Некоторые сложности компьютерного проектирования

Применение компьютерных программ в проектировании конструкций принципиально изменяет процесс проектирования. Пакеты ПО (программного обеспечения) существенно повышают скорость проектирования железобетонных конструкций самых сложных форм. Ho у проектировщиков возникает излишняя зависимость от выдаваемых компьютером данных, усугубляемая недостаточным знанием приближенных методов проверки и расчета. На это влияют: наличие доступного программного обеспечения; недостаток обучения приближенным методам; вера в то, что компьютерный расчет быстрее и является единственным способом расчета; отсутствие приемлемых рекомендаций в литературе по методам практического проектирования и приближенным решениям; вера в то, что расчеты с помощью программных средств должны быть верными, а ручные вычисления могут быть лишь грубыми приближениями; растущая сложность современных норм, удерживающая инженеров от ручных вычислений, поскольку они полагают, что не могут обеспечить точный ответ. Сверхзависимость от компьютерных расчетов — это вопрос, осложняющий процесс проектирования железобетонных конструкций, ведущий к непониманию их действительной работы, и снижающий уровень практической подготовки инженеров — проектировщиков. Уже есть случаи аварий железобетонных конструкций, происшедших, в том числе, и из-за чрезмерной веры в результаты компьютерных расчетов, и из-за отсутствия глубокого анализа результатов этих расчетов. Пользователям необходимо хорошо понимать допущения, которые кроются внутри программ, а инженерам необходимо обучаться применению упрощенных или приближенных методов. Наряду с компьютерными расчетами при курсовом проектировании нужно применять простые методы расчета. Студенты должны понимать, что компьютер используется там, где расчет уточняется, а не обязательно начинается. Ho сегодня молодые инженеры неохотно прибегают к ручным расчетам; как при предварительном расчете для оценки правильности проектного решения, так и при окончательном анализе проекта, предпочитается использование компьютера. Если инженер не уверен в применении более простых методов расчета, то он применяет компьютерный расчет. Необходима детальнейшая проверка программных комплексов с целью их узаконивания. Для этого необходимо наличие независимой организации, занимающейся проверкой; разработка набора экспериментально проверенных и приемлемых моделей для проверки ПО; нужно четко определить степень признания законной силы моделей. Ручные вычисления должны предшествовать компьютерным расчетам, при этом компьютерная модель принимается только в том случае, если она, в общем, соответствует ручным вычислениям. Ряд зарубежных фирм организовали курсы «Проектирование без компьютера», задача которых состоит в том, чтобы научить молодых инженеров, как быстро получить приближенные ответы для проверки детальных расчетов. В ряде фирм изданы справочники, предлагающие приближенные решения.

В поисках «точного» компьютерного решения забывают о природе бетона и железобетонной конструкции. Расчет железобетонных и каменных конструкций во многом является эмпирическим: железобетон и камень по свойствам далеки от упругого или упруго-пластичного материала, и модели предсказания эксплуатационной надежности требуют тщательной проверки с учетом лежащих в их основе допущений. Неприемлемо предсказывать прогиб элементов путем допущения упругих свойств в упругом состоянии, особенно в случае гибких элементов, у которых жесткость после образования трещин существенно снижается. Материал не является упругим, напряжения вызываются не только нагрузкой, но и многими другими воздействиями (усадка, тепловые воздействия, ползучесть), и процесс их учета сводит на нет выгоды ощущаемой дополнительной точности. Инженер должен быть уверен, что используемый пакет программ учитывает все требования, установленные нормами. Необходимы простые проверки компьютерных расчетов: сумма реакций должна быть равна приложенной нагрузке; расчетные моменты на опоре и в середине пролета неразрезной балки в сумме равны ul2/8; нагрузка на колонну на любом этаже примерно равна нагрузке на грузовую площадь, теоретически поддерживаемую колонной; отношение длины пролета к высоте должно соответствовать нормам, если не был выполнен расчет прогибов, подтверждающий нелинейность работы, и т.д. С помощью простых проверок можно обнаружить большинство грубых ошибок, появляющихся из-за использования компьютеров. Проверки могут оказаться ценными для понимания точности расчета.