АВТОМАТИЗАЦИЯ ИНЖЕНЕРНЫХ РАСЧЕТОВ В ПРОГРАММЕ AUTODESK REVIT НА ПРИМЕРЕ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ КОНСТРУКЦИЙ

Источник статьи: BIM-моделирование в задачах строительства и архитектуры : материалы III Международной научно-практической конференции; СПбГАСУ. – Санкт-Петербург, 2020.

УДК 004.422.833:69.07
DOI: 10.23968/BIMAC.2020.025
Введение.
Одна из основных идей BIM-технологий связана с передачей информации между разными исполнителями проекта без потерь и необходимости дублирования и повторного ввода данных [1].
Частным случаем такой передачи данных является связь архитектурной модели с расчетной моделью. Однако есть ситуации, когда передача модели в расчетную программу не целесообразна, например,
когда расчетная схема статически определима, и допустимо не учитывать нелинейность и пространственную работу конструкций. Запрос инженеров, вероятно, был бы удовлетворен, если бы в соответствии с результатами расчета можно было бы быстро изменить исходную модель. Проблему удобно решить, воспользовавшись внутренними ресурсами программ, созданных для архитектурно-конструктивного моделирования. Это приводит к идее создания расширений и плагинов для программ 3D-проектирования. В частности, программы Revit. Автоматизация инженерных расчетов в программе Autodesk Revit на примере металлических конструкций.
Разработка Add-ings или, по-другому, плагинов широко распространена для решения конкретных инженерных задач. Приведем несколько примеров: оптимизация процесса подбора и раскладки армирования для здания с каркасом из монолитного железобетона [2], расчет отопительных систем с подбором и раскладкой труб [3], создание плана обследования здания [4].
Целью исследования является разработка плагинов, которые позволяют делать расчеты и заменять элементы модели в зависимости от заданных нагрузок. На текущий день реализована возможность подбора сечений металлической однопролетной балки, сплошной металлической колонны и однопролетной металлической фермы.
Проектировщику для решения таких задач нужен не новый софт, а дополнение к уже имеющемуся. Поэтому плагины, использующие API программных продуктов и скрипты, весьма популярны. BIM – это наполненная информацией модель, которая позволяет не только получить спецификации, но и делать инженерный анализ на основе полученных данных. Благодаря своей открытой структуре разработки компонентов, любое семейство можно адаптировать под любой инженерный расчет.

Предлагаемые плагины.
Авторами статьи разработано три плагина для программы Revit. Плагины написаны на языке C#
и на Dynamo. Принцип работы плагинов следующий: требуется выбрать элемент для расчета, задать необходимые нагрузки и условия закрепления и запустить расчет. Программа предложит оптимальное решение и позволит произвести мгновенную замену сечения. Расчет однопролетной балки производится на действие изгибающего момента, возникающего от комбинации нагрузок: равномерно распределенных, сосредоточенных. Обеспечена возможность выбора закрепления балок по концам, шарнирное или жесткое (рис. 1).

Расчет производится по следующей формуле ([5], формула (41)):

При этом верхний пояс балки считается раскрепленным (расчет на общую устойчивость не производится). После расчета на прочность и подбора подходящего сечения, производится проверка по второй группе предельных состояний на прогиб ([6], таблица Д.1). Далее доступной становится автоматическая замена элементов в проекте на подобранные.
Рассмотрим пример расчета балки. Начальные характеристики сечения показаны на рис. 2. К балке прикладывается сосредоточенная и равномерно распределенная нагрузка по схеме на рис. 2.
Величина нагрузок: q = 10 кН/м, F = 10 кН, x = 1000 мм (рис. 2). В результате проверено сечение, двутавр 40Б2, и подобран более экономичный, 26Б2 (рис. 3).

Дополнительно к плагину разработана база элементов Revit, которые наилучшим образом взаимодействуют с данным плагином, обеспечивая точность и минимальную погрешность в расчете. Программа анализирует возможные варианты в зависимости от типоразмеров внутри семейства, а также на основе базы данных из сортамента.
Если отсутствует подходящий вариант типоразмера, программа предложит оптимальное решение по значению момента сопротивления.
Расчет центрально сжатой колонны производится согласно формуле (7) из источника [5]:

После получения всех типов сечений программа проверяет каждый вариант и предлагает оптимальное решение.
Данное решение позволяет проводить подбор и автоматическую замену сечений в проекте при использовании программы Revit.
Доступные варианты сечений показаны на рис. 4, а рассматриваемые типы опирания на рис. 5.
Пример расчета стальной стойки высотой 4 м из двутавра 20К2.
Нагрузка N = 20 кН. Колонна закреплена снизу жестко, а сверху шарнирно. Коэффициент расчетной длины взят по рис. 5, который соответствует таблице Д.1 [5]. Результат расчета приведен на рис. 6.

Рекомендуем пройти наш новый курс по C#: Программирование на C# под Autodesk Revit
Размещаем информацию по курсам в телеграмм чате https://t.me/+B3kHPJ3U5Mw2OGEy

Минусы данной системы заключаются только в том, что для данной программы необходимы семейства со всей информацией внутри типов.
Следующий плагин – подбор сечений элементов стропильной фермы. Этот плагин разрабатывается на приложении Dynamo для Revit и позволяет производить расчеты статически определимых
стальных ферм (рис. 7). Плагин находится в процессе тестирования: сложность задачи заключается в разработке алгоритма, рассматривающего любую конфигурацию фермы. В настоящий момент рассматривается только тип по схеме на рис. 8.
Расчетная схема фермы представляется как шарнирно-стержневая плоская система с двумя точками закрепления по нижнему поясу. Нагружение фермы считается узловым и задается в виде сил, приложенных к узлам верхнего и нижнего пояса. Значение вертикальной нагрузки в каждом из узлов может быть различно. Для решения задачи применялся известный в строительной механике метод вырезания узлов. Проверка и подбор сечений элементов фермы осуществлялось по действующим нормам [5]. Так, для расчета сжатых стержней применялась формула (7) из источника [5], указанная выше, а для растянутых стержней – формула (5) из [5]:

Заключение.
Разработанные плагины для программы Autodesk Revit созданы в помощь проектировщику и позволяют решить задачи расчета стальных конструкций: однопролетной балки, колонны, фермы. Решение актуально для проектов из стальных конструкций с простой расчетной схемой. Особенность плагинов в том, что подобранные элементы можно сразу заменить в проекте. Дальнейший интерес авторов направлен на решение задач для железобетонных конструкций.

Литература:

1. BuildingSmart – официальный сайт. URL: https://www.buildingsmart.org/standards/bsi-standards/industry-foundation-classes/ (дата обращения: 14.02.2020).
2. Porwal A., Hewage K.N. Building Information Modeling–Based Analysis to
   Minimize Waste Rate of Structural Reinforcement // Journal of Construction Engineering
   and Management. 2012. Vol. 138(8). P. 943–954. DOI: 10.1061/(asce)co.1943-
   7862.0000508.
3. Решения компании “liNear” для проектирования ОВ и ВК. URL: https://www.
   linear.eu/ru/продукты/loesungen-fuer-revit/ (дата обращения: 14.02.2020).
4. Ugliottia F.M., Oselloa A., Rizzoa C., Muratorea L. BIM-based structural
   survey design // Procedia Structural Integrity. 2019. Vol. 18. P. 809–815. DOI: 10.1016/j.
   prostr.2019.08.230.
5. СП 16.13330.2017 Стальные конструкции. Актуализированная редакция
   СНиП II-23-81*. М.: Минстрой России, 2017. 140 с.
6. СП 20.13330.2016 Нагрузки и воздействия. Актуализированная редакция
   СНиП 2.01.07-85*. М.: Минстрой России, 2016. 104 с.

Подписывайтесь на наш telegram:

Автор статьи: