FEM-models ›

Несколько лет назад ученые, ведущие специалисты компании «Геореконструкция» поставили перед собой задачу разработать методику совместного расчета оснований и надземных конструкций
с учетом их взаимодействия.

На сегодняшний день программный комплекс «FEM models», созданный нашими специалистами, является мировым лидером в практике совместных расчетов зданий и оснований, при которых здание и его основание рассматривается как единая система.

Расчеты в программе FEM-models позволяют:


 находить оптимальные экономичные конструктивные решения
 при проектировании зданий  и сооружений
прогнозировать развитие деформаций во времени при выполнении работ по мониторингу
выявлять истинную причину осадок здания при обследованиях
выполнять сложнейшие расчеты
обеспечивать исполнение закона 384-ФЗ по учету нелинейных и реологических свойств материалов и грунтов
снижать риски при строительстве сложных объектов

Button Text

Применение при проектировании зданий

Модель для совместных расчетов надземной части Концертного зала Мариинского театра, подземной части театра и его основания (грунта), выполненная в программе FEM-models ( ООО ПИ

Экономичность строительства

FEM-models - единственный в России программный продукт, позволяющий создавать совместную модель проектируемого здания, его фундаментов и основания (массива грунта) таким образом, что их расчет производятся совместно.

Возможности других программных продуктов позволяют рассчитывать лишь отдельно надземную часть здания и отдельно подземную часть здания. Последующее объединение этих данных дает весьма теоретический результат, недостаточно точно отражающий реальную картину усилий, действующих в конструкциях здания. Из-за этого проектировщики вынуждены проектировать конструкции с большим "запасом", чтобы избежать ошибок, увеличивая габариты конструкций, и тем самым повышать конечную стоимость строительства.

В реальности же подземная и надземная части здания "работают" совместно, взаимно влияя друг на друга. Поэтому модель здания, учитывающая это взаимодействие, построенная в программе FEM-models, максимально достоверна, и совместный расчет конструкций здания и его фундаментов дает значения усилий, максимально приближенные к реально действующим.

Мы получаем максимально точные данные усилий, исключаем перерасход материалов на чрезмерный "запас" и проектируем максимально экономичные конструкции, при этом не снижая уровень надежности.

Безопасность строительства в условиях
плотной городской застройки

FEM-models также позволяет создавать совместную модель проектируемого здания, его фундаментов, основания и соседней застройки, учитывая влияние строительства на соседнюю застройку в городских условиях.

Учет влияния на соседнюю застройку исключает возникновение непредвиденного развития событий при устройстве котлованов, предотвращает аварийные ситуации и расходы на ликвидацию последствий.

Интерактивное моделирование ситуации в программе FEM-models позволяет создавать щадящие стратегии и безопасные режимы производства работ для строительства в условиях плотной городской застройки.

Благодаря совместным расчетам были найдены безопасные и  эффективные строительные решения реконструируемых зданий на Владимирском пр. 19, Большой Морской ул. 54, Малой Морской ул. 23, зданий встроек на Владимирском проспекте и Конюшенной улице и для др. объектов.

Применение при обследовании и спасении аварийных зданий

В основу методики обследования сложных аварийных объектов нами положен расчет взаимодействия системы «здание – его фундаменты – основание» в среде программного комплекса FEM-models.

Для того, чтобы создать расчетную модель здания и наделить конечные элементы свойствами реальных материалов, приходится в деталях разбираться в его конструктивном решении здания и определять текущие механические параметры материалов. Для этого специалисты компании проводят обследование аварийного здания, применяя самые современные методы обследования. Для создания модели основания мы выполняем инженерно-геологические изыскания. 

На созданной в программной среде расчетной модели проверяются все возможные версии развития деформаций. Результаты расчетов сравниваются с реальной картиной развития деформаций, системой трещин.

Гипотезы, которые не проходят проверки расчетом и сопоставлением с реальностью, отметаются. В результате всестороннего расчетного анализа находятся подлинные причины развития деформаций, что позволяет назначать адекватные мероприятия по стабилизации ситуации и обеспечению длительной сохранности здания.

Применение при работах по сохранению архитектурных памятников

В основу нашего подхода к сохранению памятников заложен известный принцип Гиппократа: «не навреди». Мы считаем что к такой хирургической операции, как усиление фундаментов, пересадка их на сваи, следует прибегать лишь в том случае, когда нет иного выхода. Поэтому наш подход к памятнику начинается со всесторонней диагностики.

Мы создаем детальную компьютерную модель здания, его фундаментов и основания в среде программного комплекса FEM-models. Вся информация о конструктивном решении здания, прочности его элементов, получаемая при обследовании становится базой исходных данных для построения расчетной модели памятника.

Все возможные версии развития деформаций памятника тщательно анализируется с помощью расчетной модели. В результате многочисленных серий расчетов определяются подлинные причины разрушения. Благодаря такому научно обоснованному подходу исключается волюнтаризм в принятии решений о методах сохранения памятника.

Так нами были спасены от вредного и дорогостоящего усиления фундаментов такие символы нашего города, как биржа на Стрелке Васильевского острова, башня Адмиралтейства, Морской Собор в Кронштадте,  а также такие памятники древнерусского зодчества, как Георгиевский собор в Старой Ладоге и Успенский Собор в Тихвине. Для всех этих памятников нами были «прописаны» оптимальные, щадящие методы «лечения».

Сертификация

Программа FEM-models 2.0, получившая сегодня известность во всем мире, успешно прошла сертификацию на соответствие требованиям всех геотехнических норм - СНиП, СП и ТСН, посвященных основаниям зданий и сооружений, свайным фундаментам, основаниям гидротехнических сооружений, мерзлым грунтам, основаниям мостов и труб, а также СНиП "Нагрузки и воздействия". Сертификация была проведена центром сертификации программной продукции в строительстве. (http://www.csert.ru/)

Сегодня это, пожалуй, единственная программа, которая в полной мере может удовлетворить такие требования Федерального закона 384-ФЗ "Технический регламент о безопасности зданий и сооружений" как расчет зданий и сооружений во взаимодействии с основанием, учет нелинейных свойств и анизотропности строительных материалов и грунтов, их реологические свойства.

Авторы посчитали возможным заняться процедурой сертификации только после успешного завершения многолетнего труда по верификации моделей, содержащихся в библиотеке моделей программы FEM-models 2.0, на множестве исследовательских площадок и на реальных, успешно построенных и эксплуатируемых объектах. В этом проявляется принципиальная особенность нашего подхода: прежде всего, мы убедились в достоверности работы моделей в целом, и только затем провели сертификацию, которая представляет собой "точечный" контроль соответствия потенциала программы и ее результатов конкретным пунктам действующих норм.

Структура программного комплекса

Ядро программы

Ядром программы является "решатель", осуществляющий процедуру формирования разрешающей матрицы системы конечных элементов из матриц отдельных конечных элементов и после этого процедуру решения системы линейных алгебраических уравнений. Особенностью "решателя" является возможность решения физически и геометрически нелинейных задач методом последовательных приближений, в том числе с возможностью перестроения конечно-элементной сетки. При этом задачи могут рассматриваться в плоской, осесимметричной, пространственной постановке, с учетом изменения во времени. При разработке "решателя" был проведен детальный анализ различных алгоритмов решения задач линейной алгебры и выбраны наиболее эффективные методы, адекватные современному уровню развития вычислительной техники.

Графический редактор

Вторым компонентом программы является оригинальный графический редактор, представляющий собой систему создания пространственных конечно-элементных схем, которые могут изменяться во времени. Таким образом, пользователю предоставляется возможность работать в виртуальном четырехмерном пространстве-времени. Графический редактор построен таким образом, чтобы максимально упростить процедуру создания конечно-элементных схем и свести ее к визуально контролируемому процессу черчения в трехмерном пространстве. Он позволяет также осуществлять анализ результатов вычислений в удобной и наглядной форме (в виде изолиний, эпюр, графиков, деформированных схем и т. п.). Редактор разработан с использованием современных достижений в области трехмерной графики, используемой в настоящее время преимущественно в компьютерных играх.

Среда для разработки конечно-элементных моделей

Третьим компонентом программы является среда разработчика конечно-элементных моделей, которая позволяет создавать, тестировать и анализировать расчетные модели. Среда разработчика дает возможность пользователю создавать конечно-элементные модели, при этом от него практически не требуется знаний в области программирования. Практически все описание модели осуществляется на математическом языке.

В программе «FEM models» использованы традиционные подходы к моделированию работы надземных конструкций, ставшие привычными для проектировщиков. Более того, расчетные схемы, выполненные в таких популярных программах как SCAD, ЛИРА могут свободно конвертироваться в среду «FEM models». Это же относится и к чертежам, выполненным а программе AutoCAD.

Банк моделей

Наконец, четвертым компонентом программы является банк моделей, в котором хранятся конкретные конечно-элементные модели. При решении практических задач из этого банка выбирается адекватная модель. Конечный элементСтержнем программы, соединяющим в единое целое перечисленные компоненты, является структура универсального конечного элемента, позволяющего описать практически любую модель МКЭ. Описанный в рамках данной структуры конечный элемент может иметь неограниченное число различных степеней свободы в каждом узле (перемещения, ускорения, напоры воды, температуры и т. д.). Предусмотрено введение новых неизвестных в узлах элемента по усмотрению автора модели. В узлах могут присутствовать также силы или иного рода воздействия. Каждый элемент описывается определенным набором параметров, задаваемых пользователем при расчете, число которых определяется автором модели.

Автор модели при работе в среде разработчика заполняет описанную структуру универсального конечного элемента конкретной информацией о создаваемой им модели. Тем самым автор наделяет элемент определенным перечнем "знаний и умений", таких как способность формировать матрицу жесткости элемента, определять удобный способ визуализации на экране, вычислять внутренние усилия по полученным в результате решения перемещениям узлов и т. п. Заполненная описанным способом структура универсального конечного элемента превращается в конкретный конечный элемент, отвечающий предложенной автором модели, после чего автоматически встраивается в банк моделей и тем самым становится составной частью программы.Таким образом, с программой "FEM models" могут работать как ученые-разработчики моделей среды, так и пользователи-расчетчики, занимающиеся расчетами по готовым моделям.

Модели работы основания и сооружения

В настоящее время в рамках программы разработан ряд моделей, описывающих работу основания и сооружения.
Среди них:

• линейно и нелинейно упругие модели (изотропные, ортотропные, анизотропные среды), модели объемно несжимаемых сред;
• упруго-пластические модели (идеальная упруго-пластичность, шатровые модели);
• реологические модели;
• геометрически нелинейные модели сплошных сред;
• напорная и безнапорная фильтрация;
• стационарная и нестационарная задача теплопроводности;
• задачи термо-вязко-упруго-пластичности;
• модели структурно неустойчивых сред;
• задачи динамики сплошных сред;

В программе "FEM models" реализован принципиально новый подход к созданию конечно-элементных моделей.

Его отличительными чертами являются:
• прозрачность, то есть свобода доступа ко всем деталям реализации конкретной модели, а также математическая ясность самого описания модели для автора, пользователя и любого эксперта;
• открытость, то есть возможность пополнения программы новыми моделями;
• простота использования разработанных моделей для практических расчетов;
• отсутствие инерции в практическом использовании новейших научных разработок.

Особо сложные и опасные объекты

 Промышленные предприятия
Высотные здания
Подземные сооружения
Фундаменты с динамическими нагрузками
Транспортные сооружения

Контакты:
Тел: +7 (812) 339-35-87
Факс: +7 (812) 339-36-25
E-mail: mail@georec.spb.ru

Адрес:
190005 Россия, Санкт-Петербург,
Измайловский пр., д. 4, оф. 414