В наши дни программы для расчета конструкций , практически в полной мере сосредоточены на железобетонных и стальных конструкциях, что весьма оправдано: это самый распространенный материал в качестве несущих элементов. Другие материалы встречаются гораздо реже и не в самых ответственных сооружениях, что дает возможность «прикинуть» конструктивный элемент отдельно. Но что делать инженерам, столкнувшимся с необходимостью расчета деревянной конструкции, цель расчета которой подобрать элементы поясов и решетки и определится с шагом конструкций. В основном расчетном модуле программы SCAD нет норм по деревянным конструкциям, а значит определить несущую способность по расчетной модели нельзя. Можно посчитать вручную, но на сегодняшний день, считаю, это уже неактуальным.
В расчетном пакете программ SCAD есть специальная программа – Декор, позволяющая выполнять расчет деревянных конструкций и их элементов как отдельно, так и в составе конструктивных групп. Алгоритм расчета деревянной конструкции следующий: Расчетная схема будет собрана в программном комплексе МКЭ (метод конечных элементов), а дальше по полученным усилиям в Декоре будет произведен расчет деревянной конструкции и её элементов
Рассмотрим пример: требуется вычислить несущую способность верхнего пояса стропильной фермы деревянной конструкции:
Рис. 1 Конструкция фермы для расчета в программе SCAD
Модель фермы состоит из стержневых элементов (считаю более точным использование универсальных КЭ, а не ферменных). Жесткости допустимо использовать произвольные, т.к. при расчете отдельных элементов конструкций деформативность схемы на полученные усилия влияет незначительно.
Рис. 2 Расчетная модель фермы в программе SCAD
Полученные усилия анализу поддаются непросто, т. к. в поясе возникает и продольное усилие, и изгибающий момент. Здесь нам на помощь в анализе приходит Декор, а именно, модуль сопротивления деревянного сечения.
Рис. 3 Программа Декор
Программа SCAD потребует от инженера ввода габаритов сечения, расчетных характеристик, и расчётных сочетаний усилий, которые можно задать или вручную или с помощь. экспорта РСУ из SCAD:
Рис. 4 Экспорт усилий
Полученный файл расчета деревянной конструкции с усилиями легко воспринимается подпрограммами SCAD:
Вам останется лишь побрать сечение по полученным факторам. Все критерии проверок деревянного сечения будут соответствовать СП «деревянное конструкции».
Как бы воображение не строило внешний вид лестницы, рассчитать её конструкцию согласно требуемому виду и нагрузке — задача совершенно иного класса сложности. В этом деле хорошо помогают всевозможные калькуляторы и программы для проектирования лестниц, о них мы сегодня и расскажем.
PRO100 — простая визуализация
Практически любая лестница, сколь бы сложной она ни была, может быть представлена как совокупность более простых ступеней, тетив, перил и подступенков — досок, иными словами. Поэтому составить проект лестницы будет наиболее просто тем мастерам, которые имеют опыт работы в программах по созданию мебели. Хорошо для этих целей подходит небезызвестная PRO100: набросать конструкцию простейшей лестницы в ней можно за 30-40 минут, даже новичку освоиться в этой программе не составит большого труда.
Конечно, мебельные программы работают, в основном, с примитивами — деталями в форме параллелепипеда. Отобразить резные поручни и стойки, ступени специальной формы и прочие художественные изыски может быть весьма затруднительно. Но если целью ставится определить общие параметры, такие как высота, количество и раскладка ступеней, то средств мебельных и общего назначения программ для трёхмерного моделирования будет более чем достаточно.
Конечно, не в том случае, если вы берётесь за самостоятельное составление проекта, воплощением которого в жизнь займётся другой мастер. Здесь необходимо уделять внимание деталям и, в конечном итоге, заказчик получает именно то, что смог изобразить, но не более.
Главным минусом PRO100 (как, впрочем, и большинства мебельных «конструкторов») можно назвать отсутствие какой-либо автоматизации для работы с лестницами. Нет возможности, например, указать габариты пролёта, шаг и высоту ступеней, поэтому вся работа ведётся с нуля. Впрочем, для большей части любительских проектов оказывается вполне достаточно стандартных средств манипулирования объектами: объединение в группы, копирование, перемещение и иже с ними.
Следует условиться, что целью проектирования лестницы может ставиться либо только общее представление о конструкции и основные параметры, либо комплексная визуализация со всеми завитушками и резьбой, формой точения и подробностями скрепления всех элементов в одно красивое цельное изделие. В последнем случае вы должны иметь практический опыт работы с лестницами, иначе проект может оказаться не реализуемым в принципе.
Онлайн-сервисы для получения чертежей
Начать знакомство с программами для конструирования лестниц следует со всевозможных online-сервисов и калькуляторов. Их возможности сильно ограничены веб-платформой: хотя и существуют способы осуществить подробные расчёты и качественно визуализировать изделие «не выходя из интернета», разработка подобных программных средств стоит слишком дорого и практически никогда не оправдана.
И всё же один плюс у таких программ есть: они предоставляют пользователю возможность не устанавливать дополнительное ПО, а провести предварительные расчёты на ходу. Один из популярных сайтов lesenka.com предлагает схематическое отображение лестницы — план и сечение ступеней — согласно введённому вами набору параметров. Есть возможность буквально за пару минут сгенерировать схемы лестниц как простых однопролётных, так и винтовых, и с площадками, и с забежными ступенями.
Еще один популярный сайт — lascalagrande.ru . Здесь не доступен свободный ввод параметров, но форма параметризации достаточно «умная» и сама предложит допустимые варианты на выбор пользователя. Есть возможность выбрать один из шести типов лестниц (включая многомаршевые, поворотные и со сложной формой ступеней), а также рассчитать ограждения и баллюстрады, получив в итоге чертёж с основными размерами и изометрический эскиз. Сайт stairshop.ru — это практически полный аналог предыдущего, но в нём есть редкая возможность трёхмерного обзора спроектированной лестницы, хотя и с весьма примитивным качеством отображения.
Сайты такого рода имеют ряд приятных особенностей. Большинство из них принадлежат компаниям, профессионально занимающимся изготовлением и монтажом лестниц. Поэтому есть возможность ознакомиться с фотогалереей готовой продукции и примерно оценить стоимость проекта.
Особенности работы в Staircon
Средства для онлайн-проектирования сильно ограничивают свободу действий при разработке лестниц с уникальным дизайном . Если вам нужен более индивидуальный подход, придётся пользоваться либо программами САПР (Autodesk, SketchUp), либо обратить внимание на специализированный софт.
Программа Staircon — очень и очень неплохой вариант даже для разового применения. Несмотря на обилие функций, этот продукт достаточно просто освоить, даже при использовании нерусифицированной версии. Практически каждое из окон настройки имеет небольшое превью, где наглядно отображается характер вносимых изменений, плюс все настраиваемые параметры сразу же применяются и к главной сцене. Вся работа ведётся путём параметризации либо лестницы в целом, либо отдельных площадок и пролётов, либо и вовсе каждой ступени по отдельности.
В программе есть три основных вида: общий план, эскиз и трёхмерная модель. Переходя последовательно от одного к другому, пользователь настраивает сначала параметры лестничного кармана, затем общую конфигурацию лестницы, для чего есть несколько десятков встроенных шаблонов. И, наконец, работа завершается проработкой мелких деталей, таких как ограждения или поручни, и выбором материалов (включая металл и стекло).
В итоге пользователь получает конструкторскую документацию, список деталей и материалов, либо рендер визуальной сцены с вполне приемлемым качеством.
Расчёт физико-механических параметров
Многих интересует вопрос: как с помощью программ выполнить расчёт лестницы по нагрузке. При более близком знакомстве со Staircon и подобными средствами оказывается, что расчёт технических параметров по нагрузке уже встроен в недра программы, и она попросту не предложит использовать сечения материалов и конструктивное исполнение узлов, которые не соответствуют хотя бы среднему уровню проходной нагрузки.
Как и во всём, здесь может потребоваться индивидуальный расчёт, особенно при закреплении ступеней к стене только по одной стороне, при работе с лестницами на подвесках или расчёте бетонных пролётов с большой собственной массой.
К сожалению, эти расчёты придётся выполнять вручную: как бы ни была совершенна программа, не стоит полагаться на стандартные алгоритмы. Ни одно средство проектирования не сможет учесть несущую способность стен, равно как и прочность отдельно взятых материалов для исполнения самой лестницы.
Стоит ли изучать САПР и 3D-моделирование
Если вы не имеете опыта разработки в Autocad или 3ds Max, обращать внимание на этот класс программ только для проектирования лестницы не стоит. Единственное исключение — когда вам нужно создать действительно высокое качество визуализации или вписать лестницу в общий план визуализации интерьера, что в любительской практике встречается достаточно редко.
Но если вам уже знакомы программы для трёхмерного моделирования и производства чертежей, знакомство со специальным софтом для лестниц может обернуться напрасной тратой времени. Как мы уже говорили, программы САПР не умеют располагать ступени на одинаковом расстоянии или автоматически подгонять линию ограждений под изменения в конфигурации пролёта.
Однако реально такие возможности необходимы при разработке только очень крупных проектов. В остальных случаях можно пользоваться стандартными средствами привязки и группирования, либо найти соответствующий плагин для работы с лестницами.
ГК ИНФАРС всегда на острие технического прогресса в области автоматизации проектирования, принципиально важного этапа на пути создания новых сооружений, производств и объектов инфраструктуры.
Мы предлагаем самые современные, технологичные программы для расчета конструкций различного назначения, которые позволят произвести моделирование, расчет зданий и сооружений любой сложности.
ПК ЛИРА
Группа компаний ИНФАРС является авторизованным дилером компании ЛИРА софт (разработчик ПК ЛИРА 10). Многофункциональный программный комплекс, предназначен для расчета конструкций строительного и машиностроительного назначения методом конечных элементов. Регулярные обновления и выпуск новых версий ПК ЛИРА делают данную программу для расчета конструкций одним из самых современных средств для расчета и моделирования зданий и сооружений.
ПК ЛИРА работает на Российской нормативной базе, базе российских материалов и стандартных элементов. Разработка осуществляется в тесном взаимодействии с инженерами-проектировщиками, все версии ПК ЛИРА проходят тщательную апробацию в проектной части разработчика.
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).
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).
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).
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.
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.
Программа «Проектирование и расчет деревянных конструкций
с соединениями на металлических зубчатых пластинах»
Программа разработана ЗАО «Техкомплект» совместно с ООО «Научно-технический центр АПМ» для деревянных рамных и ферменных конструкций, применяемых в жилищном и промышленном строительстве. (Совместные авторские и имущественные права на Программу подтверждены Свидетельством об официальной регистрации программ для ЭВМ №2007610917 от 27.02.2007г., выданным Российской Федеральной службой по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам). Программа сертифицирована в системе ГОСТ Р Органом по сертификации программной продукции в строительстве (Сертификат соответствия №РОСС RU.СП15.Н00087 от 20.03.2007г.)
Соединение элементов конструкции в узлах осуществляется на металлических зубчатых пластинах (МЗП) по ТУ 5369-026-02495282-97 и прошедших испытания в ЦНИИСК им. В.А.Кучеренко (Сертификат соответствия № РОСС RU.СЛ71. Н00402 от 08.02.2007г.).
Программа предназначена для создания 2-х, 3-х мерных моделей, комплексного расчета и анализа деревянных каркасных конструкций с МЗП.
В программном продукте для ускорения построения моделей деревянных конструкций используется применение параметрической библиотеки типовых наиболее часто используемых конфигураций. Система включает также библиотеку стандартных сечений брусьев и базу данных по размерам и несущим способностям МЗП с длинным зубом высотой 14 мм и мелким зубом высотой 8 мм.
Предусмотрены специальные функции отрисовки и редактирования стержней в двухмерном пространстве, которые позволяют быстро усечь, срастить, удлинить брусья для быстрого создания произвольных сложных конструкций.
Для выполнения прочностного расчета конструкции в диалоговом режиме могут задаваться статические распределенные и сосредоточенные нагрузки, а также сейсмические нагрузки и их комбинации. При расчете учитываются растягивающе-изгибные и сжимающе-изгибные напряжения, а также устойчивость сжатых брусьев; в трехмерном пространстве можно получить картину напряженно-деформированного состояния строительной конструкции. Анализируя результаты вычислений, можно принять решение по изменению и доработке проектируемого варианта модели, ввести требуемые изменения и произвести расчеты заново.
Программой реализовано два типа расчета соединений на металлических зубчатых пластинах: проектировочный и проверочный. При проектировочном расчете подбор параметров и расположение зубчатых пластин относительно узла осуществляется автоматически. При проверочном расчете пользователь устанавливает металлические зубчатые пластины в узлах соединения и выбирает их параметры из библиотеки в ручном режиме. После выполнения расчета система выдаст предупреждение о возможности использования заданных пользователем пластин. Такой расчет целесообразно проводить, когда требуется проверить пригодность для соединения уже имеющихся МЗП.
В случае, когда для обеспечения возможности транспортировки конструкция должна состоять из отдельных подконструкций с последующим их соединением на стройплощадке в единое целое, предусмотрена функция установки и расчета нагельных соединений.
Расчеты выполняются согласно нормативным документам: Стандарт организации. СТО 3654501-002-2006. Деревянные клееные и цельнодеревянные конструкции. Методы проектирования и расчета. ЦНИИСК, Москва, 2006 г.
По результатам расчета можно получить автоматическую генерацию подетальных чертежей элементов конструкции и параметров соединения в узлах металлическими зубчатыми пластинами, включая размеры и ориентацию МЗП. Технологически все это необходимо для корректного распила каждого из брусьев, входящих в состав строительного объекта; составлении спецификации на МЗП и пиломатериалы и документации по сборке деревянной конструкции.
Программа работает в качестве приложения к чертежно-графическому редактору APM Graph. Все необходимые расчеты на действующие усилия, прочность и устойчивость выполняются расчетным ядром системы APM Structure3D.
Программа позваляет импортировать файлы с расширением DXF разработанных в системе AutoCAD.
Предназначена для персональных компьютеров с частотой процессора не ниже 0,5 ГГц, с минимальным объемом оперативной памяти (RAM) 64 Мбайт. Система работает в операционных средах MS Windows 2000, ХР.
