为什么在结构设计中使用 3D 模型？

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新技术、新模式

桥梁或办公楼等结构在现实中是三维的。 过去，三维模型和结构无法计算，因此必须将结构简化并分解为平面子系统。 借助功能强大的 PC 和软件，现在可以省去这些简化操作。 3D模型的计算是可能的，并且可以得到数字趋势的支持，例如B. BIM或逼真的可视化模型的新可能性。

结构概念在结构设计中很重要： 如何准备结构计算以及如何构建整个结构项目？ 开始时要考虑结构的工作原理，相应的荷载方向如何运行，是否可以将所有荷载传递到基础上，相应的柱子和截面梁之间的距离必须是多少等。3D模型非常适合于此，从中可以更好地读取和理解相应的力。

稳定性在计算中也起着重要作用。 但是在二维静力学中却经常被忽略，因为这里使用的是理想模型。 这可能是个问题，尤其是对于更复杂的结构。 但是什么是稳定性呢？ 例如，当人们在媒体上谈论稳定性时，实际上是指可持续性。 作为稳定性实际含义的一个示例，请考虑一把长尺。 它可以慢慢弯曲，直到最终折断。 只要不超过临界点，结构在一定程度上发生变形是正常的。 在 3D 环境中，您可以更好地查看或完全查看出现稳定性问题的位置，并且可以解决这些问题。 作为结论的全局失稳性破坏要容易得多。

BIM模型

BIM 为结构设计提供了非常理想的三维模型，可以从一开始就进行计算。 理想情况下，BIM 3D 模型是直接从建筑师的 CAD 模型中提供的，这样可以节省大量的时间。 该模型是进行初步设计和评估正确结构以进行结构分析的有用方法。

为什么不能立即继续使用 BIM 模型？' 这是另一个趋势： 参数化设计与建筑软件完全耦合，因此您可以继续直接使用它。 BIM 中的数据交换过程还不能正常工作，但它们正在变得越来越好。

3D模型的优点是什么？

当几何形状和结构变得越来越复杂时，许多建筑结构无法在二维中很好地描述和计算。 例如自由形状结构或膜结构，例如慕尼黑的奥林匹克体育场。 使用 2D 可以提高安全性。 使用 3D 模型可以进行更经济的计算。

计算中的另一个重要因素是风荷载。 结构工程师对建筑物进行收费。 这包括永久荷载，例如楼板结构或交通荷载。 雪荷载的规定仍然相对明确，但对于风荷载，这仅适用于简化的形状和几何形状。 在风荷载计算中，问题是如何正确应用相应的荷载方法。 在传统的静力学中，为了安全起见，到目前为止已经使用了增加的方法。 现在有了带有数字风洞的软件工具，可以进行更经济的计算。 这些仅适用于 3D 模型。

另一点是动力分析。 地震计算也几乎只适用于 3D 模型。 振型、振动和频率是结构工程师必须查看的结果，以便评估结构是否能够承受给定的地震荷载。

数字化正在彻底改变规划和计算。

使用 3D 模型，您还可以灵活地处理在规划过程中重复发生的更改。 在施工过程中，重要的是要清楚什么在结构上是可行的，以及已经或必须进行的更改。

现在，一个完整的 3D 结构模型是自动生成的，并且在系统中改变的力可以立即从一个组件传递到另一个组件。 如果您让程序重新计算，则模型是最新的并且每个人都可以访问它。 由于必须仔细输入所有值而在开始时产生的额外工作量得到了补偿。

过去使用的是位置静力学。 识别并计算结构的各个组成部分。 承重构件，例如墙等，是结构工程师在进行结构计算时要考虑的项目，识别它们并指定相应的尺寸和横截面，然后执行公司将使用它们。

3D 模型也适用于详细的静力学。 这涉及钢结构连接，其中多个杆件或连接从一个点或节点延伸。 有限元软件使得这些困难的计算和节点变得更加容易，并且结果更加经济。

3D 模型的其他副作用是结果更清晰，即使对于不熟悉该主题的人也是如此。 一个完整的 3D 模型比大量的部分模型更容易理解。 变形、应力和力也可以直观显示。 3D 模型给相关人员留下了专业的印象： 结构工程师的形象越来越好，客户也越来越信任他。

也可以在 3D 模型上继续进行成本估算并确定尺寸。 您可以非常灵活地优化模型的形状、功能和重量，并且可以快速完成。 对于较大的建筑项目和更复杂的几何形状，3D模型具有明显的优势。

但是，2D 静力学和 3D 静力学不应该互相阻碍或竞争，而应该相辅相成。 每种方法都适用于不同的计算。 最终选择权在工程师手中。