Опыт создания оригинальных строительных конструкций в среде APM Structure3D
Александр Агапиев 
Место и роль APM Structure3D в системе подготовки конструкторской документации строительных объектов
Типичные задачи строительного проектирования и их решение средствами APM Structure3D
Что должен иметь в виду пользователь APM Structure3D
Скажу прямо, что когда меня попросили рассказать о том, как наша строительная организация использует в работе систему прочностных расчетов APM Structure3D, то я согласился без колебаний и сомнений, поскольку работа с программными продуктами компании НТЦ АПМ коренным образом изменила применявшуюся нами ранее технологию проектирования.
Прежде чем переходить непосредственно к опыту внедрения APM Structure3D, я бы хотел сказать несколько слов о той непростой ситуации, которая сложилась перед началом работы по автоматизации проектирования строительных объектов в ООО «Стройсервис».
Наш северный городок (г.Усинск, Республика Коми), который в свое время бурно строился и рос, на какой-то период, о котором сейчас не хочется даже вспоминать, вдруг словно уснул. К счастью, все изменилось с приходом крупных нефтяных компаний, и город снова ожил. Возродилось строительство — возводятся фешенебельные офисы, гостиницы, жилые и спортивные комплексы, ремонтируются здания и сооружения, восстанавливаются заброшенные стройки.
В этот период и была создана строительная фирма «Стройсервис», главной задачей которой на тот момент являлась не привязка типовых проектов (кем-то когда-то просчитанных, утвержденных и согласованных), а ремонт старых зданий, но уже с новых позиций.
С каждым годом рос и объем строительства новых зданий и сооружений. Отказавшись от скучных типовых проектов эпохи позднего социализма, наша компания искала новые подходы к проектированию объектов, так как проектную документацию взять было неоткуда. Ее необходимо создавать самим — ведь заказчику требовалось не типовое решение, а что-то необычное.
Место и роль APM Structure3D в системе подготовки конструкторской документации строительных объектов
Наша компания сразу взяла курс на компьютерное проектирование, поскольку было понятно, что альтернативы ему нет и быть не может. Но, отказавшись от привычных кульманов и калькуляторов, мы должны были сделать и следующий шаг — поменять всю технологию проектирования, к которой все уже привыкли. Такой резкий поворот предполагал освоение новых технологий и пересмотра всей системы взглядов на процедуру создания строительных объектов.
Именно в этих условиях мы и приобрели модуль APM Structure3D, работать с которым оказалось легко и удобно. А главное, с появлением APM Structure3D принципиально изменился подход к расчету строительных конструкций. Постараюсь пояснить, в чем тут дело.
Одним из главных моментов системы автоматизации проектирования является расчет и выбор оптимальных конструкторских решений. Этот вопрос долгое время оставался открытым. Из-за отсутствия надежных инструментов для расчета строительных конструкций все работы в нашей компании велись по старинке — вручную. Так было до того момента, пока мы не приобрели расчетную систему APM Structure 3D, разработанную в НТЦ АПМ.
Честно скажу, что в первую очередь нас приятно удивила цена этого программного продукта и то, что данный комплекс разработан российской компанией и, следовательно, имеет русскоязычные интерфейс и всю сопроводительную документацию. Было очень приятно сознавать, что в России уже можно купить классное программное обеспечение, относящееся к области высоких технологий, по ценам на порядок ниже мировых.
Сегодня нам уже трудно себе представить, что еще не так давно все работы по расчетам строительных конструкций выполнялась вручную. Ведь что хуже всего при ручных расчетах? Ну конечно, то, что для их проведения требуется много времени. Это существенный недостаток, но, на мой взгляд, вовсе не самый серьезный. Думаю, что не открою секрета, если скажу, что несовершенство ручных расчетов вынуждало проектировщиков вводить излишние запасы прочности даже в отношении простейших плоских конструкций. Рассчитанные вручную конструкции имеют огромный запас прочности, при этом перерасход материалов составляет до 30%! И дело не в том, что ручные методы плохи и дают такую погрешность (на основе ручных методов и был создан машинный), а главным образом в том, что срабатывает человеческий фактор — извечная склонность к сомнениям и перестраховке.
А для нашей небольшой строительной компании, которой сегодня требуется сделать перепланировку магазина, завтра — построить сельский узел связи, послезавтра — приступить к восстановлению построенной еще в 1830 году деревянной церкви, жизненно важно найти максимально простое решение (узел, конструкцию), затратив при этом как можно меньше времени и материалов.
Особые сложности встречаются у проектировщиков, когда возникает необходимость произвести расчет сложных пространственных рам или ферм. В любой практической литературе такой расчет приводится или очень упрощенно, или, наоборот, слишком сложно, с привлечением законов теории упругости, математики, строительной механики и сопротивления материалов.
Упрощенный вариант расчета хотя и прост, но опасен тем, что недостаточно учитывает все реальные условия; к тому же приблизителен… да и вообще не вызывает доверия.
Сложный вариант расчета инженер, конечно, осилит, но сколько на это уйдет времени, нервов и здоровья! Да и сроки, как правило, всегда поджимают…
Вот, к примеру, следует запроектировать обыкновенную шатровую кровлю из деревянных стропильных ферм. Как это делалось раньше? Брали одну отдельно взятую ферму и загружали всеми мыслимыми и немыслимыми нагрузками, узлами, опорами и т.д. Ну а дальше аналитическим или графическим способом производился расчет элементов фермы (подчеркиваю — одной (!) фермы). Результат считался удовлетворительным, если он вписывался в пределы граничных условий. Только вот верно ли это было?
Модуль APM Structure3D успешно доказывает, что это было не совсем верно, а порой и совсем неверно. Ферма, рассчитанная вручную, обладала огромным запасом прочности, а следовательно, имел место большой перерасход материалов. При расчете при помощи APM Structure3D ферм (не одной, а всех вместе, расположенных так, как они и должны быть расположены в реальной конструкции (70 или 200 шт.), загруженных максимально, как в реальности) оказывалось, что перерасход материалов составлял до 30%!
Получив результаты такого расчета, понимаешь, каким замечательным инструментом для прочностного анализа (причем всей конструкции, а не отдельно взятой фермы) является APM Structure3D!
У нас появилась возможность некоторые элементы наших конструкций упростить, сэкономив при этом на материалах (а для нас это важно).
Кроме того, посредством APM WinMachine можно не только быстро рассчитать конструкцию (если сравнивать по времени работу вручную и с помощью APM Structure3D — то это как с телеги пересесть на «Жигули»), но и сделать ее при этом равнопрочной, определить вес и т.д., то есть получить максимально приближенную к реальности картину.
А скорость расчета? Об этом следует поговорить отдельно, так как система располагает удобным интерфейсом для создания строительных объектов.
 |
|
Типичные задачи строительного проектирования и их решение средствами APM Structure3D
Как я уже говорил, нашей компании приходится строить множество всевозможных объектов, которые мы сами и проектируем. О некоторых из них мне хотелось бы рассказать более подробно.
Первым объектом, на котором были опробованы новые расчетные технологии, был Центр творчества юных (ЦТЮ) (рис. 1). В задании на проектирование кровли ЦТЮ (объект финансировался городским бюджетом) был сформулирован вопрос: как сделать так, чтобы кровля была и дешевой, и одновременно многофункциональной. Предполагалось, что в будущем чердак кровли будет использоваться как мансарда, с перспективой размещения там служебных помещений (рис. 2).
Дизайн кровли родился сразу, но получилась конструкция, расчет которой вручную был не из легких. И после расчета не покидали сомнения: а не перегружены ли плиты перекрытия, не перебрали ли мы с оптимальным размером сечений деревянных конструкций и т.д.?
Все сомнения помог разрешить модуль APM Structure3D. Более того, опираясь на результаты расчета, мы взяли некоторые элементы конструкции кровли меньшего (по отношению к первоначально запланированному) сечения, благодаря чему уменьшились вес и объем материалов.
Уже на этом (первом для APM Structure3D) объекте было замечено, что при наличии в конструкции различных материалов (например, дерево плюс металл) APM Structure3D выбирает металл. Максимальное напряжение в дереве уже нужно проверять, «гуляя» курсором по всем элементам ферм. Что, собственно говоря, и было произведено, причем неоднократно, дабы убедиться в надежности всей конструкции. В настоящее время объект завершен и неплохо смотрится на фоне девятиэтажек. Размеры кровли: длина — 72 м, ширина — 15 м, высота до конька — 4,5 м. Необычная крыша неплохо вписалась в ансамбль микрорайона.
А вот пример реконструкции, или, как сейчас модно говорить, восстановления наших исторических ценностей. В частности, речь идет о церкви Николая Угодника в селе Колва на берегу одноименной реки. И здесь не обошлось без использования продуктов НТЦ АПМ.
Этот объект в 1949 году был превращен в сельский клуб; колокольня и купол церкви были снесены и заменены на обычную треугольную крышу. Нетронутым остался только алтарь, в котором тогда размещалась сцена. Перед нами была поставлена задача: руководствуясь фотографиями 1870 года, вернуть сооружению первоначальный вид (рис. 3). Сложность заключалась в том, что если наружный вид здания и давал какое-то представление о внешнем облике, то как это решалось внутри — было неизвестно. Опять же, если с колокольней было все более-менее понятно, то решение купола церкви могло быть двояким: потолок мог быть или плоский, или все-таки чашеобразный.
Неясно было также, каковы были размеры этого здания в год постройки — 1830-й. Старожилов в селе осталось немного, а те, кто еще помнил это здание как церковь, нужной информации не добавили. Единственное, что удалось определить, так это породу древесины — лиственница. Это дерево в наших местах встречается нечасто, и везти ее пришлось километров за пятьдесят-шестьдесят.
Было решено: потолок в храме должен быть настоящим храмовым, то есть в форме перевернутой чаши (рис. 4). Этим и было обусловлено решение по устройству пространственной фермы. Вот тут уж ручной расчет затянулся бы не на одну неделю. Расчет пространственных ферм (даже если его приходится делать один раз в 10 лет) — тяжкий труд для конструктора. Сколько литературы нужно иметь под рукой, чтобы восстановить в памяти то, чему учился еще в прошлом веке! APM Structure3D решил эту проблему за несколько минут (естественно, без учета времени на моделирование). Правда, с моделированием пришлось повозиться, но здесь уже сказалась неопытность самого конструктора (рис. 5).
В настоящее время из-за погодных условий работы приостановлены до наступления весны. Тем не менее пространственная ферма установлена, выставлены маяки для проверки фактических перемещений и дальнейшего сравнения их с расчетными. Эта естественная пауза в строительно-монтажных работах оказалась как нельзя более кстати: мы используем ее для проведения необходимых замеров и проверки корректности работы APM Structure3D.
Наша компания отреставрировала в городе Усинске еще много других зданий, при проектировании которых использовались расчеты, выполненные в системе APM Structure3D, но самыми значительными из них — это крытый рынок (рис. 6), административное городское здание (рис. 7), здание больничной аптеки, больничный комплекс с роддомом и т.д.
Нет сомнения в том, что программные продукты НТЦ АПМ оставят свой след в современной архитектуре нашего города, и не только нашего.
|
|
Что должен иметь в виду пользователь APM Structure3D
Система APM Structure3D, как я понимаю, изначально была ориентирована прежде всего на машиностроителей, но в процессе ее разработки был создан продукт, способный прекрасно справляться и со строительными задачами (стержневыми системами).
APM Structure3D при расчете стержневых систем из однородного материала делает все четко, поскольку здесь граничные условия одинаковы. Но нужно быть осторожным при расчете стержневых систем из разнородных материалов (например, дерево и металл). В этом случае просто нужно об этом помнить и при виде карты напряжений следует не только обращать внимание на красный цвет, но и проверять синий. Программа реагирует на максимальное граничное условие (металл) и может не заметить максимальное граничное условие для дерева. И хотя база данных позволяет внести характеристики всех применяемых материалов, карта напряжений видит только максимум (в цвете). Это, пожалуй, единственный недостаток программы, если это вообще можно считать недостатком. Нужно всего лишь учитывать, что применено два или три неоднородных материала, и отслеживать показатели для каждого элемента.
|
|
Заключение
Сегодня фирма «Стройсервис» является одной из ведущих в нашем городе. И можно с уверенностью сказать, что здесь есть вклад и APM Structure3D, без которого наши производственные успехи были бы далеко не столь серьезными.
Могу также уверить всех своих коллег — проектировщиков-строителей, что работа с APM Structure3D позволяет испытать истинное наслаждение, поскольку позволяет покончить с муторной суетой и раскопками в поисках расчетных формул, с сомнениями и бесчисленными перепроверками, с созданием различных расчетных схем и т.д. и т.п.
Больше всего впечатляет тот факт, что комплекс APM WinMachine, в состав которого входит и APM Structure3D, — это наш, российский программный продукт. Радует и то, что создатели этого продукта всячески помогают нам, пользователям, его освоить (хотя надо признать, что APM Structure3D, в общем-то, не сложен в освоении), а также пытаются удовлетворить все наши пожелания в плане отшлифовки всех «шероховатостей» продукта. Ведь именно тогда мы можем ощущать себя его соавторами.
