О нас
Программы обучения
Преподаватели
Сертификация
Цены
Публикации
Вопросы и отзывы
Заявка на обучение
Ссылки
Как нас найти?

StructureCAD: обоснование проектных решений на объектах строительства и реконструкции исторического центра Санкт-Петербурга

В.В.Белов
д.т.н., проф. СПбГПУ,
А.Н. Бучнев
аспирант ИСФ СПбГПУ,
Е.А. Синицын
аспирант ИСФ СПбГПУ,
Д.В. Терентьев
аспирант ИСФ СПбГПУ,

В преддверии 300-летия Санкт-Петербурга благоприятное сочетание административно- политических, финансово-экономических и организационно-хозяйственных факторов обусловили заметное повышение инвестиционной активности на рынке недвижимости города. Наибольшую привлекательность по понятным причинам представляют проекты развития недвижимости в историческом центре Санкт-Петербурга. При этом с одной стороны, завышенный в Российской Федерации банковский процент на заемные средства критическим образом обостряет проблему сокращения сроков строительства. С другой стороны, градостроительные и технологические риски значительно увеличиваются именно при строительстве в условиях сложившейся плотной городской застройки. Кроме того, современная практика строительства в северном городе-мегаполисе имеет собственную специфику. В итоге существует целый комплекс задач по оперативному многовариантному и оптимизационному исследованию работы трехмерных комбинированных конструкций зданий и сооружений с учетом факторов, ранее рассматривавшихся упрощенно и/или несовместно.

При такой постановке инжиниринга проектов строительства и реконструкции не обойтись без привлечения современных алгоритмов и компьютерных программ. В первую очередь для реализации эффективных схем дискретизации краевых задач, решения вычислительных задач большой размерности, квалифицированного анализа и инженерной интерпретации результатов вычислений.

Данная статья иллюстрирует опыт решения указанных проблем средствами интегрированной системы анализа конструкций StructureCAD (SCAD).

Комплекс программ SCAD реализует прогрессивный и универсальный метод конечных элементов. Имея сертификат соответствия Строительным Нормам РФ, этот пакет получил сегодня наибольшее распространение в Санкт-Петербурге и Северо-Западном регионе России. Высокую конкурентноспособность на рынке программных продуктов обеспечивает выраженная ориентированность комплекса на решение прикладных задач, актуальных для инженеров-проектировщиков. Так, одно из первичных достоинств SCAD обусловлено возможностями управляемой визуализации всех аспектов строительного проектирования: от создания конечно-элементной модели до расчета напряженно-деформированного состояния конструкций и их конструирования. И этим функции системы нового поколения SCAD далеко не ограничиваются, продолжая расширяться и совершенствоваться. В целом же достигнутый уровень "взаимопонимания" с пользователями во многом объясняется принадлежностью коллектива разработчиков пакета к славной отечественной школе инженеров-строителей, наличием собственного "горького" опыта расчетов и проектирования.

Участие Санкт-Петербургского Государственного Политехнического Университета (СПбГПУ) в научно-техническом обеспечении строительства и реконструкции сложных в инженерном отношении объектов Санкт-Петербурга, имеющих повышенную архитектурно- историческую значимость, является уже многолетней традицией. Так, применение такого высокотехнологичного инструментария как SCAD потребовалось при инженерной подготовке реконструкции Юсуповского дворца, Иоановского моста и собора святых Петра и Павла в Петропавловской крепости, особняка купцов Колобовых, дома генерала Чичерина, проектировании жилых и общественных комплексов на Крестовском острове, Выборгской набережной и др. Далее в качестве примера представлены некоторые материалы по двум объектам строительства и реконструкции в исторической части Санкт-Петербурга. Работы выполнялись сотрудниками Инженерно-Строительного Факультета СПбГПУ в рамках учрежденного совместно с Санкт-Петербургским отделением Consistent Software - Consistent Software/Бюро ESG, - учебно-исследовательского Центра Информационных Технологий в Строительстве (ЦИТС).

Элитный жилой комплекс на Выборгской набережной, д.2 (проект "Аврора")

Высотный жилой дом повышенной комфортности пристраивается к уже существующему зданию по Финляндскому проспекту (рядом с гостиницей "Санкт-Петербург") и задуман как архитектурная доминанта стрелки Выборгской набережной (рис.1). Окончание строительства приурочено к трехсотлетнему юбилею северной столицы (Застройщик - ИСК Источник-строй). Дом возводится по индивидуальному проекту, разработанному в архитектурной мастерской академика архитектуры Т.П.Садовского. Проектом предусмотрено возведение подземного гаража-стоянки и девятнадцати надземных этажей, полезная площадь которых предназначена для размещения жилых и офисных помещений. Здание увенчано куполом со шпилем и имеет общую высоту около 74м (без шпиля). На последнем этаже расположатся четыре роскошных пентхауза. Жилая площадь дома примерно 12 тыс. кв.м. В каждой квартире предусмотрена застекленная терраса (безрамное остекление тонированными или полутонированными стеклами), с которых открывается широкая панорама центра Петербурга. По лицевому фасаду устраивается тройное остекление (рис.2).


Рис.1


Рис.2

Конструктивная схема здания, имеющего сложную в плане форму, представляет собой пластинчато-стержневой каркас из монолитного железобетона. На надземных этажах наружные стены - самонесущие кирпичные с утеплителем (рис.3). Пространственную жесткость здания обеспечивается несущими продольными и поперечными стенами, системой колонн и дисками безбалочных перекрытий. Фундаменты - свайные, с массивными отдельными и ленточными ростверками под стены и колонны.


Рис.3 Лицевой и дворовый фасады

Перекрытие подземного паркинга - безбалочное, переменной толщины (границы изменения толщины см. на рис.4). Наружные несущие стены - из монолитного железобетона. Плита днища паркинга свободно опирается по контуру свайных ростверков. Несущие конструкции подземного и двух первых надземных этажей составляют жесткую коробчатую базу здания в целом.


Рис.4

При архитектурном проектировании рассматриваемого объекта использовался один из популярных инструментов - система ArchiCAD, разработанная фирмой Graphisoft. При этом актуальная проблема автоматизации перехода от архитектурного решения здания к его расчетной схеме в среде SCAD существенно упрощается, благодаря наличию специального препроцессора ФОРУМ. Укрупненная расчетная модель - основные размеры, привязки колонн и несущих стен, о чертания перекрытий, положение проемов и отверстий - формируется здесь с необходимой степенью детализации(рис.5). На этом же этапе разработки удаляются объекты, которые не включаются в расчетную схему: перегородки, элементы ограждения, архитектурные детали и т.п. При необходимости уточняется положение конструктивных элементов - колонн, балок, стен и плит, возможно и дополнение архитектурного решения новыми элементами. Далее практическую ценность представляет возможность гибкого управления пользователем генерацией конечно-элементной сетки. ФОРУМ весьма разнообразен в средствах ее построения и корректировки. Построение расчетной схемы здания завершается заданием жесткостных характеристик, условий опирания и примыкания элементов модели, ввода нагрузок и специальных исходных данных(рис.6 и7).


Рис.5


Рис.6


Рис.7 Модель в режиме презентационной графики

В задаче рассматривались все необходимые нормативно регламентированные статические и динамические нагрузки, включая действие пульсационной составляющей ветровой нагрузки. При этом анализ задачи на входе и на выходе существенно облегчается за счет реализованных в SCAD приемов декомпозиции расчетной схемы. Здесь возможна декомпозиция по пространству (техника фрагментов), по смыслу (техника групп) и по структуре (техника подконструкций).

На рис.8 в роли фрагмента выступает цокольная часть здания. Целью фрагментации была реализация естественной и практически необходимой процедуры т.н. двухуровневого решения. На внешнем уровне оценивалось напряженно-деформированное состояние объекта в целом. Для этого использовалась "загрубленная" расчетная схема полной конструкции, в которой локальными особенностями конструктивного решения пренебрегалось (рис.6). На следующем этапе рассчитывается только фрагмент с использованием более детальной конечно-элементной модели. При этом на границе фрагмента, образуемой при его выделении из полной конструкции, в качестве внешних сил прикладываются усилия взаимодействия между фрагментом и "отброшенной" частью здания (рис.8). Для определения этих реакций SCAD предоставляет специальный режим "Нагрузки от фрагмента схемы", который является одной из важных отличительных особенностей комплекса.


Рис.8

Техника декомпозиции по группам конечных элементов и подконструкциям позволяет необходимым образом дифференцировать анализ выходных параметров напряженно-деформированного состояния. Примеры подобной локализации полученных результатов представлены здесь изополями вертикальных перемещений плиты перекрытия (рис.9), процентов продольного армирования плиты (рис.10) и стен (рис.11) на интересующем этаже.


Рис.9


Рис.10


Рис.11

Реконструкция комплекса зданий по набережной реки Мойки, д.59

Домовладение состоит из трёх-пятиэтажных с подвалом каменных строений лицевыми фасадами, обращёнными на Большую Морскую улицу, Невский проспект и набережную реки Мойки.

Здание является историческим и архитектурным памятником раннего классицизма XVIII века и известно под названием дома Чичерина. Современное здание включает в себя три постройки: основную - постройки 1768-1773 г.г. - по Невскому проспекту, боковую - по наб.реки Мойки - постройки 1792-1794 г.г. с позднейшей надстройкой четвёртой и пятым этажами и боковую - на улице Б. Морская, возведенную в 20 годах XIX столетия.

Проект реконструкции здания под гостиницу и развлекательный комплекс (Генпроектировщик - ПВП "Регард") предусматривал устройство крытого внутреннего двора (рис.12) с паркингом на уровне первого этажа, рестораном и зимним садом на верхних уровнях.


Рис.12

Архитектурный проект был выполнен творческой мастерской "Альменда" в среде AutoCAD (рис.13).


Рис.13

Основными несущими элементами конструкции атриума являются четыре монолитных железобетонных пилона переменного по высоте сечения, на которых покоятся перекрытие двора в уровне 2-го этажа, балконы во всех уровнях и стеклянное по металлическим фермам покрытие атриума. Кроме того, на пилоны одного ряда навешиваются панорамные лифты (по одному на каждый пилон).

Платформа, перекрывающая двор в уровне второго этажа, запроектирована в монолитном железобетоне. В конструктивном отношении она представляет собой систему взаимно- перпендикулярных балок, опирающихся на пилоны и объединённых по контуру двора балкой коробчатого сечения. По верху балки объединены монолитной железобетонной плитой. В толще платформы устраиваются приямки для панорамных лифтов. На платформу опираются стержневые стальные конструкции, устанавливаемые вплотную к существующим стенам и поддерживающие конструкцию балконов. Нижние грани монолитных железобетонных плит балконов формируются металлическим профилированным настилом, выполняющим одновременно роль рабочего армирования и оставляемой опалубки.

Пространственная геометрическая модель несущей конструкции объекта в осевых линиях создавалась в данном случае средствами AutoCAD (рис.14). При генерации конечно-элементной модели (рис.15) учитывались шарнирный характер сопряжения некоторых элементов стального каркаса, эксцентричность расположения поперечных и обвязочных двутавровых балок балконов по отношению к срединной поверхности плиты перекрытий. В последнем случае в SCAD предусмотрена возможность использования бесконечно жестких вставок по концам стержневых конечных элементов. Эта специальная функция позволяет удачно обходить известную вычислительную трудность. Когда в одном узле модели сопрягаются элементы с резко отличными жесткостными параметрами, происходит потеря точности вычислений за счет ухудшения числа обусловленности матрицы жесткости системы.


Рис.14


Рис.15

Специальный постпроцессор SCAD позволил проверить прочность и устойчивость, а также подобрать сечения элементов из металлопроката в соответствии со СНиП II-23-81*. Так, например, на рис.16 красным цветом выделены конструктивные элементы, для которых по о дному из номативных факторов потребовалось изменение первоначально заданного сечения.


Рис.16

По полученным внутренним усилиям (рис.17) в специальном постпроцессоре Бетон выполнен подбор продольной и поперечной арматуры железобетонных элементов в соответствии со СНиП 2.03.01-84.


Рис.17


Рис.18

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

По результатам практического применения комплекса SCAD сегодня можно уверенно квалифицировать его как высокотехнологичный инструментарий, удовлетворяющий современным потребностям строительного проектирования. В представленных примерах SCAD продемонстрировал необходимую эффективность при анализе работы строительных конструкций:

  • достаточно сложной пространственной геометрии
  • комбинированных по форме, материалам и способам сопряжения
  • испытывающих самые разнообразные статические, динамические, температурные и кинематические воздействия.

Прикладное значение комплекса обеспечивается:

  • удобством подготовки исходных данных и обработки результатов
  • оперативной и достоверной оценкой параметров напряженно-деформированного состояния конструкций
  • предоставлением всех необходимых данных для конструирования и создания рабочих чертежей.

 

 
Переход на сайт Бюро ESG © Центр Информационных Технологий в Строительсте
195251, Санкт-Петербург, Политехническая ул. 29, СПбГПУ, тел. 812-297-5954,
факс 812-535-2509, email cit@cef.spbstu.ru
Переход на сайт CSoft SPb
Авторизованный учебный центр Autodesk Технические условия на стальные оцинкованные строительства телекоммуникационной сети начинается страхование в строительстве вынос мусора посмотреть создание видеороликов аналоговый захват - смотрите подробности у нас аккумулятор для ноутбука там разработка мобильных приложений - самая свежая информация на сайте Информация: гостиницы г москва футбол 1 онлайн турфирмы - подробное описание тут