7 minutes reading time (1347 words)

Modelowanie ustrojów prętowych powłokami w Advance Design. Model MES - szybko czy wiernie?

Modelowanie ustrojów prętowych powłokami

Tworząc model MES musimy przyjąć pewnego rodzaju uproszczenia, związane zarówno z narzędziami programu jakim operujemy oraz czasem, który możemy przeznaczyć na tę część projektu jako całości. Na pewno przygotowanie poprawnego modelu pod kątem jego spójności, optymalizacji, itd. skróci czas naszej pracy i na tym warto początkowo spędzić więcej czasu. Oprogramowanie do analizy konstrukcji Advance Design daje duże pole manewru, jeżeli chodzi o szybkie modelowanie, ale przede wszystkim późniejsze zmiany. Model MES jest tutaj niewrażliwy, czego niejednokrotnie brakuje w innym sofcie.

Drugą stroną medalu jest odwzorowanie rzeczywistej pracy naszej konstrukcji - czyli dostajemy pewnego rodzaju narzędzia do zamodelowania budynku, tak aby jego późniejsza analiza odzwierciedlała możliwie najwierniej to co wybudujemy. Analiza MES zawsze jest tylko przybliżeniem. To od nas - od naszego doświadczenia i od wkładu naszej pracy - będzie zależało, jak model zapracuje.

W poprzednich artykułach opisywałem różne zagadnienia - modelowanie układów płytowo-słupowych czy układów słupowo-belkowych w MES i jakie trudności stawiają one przed projektantem. Dziś nie będę się skupiał na konkretnym ustroju, zaznaczę natomiast, że pewne elementy możemy odwzorować inaczej, niż do tego jesteśmy przyzwyczajeni.

Pręt a panel

Przyzwyczajenie to wynika z narzędzi, które większość programów daje nam do dyspozycji. Mianowicie inne narzędzia dostajemy dla modelowania elementów typowo prętowych, a inne do powłok. Każdy z tych elementów może dodatkowo posiadać inny typ rozwiązania MES (zazwyczaj sprowadza się to do charakteru jego pracy lub dostępnych stopni swobody). Mówiąc o typach MES prętów, najczęściej myślimy o zwykłej belce, pracującej na pełny zestaw sił, o elementach pracujących w sposób nieliniowy - pręty tylko ściskane lub tylko rozciągane, o elementach typu kablowego czy nieskończenie sztywnych. W przypadku elementów powierzchniowych będą to, np. powłoki (czyli znów pełny zestaw sił), płyty, membrany, elementy w PSO/PSN.

Typy MES elementów prętowych i powłokowych

Rys. 1. Typy MES elementów prętowych i powłokowych w programie Advance Design

Najbardziej oczywiste jest dla nas modelowanie słupów czy belek właśnie elementami prętowymi. I jest tak w 99% przypadków. Daje nam to łatwość i szybkość modelowania, a dodatkowo, dla programów które posiadają moduły do wymiarowania elementów żelbetowych/stalowych, właśnie możliwość ich obliczeń zgodnie z odpowiednią normą.

Pojawiają się natomiast pewne osobliwości, które są związane z takim podejściem, a o których wspomniałem już w poprzednich artykułach. Pręty są elementami MES jednowymiarowymi i mimo nadanego gabarytu pracują one w modelu, tak jakby były jedną cienką linią - gabaryt odpowiada jedynie za sztywność tej „nitki”. To, czy przykładowo belka jest naciągiem, podciągiem, jak w modelu zapracuje, musimy uwzględnić sami, stosując jakieś zabiegi.

Gdzie jest granica? Dlaczego nadproża w ścianach modelujemy panelem, albo fragment ściany, który mógłby być słupem również jest panelem? Dlaczego w drugą stronę - czasami obiekty, które powinniśmy zacząć traktować jak ścianę, modelujemy jak słup (np. pręt 20x100 cm). Często nie jest to świadomy zabieg, a po prostu intuicyjne działanie użytkowników, niejednokrotnie wynikające z uproszczeń lub po prostu importu modelu z .smlx, .gtcx czy .ifc. Wniosek z tego jest taki, że całą konstrukcję prętową moglibyśmy zamodelować panelami - chociaż w pewnych sytuacjach wydaje się to nieoczywiste, to najwierniej odzwierciedla konstrukcję.

Model stropu belkowo słupowego

Rys. 2. Model stropu belkowo-słupowego w 2 różnych konfiguracjach (w pełni powłokowy i powłokowo-prętowy)

Przemieszczenia ramy środkowej

Rys. 3. Przemieszczenia ramy środkowej w obu modelach programu Advance Design

Warto zauważyć, że przemieszczenia znacznie się już różnią - a dlaczego, wyjaśniłem to w artykule dotyczącym ustrojów belkowych (nie modyfikowałem tutaj sztywności belek, a są zamodelowane osiowo). Wniosek jest taki, że model powłokowy wiernie odzwierciedla sztywność i działa to trochę jak offset, z tym że nie ma tu nieskończenie sztywnych połączeń, a elementy MES o znanej nam sztywności. Trudność sprawi natomiast wymiarowanie i odczyt sił - dla elementów prętowych to momenty, siły ścinające, siły podłużne - coś, co jest nam znane. Powłoka pracuje w takim samym stanie naprężeń, ale siły odczytujemy w sposób tensorowy, będą to siły normalne i styczne w odpowiednich kierunkach.

Siły podłużne Fxx oraz momenty zginające My

Rys. 4. Siły podłużne Fxx (model panelowy) oraz momenty zginające My (belkowy)

W modelu panelowym dostajemy pole sił rozciągających, na całkę których wymiarujemy zbrojenie. W klasycznej belce moment nam wystarczy. Co istotne, model panelowy wiernie odwzorowuje współpracę z płytą - belka jest rozciągana prawie po całej wysokości, dlatego że ściskanie kompensowane jest współpracującą płytą.

Nie będę dokładnie opisywał zasad, jakimi trzeba się kierować przy wymiarowaniu konstrukcji w modelach powłokowych. Każdy inżynier powinien umieć odczytać siły, kierując się podstawami wytrzymałości materiałów i teorii konstrukcji (w dodatku mamy z tym styczność na co dzień, wymiarując chociażby ściany czy stropy). Dzisiaj chciałbym się skupić bardziej na praktycznym zagadnieniu konwersji modelu prętowego w model w pełni powłokowy, z wykorzystaniem wymiany danych poprzez Autodesk Revit oraz automatyzując ten proces dzięki Dynamo for Revit.

Program Advance Design wpisuje się w technologię BIM i gwarantuje w pełni prawidłową wymianę danych z innymi programami. To będzie dzisiaj podstawą konwersji naszego modelu.

Najistotniejsze formaty wymiany danych

Rys. 5. Najistotniejsze formaty wymiany danych w programie Advance Design

BIM i Dynamo nie tylko dla architektów

Mówiąc o BIM jako swojego rodzaju technologii, by była skuteczna, powinna w równym stopniu obejmować wszystkie branże. Konstruktor czerpie z pracy w BIM więcej korzyści niż mogłoby się wydawać, a jedną z nich jest tworzenie modelu obliczeniowego w oparciu o fizyczny model budynku. Najpopularniejszym formatem wymiany danych jest .ifc i w ten sposób Advance Design mógłby odczytać modele dowolnego programu. W środowisku programów Autodesk i Graitec skuteczniejsze są formaty .smlx i .gtcx dające możliwość nie tylko importu czy eksportu, ale również synchronizacji modeli.

Wymiana poprzez format .smlx posłuży nam do konwersji modelu w środowisku Revit i jego ponownemu importowi do Advance Design.

Importowany model w Revicie - Dynamo filtruje belki poziomu 0

Rys. 6. Importowany model w Revicie - Dynamo filtruje belki poziomu 0
[Kliknij, aby powiększyć]

W powyższym budynku zamodelowano w poziomie 0 belki transferowe, na których opierały się słupy, tarcze i bezpośrednio płyty stropu nad garażem. Korzystając z przygotowanego skryptu Dynamo wyfiltrowano interesujące nas elementy, które będą podlegać konwersji.

Automatyczna konwersja belek na ściany w Revicie z wykorzystaniem Dynamo

Rys. 7. Automatyczna konwersja belek na ściany w Revicie z wykorzystaniem Dynamo
[Kliknij, aby powiększyć]

Ręczna konwersja belek na ściany byłaby pracochłonna, odpowiednio przygotowany skrypt Dynamo wykonuje tę pracę za nas - przyjmując odpowiednie parametry jak wiązania (wysokości ściany aby odpowiadała gabarytom belki) czy grubość. Zmiana typu obiektu zmienia w Revicie również jego model analityczny, który w programie Advance Design odpowiada za rodzaj elementu.

Model analityczny w programie Revit przed konwersja

Rys. 8. Model analityczny w programie Revit przed konwersją

Model analityczny w programie Revit po konwersji

Rys. 9. Model analityczny w programie Revit po konwersji (belek w panele)

Dla modeli tworzonych od podstaw w Revicie, które chcielibyśmy przekazać do programu Advance Design, niezbędne może być przygotowanie poprawnego modelu analitycznego - to on będzie odpowiadał później za spójność modelu MES. Proces tej korekty może zostać przyspieszony również dzięki skryptom Dynamo. W obrębie tego artykułu nie będę w stanie przedstawić krok po kroku działania skryptu, gdyż zajęłoby to dużo czasu i miejsca - zaznaczam i udowadniam natomiast, że jesteśmy w stanie taki skrypt jako użytkownicy przygotować i skutecznie wykorzystywać w naszej pracy projektanta.

Narzędzie, które odpowiada za komunikację Revita i Advance Desgina - BIM Connect - również posiada pewne narzędzia, które wszelkie niedokładności modelu analitycznego pozwolą usunąć na etapie przekazywania modelu do programu obliczeniowego.

Widok modelu w programie Advance Design OPT

Rys. 10. Widok modelu w programie Advance Design - importowany z Revit po konwersji elementów

Elementy belkowe przekonwertowane na powłoki

Rys. 11. Elementy belkowe przekonwertowane na powłoki widoczne z poziomu programu Advance Design

Tak jak widać, program Advance Design doskonale radzi sobie z wymianą modeli z innymi programami. Model jest w krótkim czasie przygotowany do zupełnie odmiennej analizy i służy za przykład. Wady i zalety płynące z różnego sposobu modelowania elementów prętowych mam nadzieję wystarczająco jasno przedstawiłem powyżej - oczywiście decyzja każdorazowo należy do projektanta i w dużej mierze zależy od sytuacji (typ elementu, charakter pracy, czas na projekt itd.).

Kolejna część cyklu pojawi się na naszym blogu już niebawem - śledź nasze profile na Facebooku i LinkedInie, aby być na bieżąco.

Kliknij w nasz tag #SummerAcademy, aby wyświetlić listę wszystkich postów i wydarzeń z tego cyklu.

Już 22 sierpnia o 14:00 zapraszamy na wyjątkowe webinarium Od teorii do praktyki - Projektowanie konstrukcji budowlanych wspomagane komputerowo, podczas którego zaprezentujemy cztery najważniejsze zagadnienia:

Zarejestruj się na webinarium

Stężenia płatwi i rygli ściennych - jak, gdzie i p...
Obciążenie konstrukcji, obliczenia i wymiarowanie ...

Podobne wpisy

Autodesk

Nasza strona www używa plików cookies w celu usprawnienia działania witryny. Ponadto używamy plików cookies do celów analitycznych i reklamowych. Kliknij Polityka Prywatności, aby dowiedzieć się więcej. Kliknij „Zgadzam się”, aby ta informacja nie pojawiała się więcej.