Современное строительство — это очень сложная система, в деятельности которой принимает большое количество участников: заказчик, генподрядные и субподрядные строительно-монтажные и специализированные организации; коммерческие банки и финансовые органы и организации; проектные, а нередко и научно-исследовательские институты; поставщики строительных материалов, конструкций, деталей и полуфабрикатов, технологического оборудования; организации и органы, осуществляющие различные виды контроля и надзора за строительством; подразделения, эксплуатирующие строительную технику и механизмы, транспортные средства и т.д.
Для того, чтобы построить объект, необходимо организовать согласованную работу всех участников строительства.
Строительство протекает в непрерывно меняющихся условиях. Элементы такого процесса связаны между собой и взаимно влияют друг на друга, что усложняет анализ и поиск оптимальных решений.
На стадии проектирования строительной, любой другой производственной системы, устанавливаются ее основные технико-экономические параметры, организационно-управленческая структура, ставится задача определения состава и объема ресурсов — основных фондов, оборотных средств, потребности в инженерных, рабочих кадрах и т.д.
Что такое математическое моделирование | Юрий Ефременко
Чтобы вся система строительства действовала целесообразно, эффективно использовала ресурсы, т.е. выдавала готовую продукцию — здания, сооружения, инженерные коммуникации или их комплексы в заданные сроки, высокого качества и с наименьшими затратами трудовых, финансовых, материальных и энергетических ресурсов, надо уметь грамотно, с научной точки зрения, осуществлять анализ всех аспектов ее функционирования, находить наилучшие варианты решений, обеспечивающих ее эффективную и надежную конкурентоспособность на рынке строительных услуг.
В ходе поиска и анализа возможных решений по созданию оптимальной структуры предприятия, организации строительного производства и т.д. всегда появляется желание (требуется) отобрать лучший (оптимальный) вариант. Для этой цели приходится использовать математические расчеты, логические схемы (представления) процесса строительства объекта, выраженные в виде цифр, графиков, таблиц и т.д. — другими словами, представлять строительство в виде модели, используя для этого методологию теории моделирования.
В основе любой модели лежат законы сохранения. Они связывают между собой изменение фазовых состояний системы и внешние силы, действующие на нее.
Любое описание системы, объекта (строительного предприятия, процесса возведения здания и т.д.) начинается с представления об их состоянии в данный момент, называемом фазовым.
Успех исследования, анализа, прогнозирования поведения строительной системы в будущем, т.е. появления желаемых результатов ее функционирования, во многом зависит от того, насколько точно исследователь «угадает» те фазовые переменные, которые определяют поведение системы. Заложив эти переменные в некоторое математическое описание (модель) этой системы для анализа и прогнозирования ее поведения в будущем, можно использовать достаточно обширный и хорошо разработанный арсенал математических методов, электронно-вычислительную технику.
Математическое моделирование при строительстве сооружений в условиях севера – Сергей Степанов
Описание системы на языке математики называется математической моделью, а описание экономической системы – экономико-математической моделью.
Многочисленные виды моделей нашли широкое применение для предварительного анализа, планирования и поиска эффективных форм организации, планирования и управления строительством.
Цель данного учебного пособия – ознакомить в очень сжатой и простой форме студентов строительных ВУЗов и факультетов с арсеналом основных задач, стоящих перед строителями, а также методами и моделями, способствующими прогрессу проектирования, организации и управления строительством и нашедшими широкое применение и повседневной практике.
Мы считаем, что каждый инженер, менеджер, работающий в сфере строительства — на возведении конкретного объекта, в проектном или научно-исследовательском институте, должен иметь представление об основных классах моделей, их возможностях и областях применения
Так как формулировка любой задачи, включая алгоритм ее решения, является в некотором смысле своеобразной моделью и более того, создание любой модели начинается с постановки задачи, мы сочли возможным начать тему моделирования с перечня основных задач, стоящих перед строителями.
Сами математические методы не являются объектом рассмотрения в данном учебном пособии, а конкретные модели и задачи приводятся с учетом их значимости и частоты применения в практике организации , планирования и управления строительством.
В случае создания модели сложных строительных объектов к процессу моделирования и анализа моделей привлекаются программисты, математики, инженеры-системотехники, технологи, психологи, экономисты, менеджеры и другие специалисты, а также используются электронно-вычислительная техника.
Источник: topuch.ru
Математическое моделирование в строительстве
Создание модели позволяет проверить теории, оценить решения, изменить их и создать лучшее из возможных решений. Строительство сегодня, по сути, представляет собой процесс переноса виртуальной модели в физическое пространство. Возможности техники настолько велики и широки, что уже известны проекты, в которых здания или их элементы печатали на 3D- принтерах.
Модели и моделирование — это неотъемлемая часть проектного процесса. До того как компьютеры вошли в нашу жизнь, оценить решения пространственно позволяли макеты и прототипы, которые архитекторы создавали из картона и бумаги в нужном масштабе. Такая работа занимала много времени, но она была необходима, в каждой мастерской был макетный отдел, загруженный работой.
Сегодня макеты зданий и сооружений создаются в коммерческих целях — уже готовые решения размещаются под стеклом в торговых центрах, чтобы привлечь внимание будущих покупателей и дать им представление о том, что они приобретают. Такие макеты делают с помощью лазерной резки и собирают вручную, но к архитектуре это уже имеет второстепенное отношение.
Компьютерное моделирование полностью заменило бумажное, оно имеет множество преимуществ:
- над одной моделью может работать целая команда, и при этом никто не будет друг другу мешать;
- качественное красивое и хорошо оформленное и продуманное дизайнерское решение;
- можно создать несколько копий и легко внести изменения в каждую из них, сравнить их между собой;
- виртуальная модель может быть переведена в любой масштаб и вставлена в нужный контекст, к примеру, в 3D-виде;
- это универсальный инструмент, который используется для общения с заказчиком и между членами команды.
Любой узел, сечение, фрагмент можно посмотреть «вживую», а не на чертеже. Конечно, и у компьютерного моделирования есть минусы. Электронные копии могут быть повреждены вирусами, они требуют постоянного обновления версии ПО, их гораздо легче скопировать конкурентам, чем бумажный прототип. В давно существующих проектных фирмах используют упрощенные версии макетов при проектировании.
Сегодня архитекторы работают с двумя типа моделей, это 3D модель, создаваемая в программах 3D-max, и БИМ-модель, которая является более современной и продвинутой версией 3D модели, в ней можно найти всю информацию о составе, материалах, отделке. Все проекты, которые разрабатываются сегодня, имеют БИМ-модель.
Готовые работы на аналогичную тему
БИМ – это технология моделирования зданий и сооружений, которая отличается высокой степенью детализации предлагаемых решений в виде информационной модели, которая по сути является виртуальной копией будущего здания.
Рисунок 1. Моделирование стало основой современного строительства. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Математическое моделирование
Использование математического моделирования в строительстве ведется уже многие годы, оно позволяет оптимизировать многие процессы, наладить цепочку производства и сократить сроки.
Рассмотрим в каких задачах оно применяется:
- модели управления запасами;
- модели линейного программирования;
- цифровое моделирование;
- оптимизационные модели;
- вероятностно-статистические модели;
- организационно-технологические модели;
- сетевые модели;
- моделирование систем управления строительством.
Рисунок 2. Математическое моделирование применяется и в строительстве. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Как и в любой другой области модели создаются в несколько этапов. На первом этапе определяются цели, показатели и взаимосвязи. На втором проводится проверка принятых положений и математическая формализация. На третьем этапе формируются модельные отношения меду входными и выходными показателями и структура модели.
Четвертый этап посвящен статистическому анализу данных, пятый сопоставлению модельных оценок и выводов с действительность. На шестом этапе проводятся уточнения по результатам пятого этапа. Сложности построения адекватных моделей объясняются трудностью сбора и описания информации о системе и выработки системы критериев.
Помимо собственно строительного производства методы математического моделирования применяются в строительном материаловедении.
Возможности математического моделирования значительного обогатили практику строителей и архитекторов, представив новые инструменты для анализа и планирования. Математические модели нашли широкое применение как на этапе проектирования, так и в строительстве различных зданий и сооружений. Рост рынка информационных технологий, который мы наблюдаем, сегодня дает возможность полагать, что эта отрасль будет только расти и развиваться.
Источник: spravochnick.ru
Основные задачи математического моделирования в строительстве зданий и сооружений
В последнее десятилетие экономически и методически целесообразно проведение исследований сложных сооружений с применением расчетных моделей.
Моделирование — построение и изучение моделей реально существующих предметов, процессов или явлений с целью получения объяснений этих явлений, а также для предсказания явлений, интересующих исследователя. Существует два основных метода моделирования – физическое (инженерное) и математическое.Физическое моделирование, основанное на теории простого или расширенного подобия, по мере усложнения задач исследований все менее целесообразно, так как не решает задач снижения трудоемкости и стоимости изготовления моделей, соблюдения планируемых сроков эксперимента. Поэтому в последнее время более целесообразно применять математические модели строительных конструкций, используя множество различных программных-комплексов. Сочетание при исследовании сложных строительных конструкций методов физического и математического моделирования обусловливает целесообразность применения принципа декомпозиции (членения) объекта исследований на более простые элементы, раздельные испытания которых потребуют гораздо меньше ресурсов по сравнению с испытаниями всей системы. Особенно этот принцип эффективен при исследовании сооружений, состоящих из большого количества однотипных элементов и узлов.Рассматривая процесс исследования строительных конструкций как некоторую систему, необходимо выделить в ней три основные подсистемы:
- экспериментальные исследования на физических моделях;
- расчетные исследования на математических моделях;
- связь между экспериментом и расчетом, включающая идентификацию некоторых параметров расчетной модели, проверку ее адекватности и корректировку.
Математическое моделирование
Любое математическое моделирование строится на формировании расчетной схемы сооружения. Формирование расчетной схемы сооружения – это переход от реального объекта или конструкции к расчетной модели путем отбора наиболее существенных (значимых для конкретной ситуации) особенностей, их идеализация и схематизация, допускающая последующую алгоритмизацию и математическую обработку. При изучении поведения сложной системы её расчленяют на более простые подсистемы: плоские или пространственные рамы, несущие стены и их фрагмен-ты, плиты перекрытий, фундаменты.
Однако при выборе расчетной схемы следует придерживаться следующих правил:
Математические схемы вероятностных автоматов
. моделирования объектов в области системотехники и системного анализа на первоначальных этапах исследования системы рациональнее использовать типовые математические схемы: дифференциальные уравнения, конечные и вероятностные автоматы, . описательная модель – математическая схема – математическая (аналитическая или имитационная) модель». Каждая . и целесообразной степени общности. Автомат можно .
1. Аппроксимирующая модель работы проектируемого объекта должна правильно и полно отражать работу реального объекта, т.е. соответствовать механизмам его деформирования и разрушения.
Например: при расчетах на прочность изгибаемая балка должна противостоять моменту и поперечной силе, а при оценке жесткости для балки определяется прогиб; подпорная стенка рассчитывается на устойчивость против опрокидывания и на прочность основания по сжимающим напряжениям; сваи рассчитываются на вдавливание/ выдергивание по грунту и на прочность по материалу (при внецентренном сжатии/расстяжении), кроме того, для изгибаемой сваи проверяется заделка в основание, а при расчете по перемещениям для фундамента определяется осадка.
2. Принимаемая расчетная гипотеза должна ставить рассчитываемую конструкцию в менее благоприятные условия, чем те в которых находится действительная конструкция.
3. Расчетная модель работы сооружения должна быть достаточно простой. Целесообразно иметь не одну модель, а систему аппроксимирующих моделей, каждая из которых имеет свои границы применения.
Инженерная схематизация строительного объекта связана с использованием допущений ( гипотез), позволяющих математически описать учитываемые реальные свойства конструкций и материалов. Приемы схематизации – общепринятые постулаты: закон Гука, закон Кулона, гипотеза плоских сечений, расчет по недеформированной схеме, замена реальной конструкции стержнем (колонн, балок перекрытий), пластинкой или оболочкой (плит покрытий, перекрытий, несущих стен).
Формирование расчетной схемы в строительном проектировании включает три группы допущений:
1. схематизация геометрической формы проектируемого объекта, назначение граничных условий.
2. схематизация свойств материалов.
3. схематизация нагрузок.
Реальный объект заменяется идеализированным деформируемым телом с изученными топологическими свойствами: стержень (балка), стержневой набор (рама, ферма), арка, плоская стенка, деформируемая в своей плоскости, изгибаемая пластинка, пространственное массивное тело и определенностью предполагаемого вида напряженно- деформированного состояния: плоское напряженное состояние, плоское деформированное состояние, трехмерное напряженное состояние.
Характеристика программно-расчетных комплексов
В настоящее время существует множество программно-расчетных комплексов, позволяющих моделировать строительные объекты различной сложности. Ниже представлена краткая характеристика некоторых таких программных комплексов.
Вычислительный комплекс SCAD – универсальная вычислительная система, предназначенная для прочностного анализа строительных конструкций различного назначения на статические и динамические воздействия, а также ряда функций проектирования элементов конструкций. В основе программы лежит метод конечных элементов.
SCAD включает развитую библиотеку конечных элементов для моделирования стержневых, пластинчатых, твердотелых и комбинированных конструкций, модули анализа устойчивости, формирования расчетных сочетаний усилий, проверки напряженного состояния элементов конструкций по различным теориям прочности, определения усилий взаимодействия фрагмента с остальной конструкцией, вычисления усилий и перемещений от комбинации загружений.
Арки. Общая характеристика. Схемы арок, конструкция и расчет
. деформирования (из плоскости арки) арка конструкция расчет несущий 3. Проверка устойчивости в плоскости арки выполняется по формуле где ц=f(л) — коэффициент продольного изгиба, . Расчетную длину элемента l 0 . клееных затяжек, в условиях химически агрессивных сред, где металл будет корродировать. По форме оси арки делят на : треугольные из прямых полуарок пятиугольные Рисунок 3 сегментные, оси .
SCAD office содержит несколько компонентов, при помощи которых является возможным конструировать различные типы сечений конструкций:
Конструктор сечений – формирование произвольных составных сечений из стальных прокатных профилей и листов, а также расчет их геометрических характеристик, необходимых для выполнения расчета конструкций;
- Вест – определение нагрузок и воздействий на строительные конструкции;
Кросс – определение коэффициентов постели при расчете фундаментных конструкций на упругом основании на основе моделирования работы многослойного грунтового массива по данным инженерно-геологических изысканий;
Арбат – для проверки несущей способности или подбора арматуры в элементах железобетонных конструкций;
Монолит – проектирование железобетонных монолитных ребристых перекрытий, образованных системой плит и балок, опирающихся на колонны и стены;
Камин – для проверки несущей способности конструктивных элементов каменных и армокаменных конструкций и т.д.
Возможности ПК «SCAD Office» позволяют решать проектные задачи не только в традиционной для настоящего времени прямой постановке: архитектурная идея —> пространственное моделирование —> расчет —> проект —> строительство объекта; но и в обратной: объект —> идея
реконструкции —> обследование —> пространственное моделирование —> итерационный расчет —> оценка физического износа —> проект реконструкции —> реконструкция объекта.
В рассматриваемой цепочке неопределенным звеном является оценка физического износа несущих конструкций.
Решение вопроса о физическом износе несущих строительных конструкций зданий можно представить в виде следующей последовательности:
1. Проведение технического обследования несущих конструкций здания с выявлением его реальных технических характеристик: типа конструктивной схемы, жесткостных характеристик материалов, характеристик узлов закрепления и т.д. (использование данных обследования здания с внесением надлежащих корректив и дополнений к техническому отчету и при необходимости — проведение дополнительного обследования).
2. Проведение анализа и создание эталонных (без учета дефектов, деформаций, повреждений) пространственных моделей: архитектурной модели с помощью программных комплексов архитектурно- строительного проектирования (ArchiCAD, AutoCAD) и расчетной модели с помощью ПК;
3. Комплексный расчет эталонной модели здания в ПК с учетом свойств существующего грунтового основания. Выявление зон повышенных деформаций конструкций, напряжений, просадок грунтов, несоответствий данным проекта (при его наличии) и сопоставление результатов первичного расчета с натурными исследованиями.
Конструкция общественного здания
. шаг несущих конструкций. Каркас с продольным расположением ригелей применяют, проектируя общественные здания сложной . общественного здания с зальной системой является кинотеатр, проект которого и будет рассмотрен в данной курсовой работе. Кинотеатры — самые популярные зрелищные здания: . развитие строительной техники сопровождается внедрением индустриальных методов строительства, новых строительных и .
4. Внесение корректировок в расчетную модель здания: дополнительные зафиксированные осадки, деформации, отклонения конструкций от вертикали, моделирование трещин, уточнение свойств грунтового основания на локальных участках и др.
5. Итерационный комплексный расчет модели здания в ПК с учетом внесенных корректив в расчетную схему и сопоставление результатов расчета с натурными исследованиями.
6. Выявление наиболее опасных зон перенапряжений и сверхнормативных деформаций; зон, требующих дополнительного обследования, уточнения технических параметров пространственной модели, усиления или замены несущих строительных
7. Оценка степени физического износа несущих строительных
ПК «ЛИРА-WINDOWS» — многофункциональный программный конечно- элементный комплекс для расчета, исследования и проектирования строительных конструкций различного назначения: высотных зданий, покрытий и перекрытий больших пролетов, подпорных стен, фундаментных массивов, каркасных конструкций промышленных цехов, отдельных элементов (колонн, ригелей, ферм, панелей) и других.
«Лира-windows» — модульная система, состоящая из следующих модулей:
- ЛИР-ВИЗОР – формирование конечно-элементной моделей рассчитываемых объектов, описание физико-механических свойств материалов, налагаемых связей, нагрузок и воздействий, а также взаимосвязей между нагрузками с целью определения их наиболее опасных сочетаний;
- расчет напряженно-деформированного состояния.
ЛИР-АРМ – подсистема конструирования ж/б конструкций (подбор площадей сечений арматуры элементов колонн, балок, плит и оболочек по первому и второму предельным состояниям).
ЛИР-СТК – подбор сечений элементов стальных конструкций (фермы, колонны и балки).
УСТОЙЧИВОСТЬ – модуль проверки общей устойчивости рассчитываемого сооружения с определением коэффициента запаса и формы потери устойчивости.
ЛИТЕРА – модуль, реализующий вычисление главных и эквивалентных напряжений по различным теориям прочности.
СЕЧЕНИЕ – модуль, позволяющий сформировать сечения произвольной конфигурации, вычислить их осевые, изгибные, крутильные и сдвиговые характеристики.
Сложность моделирования строительных объектов для выполнения качественного расчёта и анализа с целью определения резервов несущей способности при наличии дефектов, или для выявления участков конструкции, в которых возможно появление и развитие трещин, требует работы с так называемыми «тяжёлыми» расчётными системами, примером которых является программный комплекс ANSYS – один из самых мощных современных программных продуктов, позволяющих выполнять полноценный анализ проектных разработок новых и реконструируемых зданий. ANSYS позволяет проводить сложные нелинейные расчёты, учитывать все особенности строительных конструкций, в том числе, наличие и развитие системы трещин или ухудшение свойств материалов, взаимодействие здания с грунтовым массивом, влияние времени и поэтапное изменение внешних нагрузок. Это даёт возможность специалисту получать наиболее достоверные результаты расчёта при проведении вычислительных экспериментов, существенно сокращая сроки и финансовые потери на производство работ.
Строительные материалы, их свойства и изменения при пожаре
. в материале ведет к отрицательным последствиям. Основные свойства, характеризующие поведение строительных материалов в условиях пожара Свойствами называют способность материалов реагировать на воздействие внешних . (интенсивнее) воздействуют на материал, тем быстрее изменяются его свойства, разрушается структура. При пожаре, помимо перечисленных, на материал воздействуют и значительно более .
Примеры похожих учебных работ
Пассажирские вагоны: основные требования, конструкция их элементов
. купе на 24 места. Рис. 2. Планировка мягкого вагона с четырехместными купе 1.3 Конструкция кузовов пассажирских вагонов Кузов пассажирских вагонов по конструкции и размерам основных типов унифицирован. Он выполняется цельнометаллическим, .
Расчет вакуумной системы установки с разработкой конструкции вакуумного элемента
. имитации космических условий, ускорителях элементарных частиц. Особенно широко вакуумная техника применяется в производстве микросхем, где процессы нанесения . камеры D=0.7 м и h=0,7 м; Время работы в установившемся режиме t=60 мин. Время откачки в .
Конструирование и моделирование деревянной мебели на примере полок, стульев и лавочек
. курсовой работы являются конкретные мебельные изделия, созданные из древесины с применением процессов моделирования и конструирования. Выпуск таких товаров постоянно возрастает. Можно выделить следующие виды производств изделий из древесины: .
» Преимущества и недостатки металлическиъх конструкций»
Здесь мы собираемся сосредоточиться на преимуществах и недостатках структурных металлоконструкций. Стальные конструкции применяются главным образом для каркасов больше-пролётных зданий и сооружений, для цехов с тяжёлым крановым оборудованием, .
Опыт реализации нестандартных методов проектирования и строительства фундаментов .
. оценивать взаимодействие системы. В первую очередь для всех перечисленных выше высотных зданий был рассмотрен плитный вариант фундамента на естественном основании — наиболее простое, технологичное и экономически выгодное .
- Авиационная техника
- Ракетно-космическая техника
- Инженерные сети и оборудование
- Морская техника
- Промышленный маркетинг и менеджмент
- Технологические машины и оборудование
- Автоматизация технологических процессов
- Машиностроение
- Нефтегазовое дело
- Процессы и аппараты
- Управление качеством
- Автоматика и управление
- Металлургия
- Приборостроение и оптотехника
- Стандартизация
- Холодильная техника
- Архитектура
- Строительство
- Метрология
- Производство
- Производственный маркетинг и менеджмент
- Текстильная промышленность
- Энергетическое машиностроение
Все документы на сайте представлены в ознакомительных и учебных целях.
Вы можете цитировать материалы с сайта с указанием ссылки на источник.
Источник: drprom.ru