Система автоматизированного проектирования и расчета
+7 (499) 922  00  02

Применение технологий BIM при расчете зданий в условиях сложной геотехнической обстановки в связке программ Revit, ЛИРА 10.6 и PLAXIS 3D

Применение технологий BIM при расчете зданий в условиях сложной геотехнической обстановки в связке программ Revit, ЛИРА 10.6 и PLAXIS 3D 21 Июня 2017

Введение

В настоящее время широко распространяются технологии информационного моделирования – ТИМ (BIM), в рамках которых, одним из основных преимуществ является возможность использования одной информационной модели сооружения при работе над ней разными подразделениями проектной компании. С позиции инженера конструктора, работающего как в архитектурно-строительных программах (Revit, Tekla, Archicad и др.), так и в расчетных комплексах (ЛИРА, СКАД, Stark и др.) до недавнего времени такие связки были абсурдны и нереальны, поскольку в одних программах использовались понятия конструктивных элементов – стены, перекрытия, балки и пр., когда как в других – конечные элементы (тысячи конечных элементов вместо одного конструктивного элемента перекрытия), узлы, граничные условия, сходимость и точность решения. Многие разработчики программных комплексов, с появлением трехмерного моделирования конструкций архитекторами, сделали подпрограммы (а некоторые и препроцессоры) для работы с моделями из программ архитектурно-строительного направления. Так, например, в ПК ЛИРА существуют архитектурные элементы, которые можно создавать как в самой программе, так и экспортировать из Revit и др. программ. В настоящее время такая связка работает в двустороннем режиме – обратно из ПК ЛИРА 10.6 передается в Revit армирование.

Передав модель из Revit в ПК ЛИРА 10.6 инженер сталкивается с вопросами взаимодействия сооружения с грунтом основания. Если для простых задач, с точки зрения геологии, этот вопрос решается в рамках расчета коэффициентов постели, то в сложных геотехнических задачах, часто приходится прибегать к тяжелым программным комплексам – PLAXIS, ANSYS и пр., ввиду наличия специфических нелинейных моделей грунта. На этом этапе инженер испытывает ряд сложностей: с одной стороны, имеется модель сооружения в расчетном комплексе, в котором решаются вопросы конструкций – расчеты по предельным состояниям и подбор арматуры по нормативным документам, с другой стороны – граничные условия для этой задачи необходимо каким-то образом передать из модели PLAXIS. На текущий момент, благодаря реализации связки таких программ как ЛИРА 10.6 и PLAXIS 3D, появилась возможность производить процесс проектирования по схеме Revit-ЛИРА-PLAXIS- ЛИРА, которая позволяет пользоваться плюсами всех трех программных комплексов и значительно ускорить сроки выполнения проектов, требующих сложных геотехнических решений, а главное повысить точность передачи данных.

PLAXIS 3D представляет собой простой и удобный пакет МКЭ-программ для выполнения расчётов сложных комплексных геотехнических проектов в области современного высокотехнологичного строительства.

В процессе расчётов определяются напряжения, деформации, прочность (устойчивость) в сложных геотехнических системах с учётом совместной работы инженерных конструкций и их взаимодействия с грунтом на этапах строительства, эксплуатации или реконструкции, а также фильтрационные и температурные процессы грунтовых и конструктивных сред.

Постановка задачи

В качестве примера работы связки ЛИРА 10.6 и PLAXIS 3D было рассмотрено несколько моделей зданий, ограждения котлована и ЖД насыпи, подготовленных в Revit (рис. 1). Данная модель представляет собой сложную геотехническую и конструктивно-реконструктивную задачу.

image001.png

Рис.1. Модель здания, ограждения котлована и ЖД насыпи в Revit

Основная цель моделирования достигалась итерационным подходом к нахождению оптимальных решений в системе котлован – существующее сооружение и транспортное направление, так как требовалось оценить влияние нового строительства на сооружения и предложить варианты экономически оптимальных решений по уменьшению воздействия на них.

Как известно, из Revit в ПК ЛИРА 10.6 передается аналитическая модель (рис. 2).

image002.png

Рис.2. Аналитическая модель здания, ограждения котлована и ЖД насыпи в Revit

Результаты передачи моделей из Revit в ПК ЛИРА представлены на рис. 3 и 4.

 image003.png

Рис.3. Экспортированная модель в ЛИРА с нагрузками и геометрией из Revit (с учетом толщин сечений элементов)

 image004.png

Рис.4. Экспортированная модель в ПК ЛИРА здания с плитным фундаментом

Установка расширения

Далее перейдем к связке ЛИРА 10.6 – PLAXIS.

Программная реализации связки ЛИРА-PLAXIS выполнена по средствам API модуля, разработанного компанией НИП-Информатика, при участии специалистов ЛИРА софт.

Для совместной работы 2-х программ необходимо установить дополнительный компонент в ПК ЛИРА. Это делается всего один раз на компьютере.

Для появления окна «Расширения» в ПК ЛИРА 10.6 нужно:

В установочном каталоге ЛИРА 10.6 (подкаталог Bin64 или Bin32) есть файл Lira2PlaxisProvider.xml.image006.png

Это регистрационный файл для LiraAPI расширения в котором реализован конвертер.

Этот файл нужно скопировать в AddIns директорию для расширений:

c:\Users\Имя_пользователя\AppData\Roaming\Lira Soft\Lira10.6\AddIns\

При следующем старте ПК ЛИРА расширения добавит пункт меню в блок «Расширения».

Требования к модели

Отдельно следует обратить внимание проектировщиков на точность сборки моделей, так как это напрямую влияет на расчет как в ЛИРА, так и в PLAXIS.

С учетом того, что PLAXIS 3D порой приходится работать с огромным количеством элементов в первую очередь грунтовой среды (цифра может достигать 1 млн КЭ), следует тщательно относиться к сборке самих конструкций. Рекомендуется не применять элементы размеры которых будут менее 0,5м.

Так как PLAXIS зарубежный ПК, требования к единицам его измерения отвечают принятой системе СИ, т.е. нагрузки в «кН», размеры в «м» и т.д. Соответственно задание нагрузок в Revit так же предполагалось в данной системе.

Процесс передачи

На текущий момент в связке ЛИРА-PLAXIS 3D реализована передача значений как коэффициентов упругого отпора для стержневых и оболочечных элементов, так и значений КЭ 56 для корректной реализации свайного фундамента (значение каждого введенного КЭ 56 в ЛИРА 10.6, после расчета в PLAXIS 3D получит индивидуальную жесткость, в зависимости от сложности напластования грунтов на площадке) (рис. 5).

 image007.png

Рис.5. Экспортированная модель в ЛИРА здания со свайным фундаментом

Для корректной передачи в ПК ЛИРА предусмотрена функция быстрого и точного перевода систем измерения из одной в другую, что не ограничивает проектировщика в выборе метрической системы.

Далее приводится минимальный набор действий, необходимый как для статического расчета в ПК ЛИРА, так и для передачи геометрии в PLAXIS 3D, ведь мы говорим о полном цикле проектирования по данной связке:

1. Проверить модель на актуальность введенных данных, единицам измерения в системе СИ.

 image008.png

 

2. Решить вопрос с нагрузкой собственного веса, если это не решено ранее.

3. Во вкладке «Сечения», проверить правильность и имена заданных сечений.

4. Во вкладке «Материалы», проверить правильность заданных материалов.

5. Во вкладке «Загружения»

5.1. Создать РСУ/РСН

5.2. Активировать все загружения с заданными коэффициентами переходов от нормативных к расчетным нагрузкам (или наоборот в зависимости от вашего навыка работы).

5.3. Создание необходимых комбинаций, как минимум комбинация для расчета самого С1 и осадки.

6. Во вкладке «Конструирование», создать необходимые типы элементов конструирования.

7. Проверить чтобы всем элементам были заданы вышеперечисленные параметры.

8. Триангулировать модель в сетку КЭ.

9. Задать коэффициент постели для фундаментных плит (можно просто принять 3000 кН/м³).

10. В зависимости от задачи:

10.1. Сделать закрепление фундаментных плит от смещения по X, Y;

10.2. Либо ввести КЭ56 в узлы фундамента и принять жесткости Rx=Ry=0.7*S*C1, где С1 – средняя площадь конечного элемента фундаментной плиты.

11. Произвести упаковку схемы.

12. Далее, произвести приведение координат к модулю. Так как PLAXIS довольно сложная и «капризная» к точности сетки программа, не рекомендуется оставлять значения координат узлов в ПК ЛИРА более 2 знака после запятой. Хотя это только субъективный подход каждого.

image009.png

13. Проверить оси выравнивания напряжений (хотя при передаче именно из Revit проблем с этим нет).

 

Работа с модулем PSI

Программа “PLAXIS Structure Interaction” (PSI) позволяет выполнять совместные расчеты системы «конструкция-основание». В данной программе от компании НИП-Информатика присутствует исчерпывающая информация о дальнейшей работе, так что подробного описания ее работы далее не представляется нужным.

image010.png

  - Таким образом вызывается более справка о программе, которая является более чем исчерпывающей для проектировщика.

Так же Вы можете скачать подробную инструкцию.

Стоит упомянуть лишь, что после копирования файлов из директорий хранения «начальных» проектов в директорию «рабочих»,

image011.png

нужно открыть файл ПК ЛИРА и сделать запись файла для передачи в PLAXIS из окна «Расширения» и сохранить текущий файл.

image012.png


После процедуры передачи модели следует выполнить расчет программы PSI

image013.png

Далее, открыв ПК ЛИРА через PSI на соответствующей иконке, через панель «Расширения», выполнить чтение получаемых данных из соответствующих директорий (подхватываются по умолчанию).

    image014.png

Результаты

В результате расчетов посредством PLAXIS 3D и передачи этих данных в ПК ЛИРА 10.6 мы получили наиболее достоверные значения упругого отпора с учетом нелинейных моделей грунтов и постадийной разработки основания здания, а также учет возведения самого здания с приращением нагрузок (стадия монтаж).

Как показывают результаты в частности вертикальных перемещений - в двух ПК достигнута хорошая сходимость результатов, что говорит о правильной интеграции двух разнонаправленных пакетных решений - проектирования конструкций и геотехнических расчетов.

image015.png

Рис.6. Общий вид модели в PLAXIS

image016.png  

Рис.7. Общий вид модели здания плитного фундамента с вертикальными перемещениями в ПК ЛИРА 10.6 с учетом коэф. упругого основания, полученных посредством программы PSI из PLAXIS

image017.png 

Рис.8. Общий вид модели здания плитного фундамента с вертикальными перемещениями в PLAXIS, переданной из ЛИРА модели

image018.png 

Рис.9. Общий вид модели здания свайного фундамента с вертикальными перемещениями в ПК ЛИРА 10.6 с учетом жесткостей КЭ56, полученных посредством программы PSI из PLAXIS

image019.png

Рис.10. Общий вид модели здания свайного фундамента с вертикальными перемещениями в PLAXIS, переданной из ПК ЛИРА 10.6 модели

Выводы

По итогу рассмотрения связки Revit-ЛИРА-PLAXIS-ЛИРА, можно сказать, что она достойно дополняет концепцию BIM в части процессов передачи моделей и дальнейшего расчета несущих конструкций и оснований сооружений, а также открывает перед пользователями новые просторы для ускорения и упрощения процессов проектирования.

На текущий момент выполнен большой объем работы и данная связка продолжает свое развитие в сторону облегчения рутинных операций для проектировщика и повышения качества при использовании кардинально разных программных комплексов для решения сложных задач современного проектирования. Особенно, связка будет полезна для конструкторов и геотехников, при проектировании сооружений нормальной и повышенной ответственности, где расчетные нагрузки уходят дальше границы упругой работы грунтового основания.

Авторы:

Тихонюк Иван, инженер-геотехник
Канев Данил, ЛИРА софт 
Колесников Алексей, ЛИРА софт




Скачать дистрибутив ПК ЛИРА 10.6


Следите за нашими новостями в социальных сетях


Возврат к списку

Цикл вебинаров "Механика конструкций". Тема 6. Основы расчета тонкостенных стержней
На вебинаре будут рассмотрены основы расчета тонкостенных стержней. Рассмотрим примеры ручного расчета и сравним с расчетом методом конечных элементов, используя ПК ЛИРА 10.6.
12 октября 2017 13:12:00
100+ Forum Russia. МЕЖДУНАРОДНЫЙ ФОРУМ И ВЫСТАВКА
Компания "ЛИРА софт", постоянный участник конгресса 100+ Forum Russia - это международный конгресс и выставка профессиональной направленности, посвященные проектированию, строительству, финансированию и эксплуатации высотных и уникальных сооружений любого назначения.
22 сентября 2017
XXVII Международной конференции «Математическое и компьютерное моделирование в механике деформируемых сред и конструкций»
Компания "ЛИРА софт" примет участие в XXVII Международной конференции
«Математическое и компьютерное моделирование в механике деформируемых сред и конструкций»
20 сентября 2017
Итоги конкурса "На ошибках учимся, вместе с "ЛИРА софт"
Уважаемые коллеги, сегодня мы подводим итоги конкурса "На ошибках учимся вместе с "ЛИРА софт"! В нем мы разыгрывали 5 мест обучения по курсам ПК ЛИРА 10.6.
14 сентября 2017
Все новости
Применение технологий BIM при расчете зданий в условиях сложной геотехнической обстановки в связке программ Revit, ЛИРА 10.6 и PLAXIS 3D
В статье рассматривается методика совместной работы ПК ЛИРА 10.6 и PLAXIS 3D посредством API модуля. С позиции инженера-расчетчика рассматриваются возможности передачи моделей между различными программами с применением технологий информационного моделирования.
21 июня 2017
Нелинейный статический метод анализа сейсмостойкости зданий и сооружений
Нелинейный статический метод или Pushover Analysis, широко используемый за рубежом, основан на методе спектра несущей способности. В работе подробно описан метода нелинейного статического анализа с учетом возможности использования в отечественной нормативной литературе.
21 ноября 2016
Современные методы расчета зданий и сооружений на сейсмические воздействия в ПК ЛИРА 10.4. Опыт реализации СП 14.13330.2014
Возможности программного комплекса ЛИРА 10.4 для моделирования зданий и сооружений на сейсмические воздействия.
15 октября 2015
Форум "100+ Forum Russia". Приглашаем на наши доклады
23-25 сентября 2015 года в рамках форума "100+ Forum Russia", технический директор ЛИРА софт  Колесников А.В. выступит с рядом докладов - приглашаем принять участие!
27 августа 2015
Все публикации


Цикл вебинаров "ПК ЛИРА 10 в задачах". Тема 17. "Задание нагрузок в ПК ЛИРА 10.6"
Продолжительность: 90 минут
Стоимость: Бесплатно


Онлайн-презентация ПК ЛИРА 10.6
Продолжительность: 11:00 - 14:00
Стоимость:


Презентация: ПК ЛИРА 10.6
Продолжительность: 1 день
Стоимость: Бесплатно
Смотреть график
Цикл вебинаров "ПК ЛИРА 10 в задачах". Тема 21. Применение модуля расчёта упруго-геометрических характеристик
В вебинаре будут рассматриваться использования нового модуля «Определение упруго-геометрических характеристик поперечных сечений стержней», появившегося в ПК ЛИРА 10.6.
28 сентября 2017
Цикл вебинаров "ПК ЛИРА 10 в задачах". Тема 20. Расчет конструкций зданий и сооружений с учетом геометрической нелинейности в ПК ЛИРА 10.6
Вебинар посвящен решению практических задач с учетом геометрической нелинейности в ПК ЛИРА 10.6. Также будет представлена теория расчета с учетом геометрической нелинейности в том числе после потери устойчивости.
24 августа 2017
Цикл вебинаров "ПК ЛИРА 10 в задачах". Тема 19. Совместная работа в ПК ЛИРА 10.6 и Revit
Современные процессы проектирования тесно связаны с взаимодействием программ между собой. ПК ЛИРА 10.6 – прекрасно вписывается в эту технологию, благодаря связкам с различными программами, одной из таких программ является Revit.
28 июля 2017
Цикл вебинаров "Механика конструкций". Тема 5. Теория и практика расчета пластин
В рамках вебинара будет изложено в кратком виде несколько лекций из университетского курса Сопротивление материалов, касающихся теории и расчета пластин на изгиб.
13 июня 2017
Все записи вебинаров
Создание сайта на Битрикс — AGRWEB