Диалоговое окно задания параметров модели

Рис. 2. Диалоговое окно задания параметров модели

Инструментарий для работы с деревянными конструкциями является дополнением к средствам APM Graph, что позволяет использовать широкие функциональные возможности чертежно-графического редактора: привязки, диалог ручного ввода, орто-режим, простановка размеров, выделение, перемещение, копирование, удаление и т.д.

Применение чертежно-графического редактора позволяет работать с геометрической моделью конструкции, как с чертежом, с учетом масштаба и пропорциональности размеров элементов (рис. 3).

Рис. 3. Пример конструкции, созданной с помощью параметрической модели

Рис. 3. Пример конструкции, созданной с помощью параметрической модели

Редактирование осуществляется также в среде APM Graph с помощью мыши по принципу drag&drop или ввода параметров объектов с клавиатуры. Длинные балки (более 6 м) автоматически равномерно разбиваются исходя из условия обеспечения перевозки таким образом, чтобы длина каждой из них не превышала 6 м. Например, балки длиной от 6 до 12 м делятся пополам, от 12 до 18 м — на три части и т.д.

Приложение позволяет назначать элементам различные типы материалов с применением базы данных, в которую пользователь может добавлять новые материалы, вводить их физико-механические свойства (плотность, коэффициент Пуассона, модуль упругости Юнга, предел прочности и др.) и использовать эти материалы при расчете.

В качестве нагрузок рассматриваются сосредоточенные и распределенные силы. Приложение допускает применение нескольких загружений и возможность выполнения расчета под действием комбинации загружений, а также с учетом собственного веса конструкции. Загружение может включать комбинацию нагрузок любого вида. По заданному загружению выполняется прочностной расчет модели деревянной конструкции, целью которого является вычисление действующих усилий и проверка сечений балок на прочность и устойчивость по нормам СНиП.

Выбор прямоугольного сечения осуществляется из библиотеки. Размер сечения учитывается при визуализации расчетной схемы. Широкая сторона бруса располагается в плоскости построения расчетной схемы для восприятия нагрузки в плоскости наибольшего момента инерции сечения.

В случае невыполнения условия прочности или устойчивости приложение выдаст соответствующее предупреждение, а элементы, для которых условие не выполнено, будут выделены цветом. В этом случае пользователь должен увеличить сечение таких элементов и повторить расчет. Результатом прочностного расчета деревянных конструкций является таблица осевых сил в элементах модели, на основании которой можно делать выводы о том, какие элементы конструкции работают на растяжение, а какие — на сжатие. Кроме того, анализ результатов позволяет выявить малонагруженные элементы конструкции для уменьшения их сечения, снижения материалоемкости, а следовательно, и стоимости проектируемого объекта.

После подбора сечений всех балок можно переходить к проектированию узловых соединений. Для типовых моделей конструкций соединения предопределены с учетом распиловки и редактирования не требуют. Применение параметрических моделей с учетом соединений элементов позволяет одновременно проводить и прочностной расчет, и расчет соединений с помощью металлических зубчатых пластин, что заметно сокращает время подготовки проектной документации.

Специальные функции отрисовки и редактирования балок позволяют быстро усечь, срастить, удлинить брусья для проектирования сложных узловых соединений. Помимо сечения для каждой балки может быть задано расположение относительно оси, проходящей через точки соединения: по центру, слева или справа.

Одним из наиболее распространенных способов соединения деревянных балок является применение МЗП. В приложении реализовано два типа расчета таких соединений: проектировочный и проверочный. Переключение между типами расчетов осуществляется простым включением кнопки автоматизированного подбора пластин, расположенной на панели инструментов.

В случае проектировочного расчета подбор параметров и положения зубчатых пластин в узлах соединения осуществляется автоматически, при этом необходимо соблюдение следующего условия: МЗП не должны выступать выше верхнего и ниже нижнего пояса балок. Для выполнения этого условия приложение предусматривает присвоение балкам так называемых типов верхнего или нижнего пояса (рис. 4).

Рис. 4. Расположение пластин для различных типов балки

Рис. 4. Расположение пластин для различных типов балки

Проверочный расчет предполагает задание параметров МЗП и их размещение в узлах соединения. Ширина и длина пластины выбираются из библиотеки. Кроме того, необходимо указать тип пластины: с крупным или с мелким зубом. Дальнейшее размещение пластины в узле соединения осуществляется на расчетной схеме с помощью мыши с использованием привязки или диалогового ввода параметров с клавиатуры.

После выполнения расчета приложение выдаст информацию о возможности применения заданных пользователем пластин. Такой расчет целесообразно проводить с целью проверки пригодности для соединения уже имеющихся МЗП.

В случае несоответствия условиям прочности тех или иных МЗП приложение выдаст предупреждение, а сами ПМЗ будут подсвечены. Такие пластины необходимо задать заново, увеличив поверхность перекрытия деревянных балок, и повторить расчет. В ряде случаев может потребоваться также увеличение сечения балки для обеспечения прочности соединения.

При расчете учитываются растягивающе-изгибные и сжимающе-изгибные напряжения, а также устойчивость сжатых брусьев. Все расчеты выполняются согласно действующим нормативным документам: Стандарт организации. СТО 3654501-002-2006. Деревянные клееные и цельнодеревянные конструкции. Методы проектирования и расчета. ЦНИИСК, Москва, 2006 г.

Приложение расчета и проектирования деревянных конструкций работает как приложение к чертежно-графическому редактору APM Graph. Для проведения прочностного расчета и автоматизированного подбора параметров металлических зубчатых пластин, помимо APM Graph, необходима установка ядра модуля конечно-элементного анализа APM Structure3D.

Рис. 5. Размеры и положение МЗП

Рис. 5. Размеры и положение МЗП

 

Рис. 6. Распиловка одного из элементов конструкции

Рис. 6. Распиловка одного из элементов конструкции

По результатам расчета, которые могут быть выведены на принтер, можно получить информацию о параметрах каждого узлового соединения МПЗ (рис. 5) и автоматическую генерацию чертежей каждого элемента конструкции — распиловку (рис. 6).

Таким образом, новое приложение полностью соответствует современным требованиям нормативных документов и позволяет в кратчайшие сроки проводить комплексное проектирование произвольных деревянных конструкций и удовлетворять требованиям самых изысканных архитектурных проектов.

В связи с востребованностью строительных программных продуктов НТЦ АПМ коллектив разработчиков непрерывно трудится над совершенствованием существующих программ. Дальнейшее развитие приложения проектирования деревянных конструкций будет направлено на расширение возможностей по расчету соединения элементов конструкций не только посредством МЗП, но и другими способами.

В начало В начало

САПР и графика 2`2007