Просчет прочности ангара

Описание

Перед нами стояла задача провести ретроспективный технический аудит уже возведенного тентового ангара размером 16х22х8,5 метров. Ситуация осложнялась тем, что объект ВНЕЗАПНО УЖЕ ГОТОВЫМ «телепортировался» в Новосибирск — регион с крайне суровыми климатическими условиями (IV снеговой район).
То есть ангар уже построен, и изменить его фундаментальные параметры невозможно.
Необходимо было подтвердить, выдержит ли конструкция из тонкостенного профиля (3 мм) сибирскую зиму. Требовалось определить критические точки, при которых строение может быть разрушено («точка невозврата»).

Ругаться с уже построенной конструкцией бесполезно. Будем искать ошибки предыдущих разработчиков...

Решение

Для решения задачи был применен комплексный подход (без авангардного избиения разрабатывающего инженера), сочетающий классический сопромат и современное компьютерное моделирование:

Мы пересчитали нагрузки согласно СП 20.13330.2016 для Новосибирска, увеличив расчетное значение снега до 3,36 кН/м² (в 1,33 раза выше московских норм).

Математическое моделирование (FEM-анализ): была построена 3D-модель каркаса с использованием твердотельных 4-узловых тетраэдров. Проведена оптимизация сетки (Mesh) для баланса между точностью в узлах и скоростью вычислений на «гражданском» железе.

Протестированы различные сценарии: равномерный снег, асимметричный снег (на один скат) и ветровое давление с учетом отсоса на подветренной стороне.
Теоретический анализ материалов: мы учли фактор хладноломкости стали С245 и стеклования ПВХ при температурах ниже -35°C, что критически важно для Сибири.

Результат

Результат превзошел ожидания! Конструкция развалилась, как и следовало ожидать. Установлен физический предел — слой снега в 110 см или ураганный ветер свыше 30 м/с приведут к лавинообразному обрушению.
Был разработан план «малой модернизации» без изменения фундамента (использование блоков ФБС как балласта и усиление центральных стоек 22-метровой стороны).

Тем самым уважаемому заказчику озвучены риски при эксплуатации, возможность их купировать и сделать конструкцию безопасной.

Работа выполнена в соавторстве

Модель создана Мошкиным Никитой Львовичем. Благодарю за помощь в работе над конструкцией.

Презентация проекта