Komputerowy system analizy wytrzymałościowej ścianowych konstrukcji

usztywniających budynki wysokie "BW-7"

W

Politechnice

Poznańskiej

opracowano

komputerowy

system

analizy

wytrzymałościowej

ścianowych konstrukcji usztywniających budynki wysokie.

Wykorzystanie

systemu

umożliwia

przeprowadzenie

analizy stanu naprężeń i przemieszczeń szerokiej klasy

konstrukcji budynków wielokondygnacyjnych poddanych

złożonym obciążeniom.

Wykorzystywane obecnie w praktyce projektowej metody analizy wytrzymałościowej

ścianowych konstrukcji usztywniających budynki wysokie charakteryzują się wprowadzaniem

znacznych uproszczeń zarówno w odniesieniu do modelu konstrukcji oraz opisu obciążeń jak

i metody rozwiązywania zadania. Uzyskiwane wartości przemieszczeń i naprężeń w elementach

konstrukcji są więc znacznie przybliżone.

W Instytucie Technologii i Konstrukcji Budowlanych Politechniki Poznańskiej

w zespole kierowanym przez prof. dr. hab. inż. K. Wrześniowskiego opracowano komputerowy

system programów dla analizy wytrzymałościowej ścianowych konstrukcji usztywniających

budynki wysokie w celu umożliwienia bardziej dokładnej analizy tych złożonych ustrojów.

System pierwotnie eksploatowany był na maszynach ICL 1900 i Odra serii 1300. Obecnie

wykorzystanie systemu jest możliwe przy użyciu komputerów zgodnych z IBM PC z pamięcią

operacyjną średniej wielkości, zarówno pod nadzorem standardowego systemu operacyjnego

DOS, jak i w środowiskach Windows 3.1, Windows 95 oraz Windows NT.

Przy użyciu systemu możliwe jest analizowanie konstrukcji, których rzut zawiera

dowolnie rozmieszczone ściany i nadproża (rysunek 1). Rozpatrywane konstrukcje mogą być

poddane obciążeniom poziomym (dowolnie rozłożonym wzdłuż wysokości budynku lub

skupionym na jego szczycie), pionowym (dowolnie rozmieszczonym w rzucie i dowolnie

zmiennym wzdłuż wysokości) i nierównomiernym osiadaniom fundamentów. Analizowaną

konstrukcję, po jej opisaniu przy wykorzystaniu przestrzennego modelu ciągłego, oblicza się

bez wprowadzania dodatkowych założeń upraszczających.

Rys.1. Schemat przestrzennego układu ścianowego z nadprożami usztywniającego budynek

wysoki: 1 - element usztywniający, 2 - pasmo nadproży, 3 - ślad tarczy stropowej

2

Dane wejściowe do systemu obejmują informacje dotyczące układu ścian i nadproży,

geometrii i cech wytrzymałościowych konstrukcji, możliwe do bezpośredniego odczytania

z rysunków budynku oraz dane opisujące obciążenia, przy czym wymagane jest

przeprowadzenie przez projektującego tylko prostego zebrania obciążeń.

Na podstawie tak określonych danych system automatycznie generuje układy równań

różniczkowych opisujące pracę konstrukcji. Dokonuje się konsekwentnego rozdzielenia tych

układów, dzięki czemu możliwe jest analizowanie konstrukcji przy wykorzystaniu niewielkiego

pola pamięci operacyjnej komputera. Dzięki zastąpieniu całkowania numerycznego

całkowaniem według wyprowadzonych analitycznie wzorów i zoptymalizowanym

wykorzystaniu pamięci na dyskach magnetycznych uzyskano krótkie czasy obliczeń.

Wynikami obliczeń systemu są siły poprzeczne i momenty zginające w nadprożach,

przemieszczenia wybranych punktów budynku oraz wartości naprężeń normalnych, stycznych

i głównych w charakterystycznych punktach konstrukcji. Opcjonalnie mogą być drukowane siły

przekrojowe w zespołach ścian usztywniających. Wszystkie te grupy wyników obliczane są dla

poszczególnych schematów obciążeń i dla opisanych zestawów ekstremów. Wartości wyników

drukowane są dla dowolnych, określonych w danych rzędnych konstrukcji.

Opracowanie makrokomendy systemu operacyjnego DOS, której jedynym parametrem

jest numer danych sprawia, że obsługa operatorska systemu jest szczególnie prosta.

Wykorzystanie systemu pozwala na wykonanie wszechstronnej analizy konstrukcji w krótkim

czasie.

Opisana wersja systemu, oznaczona symbolami BW-7, została opracowana w latach

1978-1982, częściowo w ramach Problemu Węzłowego 05.12, koordynowanego przez Instytut

Podstawowych Problemów Techniki PAN w Warszawie. System został wszechstronnie

przetestowany, m.in. na przykładach z badań eksperymentalnych. W roku 1982 rozpoczęto

realizację obliczeń na zamówienia biur projektowych. Od tego czasu wykonano wiele obliczeń

projektowanych i wznoszonych lub istniejących i modernizowanych budynków w

Wielkopolsce, na Śląsku i w Zielonej Górze.

System jest w sposób ciągły udoskonalany i rozwijany. W ostatnich latach został np.

uzupełniony o nowe pre- i postprocesory graficzne oraz nowy podsystem transmisji danych,

przyspieszający obliczenia. Aktualnie prace zostały ukierunkowane na rozszerzenie analizy

przez uwzględnienie nieliniowego modelu materiału konstrukcji.

3