После долгого отсутствия вновь приветствую коллег-конструкторов, - состоявшихся и пока студентов, - и всех интересующихся вопросами проектирования строительных конструкций.
До сих пор в своих статьях я делился опытом, мыслями и наработками по разным аспектам конструкторского проектирования: по расчету аналитическим методом, по разработке графики в Revit, общими соображениями по профессиональному становлению. В этой же статье речь пойдет о построении расчетной схемы в SCAD.
Мне поступило очередное задание на поверочный расчет конструкций существующего здания, и примечательным в нем было то, что это здание имело нестандартную геометрию, как и большинство церквей, коих по всей стране великое множество. Многие из них насчитывают не одно столетие, что подсказывает мне, что вопрос их реставрации с поверочными расчетами на несущую способность будет актуален еще долгое время. Опыта построения расчетных схем подобных зданий в SCAD до этого я не имел в своей рабочей практике.
Итак, техническое задание было следующее: имелись результаты обследования несущих конструкций православного храма, расположенного в одной из деревень Тверской области.
Здание построено в период между 1792 и 1826 годами, то есть, около двух веков назад. В стене под куполом образовалась серьезная трещина (см. рисунок ниже), что стало основной причиной, по которой заказчик обратился за расчетом несущей способности конструкций здания.
В результатах обследования были данные о геометрических размерах здания и несущих свойствах кирпичной кладки стен и сводов - марки по прочности кирпича и раствора.
Здание имеет сложную форму, и поначалу не было уверенности в возможности построить его расчетную схему. Из предыдущих работ и из общих знаний о возможностях SCAD «в багаже» имелись некоторые практические наработки и приемы, и это придавало мне уверенности в успешном выполнении задачи.
Конечно же, самой сложной частью построения расчетной модели была геометрическая составляющая:
- цилиндрические части:
• криволинейные в плане стены (1 – см. рис. ниже),
• своды, пересекающие друг друга (2),
• и барабаны под куполом и над ним с арочными окнами (3),
- сферические части – купол и свод в восточной стороне (4),
- и самое сложное – переход от квадратного очертания в плане к круглому (5).
Цилиндрические поверхности можно строить «полосами», предварительно построив точки крайних образующих с помощью функции:
«Узлы и элементы» > Узлы > «Генерация узлов по дуге».
Для пересекающихся сводов далее нужно было произвести дробление пластин по линии пересечения и удалить лишние пластины, что потребовало много времени и внимательности. Порой даже широких возможностей фрагментации, имеющихся в SCAD, казалось недостаточно.
Построить барабаны было легко благодаря наличию встроенной в SCAD функции построения поверхностей вращения, но наличие арочных проемов потребовало дополнительной скрупулезной работы в этих частях модели…
Построение сферических поверхностей было так же просто, так как программа позволяет это сделать стандартными функциями, в которых можно самостоятельно разобраться.
Самым трудоемким в построении расчетной модели стала триангуляция переходной части между прямолинейными стенами и барабаном.
Сложность была в том, что для поверхностей 2-го порядка, для генерации которых нет встроенных инструментов в SCAD, нужно было еще произвести триангуляцию, приемлемую для расчета. А триангуляция производится только для плоских контуров. Тут оговорюсь: в программе имеется инструмент для построения и такой поверхности (Схема > Стандартные аналитические поверхности > Вид поверхности: Коноид с направляющей окружностью), но здесь он был неудобен в применении, так как он требует совпадения ширины сопрягаемых линий (на рисунках a и b соответственно), чего не было в моем случае.
При задании контура триангуляции все вершины контура должны располагаться в одной плоскости с допущением небольшого отклонения от нее. Для возможности построения участков с большой кривизной приходилось задавать контуры малыми фрагментами.
В итоге получилась расчетная модель, позволившая оценить несущую способность стен и сводов и определить участки, требовавшие усиления.