Modelowanie konstrukcji budowlanych

Modelowanie konstrukcji budowlanych

rok wydania: 2021, wydanie pierwsze
ISBN: 978-83-8156-164-8
ilość stron: 270
format: B5
oprawa: miękka

Opis

Do napisania niniejszej pracy skłoniła autorów coraz większa tendencja do wykonywania złożonych obliczeń przy słabej znajomości ograniczeń metody elementów skończonych i bez należytej weryfikacji. Tendencja ta jest widoczna jest zarówno w praktyce projektowej, jak i w programach nauczania uczelni technicznych.

Zdaniem autorów znajomość MES-u przez konstruktorów może być dość powierzchowna w zakresie podstaw teoretycznych, ale powinna być pełna w zakresie wykorzystywanych elementów skończonych. Przykładowo, jeśli konstruktor analizuje płytę średniej grubości i wykorzystuje płytowy element skończony, nie musi znać wyprowadzenia równań opisujących ten element, ale powinien znać ogólne zasady stosowania takiego elementu (w tym warunki stosowalności teorii płyt średniej grubości), a szczególnie warunki (i ścieżkę) zbieżności.

Celem pracy jest pokazanie możliwości modelowania konstrukcji, skutków modelowania i możliwie najprostszego przedstawienia teorii MES umożliwiającego odpowiedzialne prowadzenie obliczeń i ich weryfikację. Autorzy podjęli próbę sformułowania standardów obliczeń inżynierskich wspomaganych komputerem, ale mają świadomość, że zamieszczone informacje są zaledwie przyczynkiem do tego ważnego elementu pracy inżyniera. Książka dedykowana jest konstruktorom budowlanym, studentom kierunku budownictwo, uczestnikom kursów użytkowników programów wspomagających i automatyzujących projektowanie konstrukcji.

Spis treści

Przedmowa / 9

1. Informatyzacja budownictwa / 13
1.1. Projektowanie3D / 13
1.2. Integracja oprogramowania / 15
1.3. Idea BIM / 16
1.4. Definicje BIM / 18
1.5. Standardy wymiany danych / 19
1.6. BIM w projektowaniu / 19

2. Wprowadzenie do metody elementów skończonych / 23
2.1. Syntetyczny opis metody elementów skończonych(MES) / 23
2.2. Statyczna analiza konstrukcji / 34
2.3. Dynamiczna analiza konstrukcji / 39
2.4. Stateczność / 41
2.5. Drgania konstrukcji z udziałem dużych sił osiowych / 44
2.6. Zestawienie elementów skończonych / 46
2.7. Element skończony ramy przestrzennej / 49
2.7.1. Stan przemieszczenia / 51
2.7.2. Stan odkształcenia / 52
2.7.3. Siły węzłowe i siły przekrojowe / 53
2.7.4. Macierz sztywności / 56
2.7.5. Macierz geometryczna / 57
2.7.6. Konsekwentna macierz bezwładności / 58
2.7.7. Diagonalna macierz bezwładności / 59
2.7.8. Zdiagonalizowana macierz bezwładności / 59
2.7.9. Macierz sprężystego podłoża / 60
2.7.10. Element prętowy o węzłach przesuniętych(statyka) / 61
2.8. Płaski element powłokowy / 63
2.8.1. Opis elementu / 63
2.8.2. Stan przemieszczenia / 65
2.8.3. Macierz sztywności / 66
2.8.4. Konsekwentna macierz bezwładności / 66
2.8.5. Siły węzłowe / 66
2.9. Element powłoki obrotowo-symetrycznej / 67
2.9.1. Opis elementu / 67
2.9.2. Stan przemieszczenia / 68
2.9.3. Stan odkształcenia / 69
2.9.4. Siły wewnętrzne / 70
2.9.5. Macierz sztywności / 71
2.10. Pierścień sprężysty / 71
2.10.1. Opis elementu / 71
2.10.2. Stan przemieszczenia i siły przekrojowe / 72
2.10.3. Macierz sztywności / 73
2.10.4. Macierz bezwładności / 73
2.11. EfektyP-Δ,P-δ / 73
2.12. Wiarygodność obliczeń MES / 75
2.13. Etapy realizacji zadania w systemie obliczeniowym MES / 77
2.14. Budowasystemu MES / 78
2.14.1. Preprocesor / 79
2.14.2. Procesor / 80
2.14.3. Postprocesor / 81

3. Podstawy modelowania metodą elementów skończonych / 83
3.1. Proces modelowania konstrukcji na podstawie projektu 3D / 83
3.1.1. Układy współrzędnych / 84
3.1.2. Schemat realizacji obliczeń / 85
3.1.3. Wstępne przygotowanie modelu obliczeniowego / 85
3.1.4. Analiza współosiowości elementów konstrukcji / 87
3.1.5. Sprawdzenie i korekta precyzyjnego ustawienia modelu obliczeniowego / 90
3.1.6. Przyjęcie warunków brzegowych / 91
3.1.7. Przyjęcie obciążenia i wariantów obciążenia / 92
3.1.8. Podział konstrukcji na elementy skończone / 92
3.1.9. Rozwiązanie zadania / 94
3.1.10. Weryfikacja, walidacja, kalibracja / 94
3.1.11. Podsumowanie / 97
3.2. Modelowanie konstrukcji zaprojektowanej w 3D –przykład z komentarzem / 98
3.2.1. Generowanie modelu obliczeniowego na podstawie modelu 3D / 99
3.2.2. Modelowanie słupów / 100
3.2.3. Modelowanie belek / 102
3.2.4. Modelowanie ścian / 103
3.2.5. Modelowanie stropów / 103
3.2.6. Kratownice stalowe / 105
3.2.7. Zadawanie obciążeń / 107
3.2.8. Kombinacje obciążeń / 107
3.2.9. Podpory / 108
3.2.10. Rezultaty obliczeń / 109
3.2.11. Podsumowanie / 109

4. Modelowanie wybranych konstrukcji budowlanych / 113
4.1. Rama płaska / 113
4.1.1. Rozwiązanie klasyczną metodą przemieszczeń / 115
4.1.2. Rozwiązanie macierzową metodą przemieszczeń / 119
4.1.3. Rozwiązania za pomocą MES / 125
4.1.4. Podsumowanie wyników / 127
4.2. Rama płaska –duże siły osiowe / 129
4.2.1. Rozwiązanie ścisłe / 129
4.2.2. Rozwiązanie za pomocą MES / 132
4.3. Połączenie płyta-słup / 133
4.3.1. Modele / 135
4.3.2. Wyniki / 136
4.4. Budynek wysoki / 138
4.4.1. Model obliczeniowy powłokowo-prętowy / 140
4.4.2. Wznoszenie budynku a nieściśliwość prętów / 149
4.4.3. Model obliczeniowy –rama płaska z trzonem budynku / 150
4.4.4. Model obliczeniowy –rama przestrzenna połączona ze ścianami trzonu / 154
4.4.5. Podsumowanie / 157
4.5. Modelowanie stropu żelbetowego / 158
4.5.1. Przedmiot analizy / 158
4.5.2. Grupa modeli 1 –obliczenia analityczne / 164
4.5.3. Grupa modeli 2 –żebro środkowe / 170
4.5.4. Grupa model i3 –moduł środkowy samodzielny / 177
4.5.5. Grupa modeli 4 –moduł środkowy / 182
4.5.6. Grupa modeli 5 –moduł narożny / 187
4.5.7. Grupa modeli 6 –moduł poszerzony / 192
4.5.8. Grupa modeli 7 –cała konstrukcja / 197
4.5.9. Podsumowanie / 201
4.6. Modelowanie pomostu / 203
4.6.1. Modele prętowe / 204
4.6.2. Modele prętowo-płytowe / 206
4.6.3. Model bryłowy / 209
4.6.4. Analiza wyników / 209
4.6.5. Analiza dynamiczna / 213
4.7. Modelowanie powłoki / 214
4.7.1. Model p1. Dwuwymiarowe zagadnienie teorii sprężystości: model obrotowo-symetryczny / 216
4.7.2. Model p2. Powłoka obrotowo-symetryczna / 220
4.7.3. Model p3. Model powłokowo-prętowy / 222
4.7.4. Model p4. Model powłokowo-prętowy z wieńcem częściowo podpartym / 229
4.7.5. Podsumowanie analizy statycznej / 231
4.7.6. Analiza dynamiczna / 232

5. Standardy obliczeń komputerowych / 243
5.1. Standardy weryfikacji / 243
5.2. Wytyczne do weryfikacji obliczeń MES / 245
5.3. Raport z obliczeń / 248

Bibliografia / 251

Spis rysunków / 257

Spis tabel / 264

Skorowidz / 267