Аналитическая (или расчетная) модель – это сильно упрощенная плоская или трехмерная модель несущих конструкций здания или сооружения. Сборка расчетной схемы с нуля в специализированном ПО - довольно трудоемкий процесс, и возможность передачи информации из готовой BIM модели здания значительно его ускоряет.
На 2024 год nanoCAD BIM Строительство (nanoCAD BIM Конструкции + nanoCAD BIM Архитектура) - единственное российское ПО, позволяющее создавать аналитическую модель для последующей передачи данных в виде практически готовой трехмерной расчетной схемы в расчетные комплексы параллельно с общей конструктивной схемой здания, Рис 1.

Использование функционала инструментов моделирования несущих конструкций nanoCAD BIM Строительство со встроенным аналитическим представлением позволяет использовать программу как препроцессор для сборки расчетной модели. Мы можем, используя все преимущества знакомой большинству среды dwg, собрать расчетную схему из элементов, привязанных по уровням к сетке осей, свести элементы по узлам и экспортировать в расчетное программное обеспечение аналитическую схему, требующую минимальных доработок.

В большинстве случаев расчет несущих конструкций выполняется по методу конечных элементов (МКЭ) для определения усилий и перемещений. Выбор именно этой формы объясняется простотой алгоритмизации и физической интерпретации, возможностью создания единых методов построения матриц жесткости и векторов нагрузок для различных типов конечных элементов, возможностью учета произвольных граничных условий и сложной геометрии рассчитываемой конструкции.
Расчетная схема по МКЭ представляет собой пространственную систему конечных элементов оболочек, моделирующих стены и перекрытия, стержней, моделирующих перемычки, балки, фермы и колонны, в большинстве случаев, жестко сопряженных между собой.
Обратный экспорт расчетной схемы с подобранными сечениями не целесообразен, так как схема содержит большое количество упрощений относительно 3d модели конструкции.
В некоторых случаях моделируются полнотелые расчетные модели элементов, которые учитывают сложное поведение материалов и конструкций под нагрузкой, что важно для анализа предельных состояний.
Вопрос идеализации конструктивных решений очень многозадачен, и я не ставлю себе цель охватить это многообразие в статье. Важно, чтобы инженер всегда понимал, что, осуществляя построение компьютерной модели, он идеализирует конструкцию и всегда должен оценивать адекватность этой идеализации. А нам, как пользователям nanoCAD BIM Строительства, важно еще учесть возможности ПО в процессе моделирования расчетной схемы.
Итак, в nanoCAD BIM Строительство аналитическим представлением обладают 5 объектов: балка, колонна, перекрытие, кровля и стена. У каждого из объектов в диалоговом окне создания появилось дополнительное выпадающее меню, в котором можно выбрать вариант расчетного представления:

Для железобетонных и металлических балок и колонн:

• Стержень по геометрии объекта,
• Объем по геометрии объекта,
• Нет представления

Для стен, кровли и перекрытий:

• Плоскость по геометрии объекта,
• Объем по геометрии объекта,
• Нет представления

У всех инструментов в диалоговых окнах создания объектов есть опция «Сбросить расчетное представление к исходному».

Колонны и балки позволяют моделировать стержневые элементы с привязкой по вертикальным уровням сетки осей или свободно, Рис. 2, Рис 3

При переключении в режим «2D Расчетная» стержневые элементы балок и колонн в режиме «Стержень по геометрии объекта» отображаются по центру тяжести сечения.
Аналитическое представление балок и колонн можно перемещать отдельно от 3D представления элементов за узлы в ручном режиме или, сохранив схему в новый файл, свести элементы по высоте, изменив значения привязок по уровням.
Для учета тавровости при совместной работе балок и плит перекрытий мы можем использовать два варианта. В первом случае совмещаем в расчетном представлении оси балок со срединной линией плиты. Во втором варианте смещаем оси балок в расчетном представлении на заданное расстояние для последующего вывешивания балок на жестких вставках, которые моделируются уже в расчетных комплексах, Рис 4.

Инструмент Стена имеет базовую вертикальную плоскость, привязанную к направляющей линии, а также базовый уровень, на котором стена стоит и на который стена проецируется при 2D представлении. Верх стены может быть свободным, либо связанным с вышележащим уровнем. Рис 5

Для расчетного представления можно задавать смещения верха стены от вертикальных уровней и от базового уровня, отличные от смещений стен в 3D представлении, перетаскивая плоскость стены за узловые точки. За треугольные ручки в базовом уровне мы можем, в случае необходимости, сместить положение плоскости с центральной оси стены. Рис 6

Элементы, не имеющие аналитического представления: перегородки, кирпичные стены, отделка, оборудование, полезные нагрузки прикладываются нагрузками позднее уже в расчетном комплексе. Там же уточняются условия заделки, типы узловых соединений, выполняется подбор сечений, армирование, выполняются другие необходимые расчеты.
В физической BIM модели мы выравниваем фасадные стены, как правило, по наружной грани. В расчетной модели стены совмещаются по осям центров тяжести сечений.
Для передачи усилий от горизонтальных дисков перекрытий на вертикальные конструкции в расчетной схеме необходимо выполнить сведение горизонтальных и вертикальных плоскостей элементов. Рис 7

Инструмент Перекрытие имеет базовую плоскость, привязанную к сетке осей и ее уровням. Принцип построения конструкции – задание толщины от базовой плоскости, габариты плиты прокликиваются в модели по характерным точкам. В расчетном представлении позволяет замоделировать горизонтальную плоскость диска перекрытия по срединной линии сечения элемента или объемный элемент. Редактировать положение расчетного представления плиты по оси Z МСК (мировой системы координат) можно за треугольные ручки, Рис 7. Геометрию расчетного представления плиты отдельно от 3D представления так же можно корректировать за узлы, подсвечивающиеся при выделении элемента в модели, Рис 8.

Инструмент Кровля по функционалу аналогичен инструменту Перекрытие, позволяя при этом моделировать наклонные плоскости односкатной кровли или сводить плоскости четырехскатной кровли под заданным уклоном с привязкой к базовому уровню координатной сетки или свободно в модели, Рис 9.

Инструмент Проем позволяет создать отверстия в стенах с предварительно выбранным вариантом заполнения. Для конструктивных разделов предусмотрен вариант создания проема без заполнения, Рис 10. При переключении на расчетное представление, возможность редактировать геометрию проема не предусмотрена.

кликаем левой кнопкой мыши на вершине контура перекрытия, вершина подсветится красным, далее кликаем правой кнопкой мыши, в открывшемся контекстном меню выбираем «Вырезать контур/отверстие» или «Добавить контур» для выбора эскиза отверстия в модели, Рис 11.

Лестницы. Сборные железобетонные марши лестниц из базы готовых решений прикладываются нагрузками.
Монолитные лестничные марши моделируем как наклонные балки/плиты усредненной толщины ступенек, или прикладываем нагрузками уже в расчетной схеме в запас прочности. Опорные плоскости перекрытий, имитирующие в расчетных схемах лестничные марши, стыкуются по срединным линиям опорных площадок лестницы.

Сваи, как правило, в расчетных схемах моделируют элементами с конечной жесткостью. Но при необходимости сваи можно замоделировать стержневыми элементами с помощью инструмента «Колонна», показанного на рисунке 2.

На текущий момент в планах у разработчика реализовать:

• Сохранение аналитической модели отдельным файлом в пару кликов для автоматического вычищения лишних объектов, не имеющих расчетного представления.
• Пакетное редактирование узлов конструкций в расчетном представлении инструментами платформы
• Инструмент для проемов в плитах перекрытия отдельной сущностью.
• Расчетное представление для пользовательских параметрических объектов в редакторе оборудования, инструментально в редакторе параметрического оборудования такая опция уже заложена.
• Хотелось бы иметь возможность обратного экспорта мозаик армирования в формате DXF, с возможностью разделения по слоям фонового армирования и локальных усилений, но это уже пожелание к разработчикам расчетного ПО. (На данный момент мы можем выгружать эпюры армирования в nanoCAD BIM Строительство в растровом формате, масштабировать эпюры при вставке, включить привязку к объектам растра и выполнить раскладку армирования.)

Во второй части статьи я расскажу о способах экспорта собранной аналитической модели из nanoCAD BIM Строительство (nanoCAD BIM Конструкции + nanoCAD BIM Архитектура) в расчетные комплексы и нюансах их реализации. Рис 12.

Подробнее новый функционал nanoCAD BIM Строительство будет рассмотрен нашим Учебным Центром в рамках запланированных вебинаров в первой половине 2025 года.