Металлоконструкции являются неотъемлемой частью современного строительства. Благодаря новым технологиям проектирования, этот сегмент активно развивается и открывает большие перспективы.
История проектирования металлоконструкций
Первые металлические конструкции в России стали применяться в XIX веке. Так, профессор Феликс Ясинский разработал проект первого многопролетного промышленного здания с металлоконструкциями. Он также модернизировал железный мост через реку Ижору и спроектировал новые производственные цеха с оригинальными стропильными фермами.
Опыт общей теории равновесия сооружений,
Опыт развития теории продольного изгиба, Ф.С. Ясинский
Огромный вклад в проектирование металлоконструкций внес академик Владимир Шухов. Он первым в мире разработал проекты пространственных решетчатых покрытий, построил множество башен и металлических ферм. Например, покрытие 8 пролетов на холодильниках в Москве (1896 год).
В то же время за рубежом появились такие инженерные сооружения как Эйфелева башня в Париже, вантовый мост во Фрейбурге. Они требовали совершенно новых конструктивных решений при проектировании.
Развитие типизации в проектировании
Со временем проектирование металлоконструкций становилось все более типизированным. Это означало применение унифицированных проектных решений, стандартных узлов и деталей.
Типизация позволила:
- Сократить сроки и стоимость проектирования
- Упростить производство металлоконструкций
- Повысить качество и надежность конструкций
В настоящее время большинство проектов металлоконструкций базируются на типовых сериях, что значительно облегчает работу проектировщиков.
Современные технологии проектирования
Сегодня проектирование металлоконструкций невозможно представить без использования передовых IT-технологий. Рассмотрим основные из них.
Специализированное ПО
Для расчетов металлоконструкций применяются такие программные комплексы как Лира-САПР, SCAD, MicroFe, Staad.Pro и другие. Они позволяют моделировать конструкции, задавать различные нагрузки, проводить прочностные расчеты. Благодаря специализированному ПО, проектирование стало более точным и быстрым.
BIM-технологии
Еще одно перспективное направление - внедрение технологий информационного моделирования (BIM). Эта концепция подразумевает создание единой информационной модели здания и коллективную работу всех специалистов в единой среде. Преимущества BIM для проектирования металлоконструкций:
- Выявление коллизий на ранних стадиях
- Координация действий разных служб
- Возможность 5D-моделирования (с учетом сроков и стоимости)
Виртуальная и дополненная реальность
Перспективным направлением является использование технологий виртуальной (VR) и дополненной реальности (AR) на этапе проектирования. С их помощью можно визуализировать цифровую модель проектируемого объекта, оценить эргономичность, внести корректировки до начала строительства.
Например, шлем VR позволяет проектировщику «оказаться» внутри виртуального здания, а дополненная реальность наложить 3D-модель на реальную площадку и увидеть, как будет выглядеть объект после возведения.
Моделирование методом конечных элементов
Для расчета сложных пространственных металлоконструкций применяют метод конечных элементов (МКЭ). Конструкция делится на отдельные элементы, для каждого из которых составляются уравнения прочности, жесткости и т.д. Затем решается система уравнений, и анализируется напряженно-деформированное состояние всей конструкции.
Использование МКЭ при проектировании позволяет с высокой точностью моделировать работу металлоконструкций под нагрузкой и оптимизировать их.
Перспективные материалы и технологии
В ближайшем будущем проектирование металлоконструкций ждут большие изменения, связанные с новыми материалами и подходами. Рассмотрим основные тенденции.
Аддитивные технологии
Одно из самых перспективных направлений - использование аддитивных технологий (3D-печать) для изготовления металлических конструкций. Это открывает совершенно новые возможности при проектировании.
К примеру, появляется возможность создавать пространственные геометрические формы, которые невозможно изготовить традиционными методами. Аддитивное производство позволяет реализовывать смелые архитектурные решения, которые раньше были нереализуемы при проектировании металлоконструкций.
Композитные материалы
Еще одно перспективное направление - активное внедрение композитных материалов (стеклопластик, углепластик, базальтопластик и др.). По сравнению с традиционным металлопрокатом они обладают меньшим весом, выше прочностными характеристиками, коррозионной стойкостью.
Использование композитов открывает новые возможности в проектировании легких и прочных конструкций для различных сооружений - мостов, башен, покрытий.
