АВТОМАТИЗИРОВАННОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПРОСТРАНСТВЕННЫХ РЕШЕТЧАТЫХ СТАЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ ПОКРЫТИЙ СЛОЖНОЙ ФОРМЫ

Архитектура современных зданий и сооружений, требует применения конструктивных систем в широком диапазоне как геометрических, так и топологических форм. Пространственные стержневые стальные конструкции позволяют создавать одни из самых вариативных, сложных и востребованных видов конструктивных форм покрытий зданий и сооружений. Рассмотренная в статье методика построения пространственных решетчатых конструкций сложной геометрической формы, основана на автоматизированных методах компьютерного моделирования оболочечной поверхности и последующей разработки отдельной пространственной ячейки решетки определенного типа - «семейства». Структурная ячейка решетки является основой для топологической структуры строительной системы, которая создается с использованием специального программного обеспечения. Результатом указанной разработки является цифровая модель мегаструктуры всей пространственной конструкции. Последующий экспорт построенной геометрии в расчетные программные комплексы позволяет оценить напряженно-деформированное состояние системы и подобрать поперечные сечения всех ее элементов. Разработанная в статье методология позволяет быстро и точно проектировать пространственные структурные конструкции покрытий произвольной геометрической формы. Скорость и точность моделирования и расчета решетчатых конструкций, достигаются за счет оптимизации последовательности применения современных программ и использования специальных приемов моделирования.

строительная конструкция, стержневая система, покрытие, структура, сложная геометрическая форма, моделирование криволинейных покрытий, топология строительной системы

1. Семикин П.П., Бацунова Т.П. Динамическая архитектура. Кинетические фасады // Изв. вузов. Строительство. 2018. № 6 (714). С. 86-96

2. Лесневска Р.В., Капустин П.В. Тектоника в архитектуре Захи Хадид до и после дигитальной революции // Научный журнал строительства и архитектуры. 2017. № 1 (45). С. 125-133

3. Abramczyk J. Building Structures Roofed with Multi-Segment Corrugated Hyperbolic Paraboloid Steel Shells // Procedia Engineering. 2016. Vol. 161. P. 1545-1550. DOI: 10.1016/j.proeng.2016.08.624

4. Hassanein M.F., Elchalakani M., Elkawas A.A. Design of cold-formed CHS braces for steel roof structures // Thin-Walled Structures. Elsevier Ltd, 2017. Vol. 120, № August. P. 249-259. DOI: 10.1016/j.tws.2017.09.002

5. Людковский А.М. Висячие железобетонные монолитные оболочки // Пространственные конструкции в строительстве гражданских и промышленных зданий: Сб. тр. МИСИ. М.: МИСИ, 1992. С. 81-88

6. Hayashi S., Gondo T. Analysis of the construction of a reinforced-concrete free-form roof formwork and the development of a unit-construction method // Journal of Building Engineering. Elsevier Ltd, 2020. № September. P. 101924. DOI: 10.1016/j.jobe.2020.101924

7. Кузнецов Д.Н. Малый стальной сферический купол с решеткой из шестигранников // Строительная механика и конструкции. 2020. № 3 (26). С. 53-64

8. Бирюков В.Э., Беляева С.Ю. Дебаркадер железнодорожного вокзала: основные этапы формообразования // Научный вестник ВГТУ. Серия: Студент и наука. 2016. № 9. С. 38-42

9. Дыховичный Ю.А., Жуковский Э.З. Современные пространственные конструкции (железобетон, металл, дерево, пластмассы): Справочник. М.: Высш. шк., 1991. 543 с

10. Еремеев П.Г. Современные стальные конструкции большепролетных покрытий уникальных зданий и сооружений. М.: Изд-во АСВ, 2009. 336 с

11. Кривошапко С.Н. Оболочки вращения неканонических форм // Изв. вузов. Строительство. 2018. № 7 (715). С. 66-79

12. Кривошапко С.Н. Оболочки и стержневые структуры в форме аналитически незадаваемых поверхностей в современной архитектуре // Строительство и реконструкция. 2020. № 3 (89). С. 20-30. DOI: 10.33979/2073-7416-2020-89-3-20-30

13. Власов В.З. Принципы построения общей технической теории оболочек и новые конструктивные формы пространственных систем // Второй международный конгресс по тонкостенным покрытиям-оболочкам. Госстройиздат: Москва, 1960. С. 106-130

14. Вольмир А.С. Гибкие пластинки и оболочки. М.: Гостехиздат, 1956. 419 с

15. Карпунин В.Г., Голубева Е.А. Компьютерное моделирование строительных конструкций зданий и сооружений // Архитектон: известия вузов. 2019. № 4 (68). С. 1-11

16. Grunwald G., Hermeking T., Prang T. Kinetic Roof Structure: Msheireb Heart of Doha // Procedia Engineering. The Author(s), 2016. Vol. 155. P. 289-296. DOI: 10.1016/j.proeng.2016.08.031

17. Jermoljev D. Bratislava M.R. Štefánik airport terminal hall steel structure // Procedia Engineering. 2012. Vol. 40. P. 165-170. DOI: 10.1016/j.proeng.2012.07.074

18. Kociecki M., Adeli H. Shape optimization of free-form steel space-frame roof structures with complex geometries using evolutionary computing // Engineering Applications of Artificial Intelligence. Elsevier, 2015. Vol. 38. P. 168-182. DOI: 10.1016/j.engappai.2014.10.012

19. Емельянов Д.И. [и др.] Применение BIM-технологий для проектирования криволинейных покрытий на основе пространственных решетчатых конструкций // Строительная механика и конструкции. 2019. № 1 (20). С. 71-81

20. Travush V.I., Belostosky A.M., Akimov P.A. Contemporary digital technologies in construction Part 1: about mathematical (numerical) modelling // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2018. Vol. 456. 2018. P. 1-6. 012029 DOI: 10.1088/1757-899X/456/1/012029

21. Sventikov A.A., Kuznetsov D.N. Numerical study of the effect of the wall thickness of a steel I-beam on the form of loss of local stability // International science conference Far East Con 2019: Materials Science and Engineering. Vol. 753. Chapter 2. 2020. P. 1-6. 032035 DOI: 10.1088/1757-899X/753/3/032035

22. Милейковский И.Е., Купар А.К. Гипары. Расчет и проектирование пологих оболочек покрытий в форме гиперболических параболоидов. М.: Стройиздат, 1978. 223 с

23. Piroglu F. [et al.] Site investigation of damages occurred in a steel space truss roof structure due to ponding // Engineering Failure Analysis. Elsevier Ltd, 2014. Vol. 36. P. 301-313. DOI: 10.1016/j.engfailanal.2013.10.018

24. Pieraccini L. [et al.] The role of ductility in the collapse of a long-span steel roof in North Italy // Engineering Failure Analysis. Elsevier, 2017. Vol. 82, № March. P. 243-265. DOI: 10.1016/j.engfailanal.2017.07.012

25. Chen H., Liu H., Chen Z. Compressive strength of corroded special-shaped welded hollow spherical joints based on numerical simulation // Thin-Walled Structures. Elsevier Ltd, 2020. Vol. 149, № May 2019. P. 106531. DOI: 10.1016/j.tws.2019.106531

26. Еремеев П.Г., Ведяков И.И., Королева Е.А. Светопрозрачные крыши с использованием стекла для большепролетных покрытий // Промышленное и гражданское строительство. 2019. № 6. С. 23-28. DOI: 10.33622/0869-7019.2019.06.23-28

27. Subrin K. [et al.] Improvement of the mobile robot location dedicated for habitable house construction by 3D printing // IFAC-PapersOnLine. 2018. Vol. 51, № 11. P. 716-721. DOI: 10.1016/j.ifacol.2018.08.403

28. Huang M.Q., Ninić J., Zhang Q.B. BIM, machine learning and computer vision techniques in underground construction: Current status and future perspectives // Tunnelling and Underground Space Technology. 2020. № October. DOI: 10.1016/j.tust.2020.103677

29. Пахарева И.В., Синицына О.В. Технология BIM: теория и практика внедрения // Advanced Science. 2017. № 3. С. 377-384

30. Рыбин Е.Н. [и др.] BIM-технологии // Известия вузов. Инвестиции. Строительство. Недвижимость. 2019. Т. 9. № 1. С. 98-105. DOI: 10.21285/2227-2917-2019-1-98-105

31. Каган П.Б. Повышение эффективности организационно-технологического проектирования в строительстве за счет его модернизации с использованием современных цифровых технологий // Интернет-журнал «Отходы и ресурсы». 2020. № 1. DOI: 10.15862/09INOR120