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

umoŜliwia

przeprowadzenie

analizy stanu napręŜeń i przemieszczeń szerokiej klasy

konstrukcji budynków wielokondygnacyjnych poddanych

złoŜonym obciąŜeniom.

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 obciąŜeń jak

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

konstrukcji są więc znacznie przybliŜone.

W Instytucie Technologii i Konstrukcji Budowlanych Politechniki Poznańskiej

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

system programów dla analizy wytrzymałościowej ścianowych konstrukcji usztywniających

budynki wysokie w celu umoŜliwienia bardziej dokładnej analizy tych złoŜonych ustrojów.

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

wykorzystanie systemu jest moŜliwe przy uŜyciu 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 uŜyciu systemu moŜliwe jest analizowanie konstrukcji, których rzut zawiera

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

poddane obciąŜeniom poziomym (dowolnie rozłoŜonym wzdłuŜ wysokości budynku lub

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

zmiennym wzdłuŜ wysokości) i nierównomiernym osiadaniom fundamentów. Analizowaną

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

bez wprowadzania dodatkowych załoŜeń upraszczających.

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

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

2

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

geometrii i cech wytrzymałościowych konstrukcji, moŜliwe do bezpośredniego odczytania

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

przeprowadzenie przez projektującego tylko prostego zebrania obciąŜeń.

Na podstawie tak określonych danych system automatycznie generuje układy równań

róŜniczkowych opisujące pracę konstrukcji. Dokonuje się konsekwentnego rozdzielenia tych

układów, dzięki czemu moŜliwe 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 nadproŜach,

przemieszczenia wybranych punktów budynku oraz wartości napręŜeń 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 obciąŜeń 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, Ŝe 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