LIRA-CAD – Giải pháp mô hình BIM và thiết kế kết cấu tích hợp LIRA-FEM

Giới thiệu về LIRALAND Group

LIRALAND Group là đơn vị phát triển hệ sinh thái phần mềm phục vụ mô hình hóa, phân tích và thiết kế kết cấu công trình. Theo thông tin từ hãng, đội ngũ đứng sau dòng sản phẩm LIRA đã có hơn 50 năm kinh nghiệm phát triển các giải pháp phần mềm kỹ thuật quy mô công nghiệp.

Tiền thân của dòng phần mềm LIRA được hình thành từ những chương trình tính toán kết cấu phát triển trong thập niên 1960. Đến nay, LIRALAND Group tiếp tục phát triển các sản phẩm như LIRA-FEM, LIRA-CAD, MONOMAKH và ESPRI nhằm đáp ứng nhu cầu mô hình hóa BIM, phân tích kết cấu và tự động hóa thiết kế công trình dân dụng, công nghiệp cũng như kết cấu cơ khí.

Trong hệ sinh thái này, LIRA-CAD đảm nhiệm vai trò xây dựng mô hình thông tin kiến trúc – kết cấu và chuẩn bị mô hình phân tích, trong khi LIRA-FEM thực hiện các bài toán tính toán, kiểm tra độ bền, ổn định và thiết kế cấu kiện.

Tổng quan về LIRA-CAD

LIRA-CAD là hệ thống mô hình hóa 3D tham số dành cho kiến trúc sư, kỹ sư xây dựng và kỹ sư kết cấu. Phần mềm cho phép xây dựng mô hình công trình bằng những đối tượng quen thuộc như tầng, tường, cột, dầm, sàn, mái, cầu thang, lỗ mở, mặt đứng và mặt cắt.

Khác với phương pháp vẽ các hình chiếu riêng biệt, LIRA-CAD tạo mặt bằng, mặt đứng, mặt cắt và mô hình 3D từ cùng một mô hình thông tin. Khi đối tượng trong mô hình được điều chỉnh, các hình chiếu và tài liệu liên quan có thể được cập nhật đồng bộ, giúp hạn chế sai lệch giữa bản vẽ và mô hình.

Một trong những vai trò quan trọng nhất của LIRA-CAD là tạo mô hình phân tích từ mô hình kiến trúc – kết cấu. Các cấu kiện, liên kết, vật liệu, tải trọng và điều kiện biên được chuyển đổi thành mô hình phần tử hữu hạn để tiếp tục phân tích trong LIRA-FEM.

Nhờ liên kết trực tiếp giữa hai sản phẩm, kỹ sư có thể xây dựng quy trình từ mô hình kiến trúc đến phân tích, thiết kế cấu kiện và lập hồ sơ trong cùng hệ sinh thái.

Mô hình hóa kiến trúc và kết cấu 3D

LIRA-CAD cung cấp các công cụ mô hình hóa tham số cho nhiều loại công trình, từ nhà ở, công trình công cộng và nhà cao tầng đến cầu, kết cấu công nghiệp và những công trình có hình dạng phức tạp.

Người dùng có thể xây dựng hệ lưới chữ nhật hoặc hướng tâm, tạo tầng và bố trí các đối tượng kết cấu như cột, dầm, tường, sàn và móng. Kích thước, vật liệu, tiết diện và vị trí của đối tượng có thể được điều chỉnh thông qua tham số.

Phần mềm hỗ trợ tường và vách có nhiều hình dạng, nhiều lớp vật liệu; sàn có vùng thay đổi chiều dày; cột và dầm sử dụng các tiết diện liên kết với cơ sở dữ liệu của LIRA-FEM. Các loại mái như mái bằng, mái dốc, mái hông, mái vòm và nhiều hình thức khác cũng có thể được xây dựng theo tham số.

Mô hình tham số giúp kỹ sư kiểm soát những dự án phức tạp và thử nghiệm nhiều phương án hình học trước khi lựa chọn giải pháp phù hợp.

Tạo mô hình phân tích kết cấu

LIRA-CAD Structures chuyển đổi mô hình thông tin 3D thành mô hình phần tử hữu hạn phục vụ tính toán trong LIRA-FEM. Quá trình chuyển đổi có tính đến hình học cấu kiện, vị trí liên kết, tiết diện, vật liệu và những điều kiện mô phỏng cần thiết.

Tường chịu lực có thể được chuyển thành phần tử tấm, trong khi một số lớp không tham gia chịu lực có thể được biểu diễn dưới dạng tải trọng. Dầm, cột, sàn và các cấu kiện khác được chuyển đổi thành loại phần tử phù hợp với chức năng làm việc của chúng.

Phần mềm có thể tự động tạo miền cứng tại vị trí liên kết dầm – cột, xác định chu vi chọc thủng quanh cột và mô hình hóa các điều kiện liên kết như ngàm, khớp, liên kết lệch tâm hoặc biên tự do.

Nhờ đó, kỹ sư có thể chuẩn bị mô hình phân tích sát hơn với mô hình kết cấu thực tế và giảm khối lượng công việc dựng lại mô hình bằng phương pháp thủ công.

Khai báo tải trọng và tổ hợp tải trọng

LIRA-CAD cung cấp các công cụ khai báo tải trọng tập trung, tải trọng phân bố theo đường và tải trọng bề mặt. Hệ thống còn hỗ trợ tải trọng di động trên nhịp, tải trọng gió và tải trọng động đất.

Mỗi tải trọng có thể được gán loại tải, hệ số độ tin cậy, hệ số thời gian và những điều kiện kết hợp liên quan. Từ dữ liệu được khai báo, hệ thống có thể tạo các bảng tổ hợp tải trọng phục vụ quá trình tính toán trong LIRA-FEM.

Ngoài tải trọng tác dụng trực tiếp lên cấu kiện, đối tượng phòng có thể được sử dụng để xác định vùng chức năng và tạo tải trọng tương ứng trong mô hình phân tích.

Thiết kế kết cấu bê tông cốt thép

Mô-đun thiết kế kết cấu bê tông cốt thép của LIRA-CAD cho phép tiếp nhận kết quả tính cốt thép từ LIRA-FEM và sử dụng chúng trong quá trình triển khai cấu tạo.

Kết quả cốt thép có thể được hiển thị dưới dạng biểu đồ màu hoặc lớp dữ liệu nền trên mặt bằng sàn. Kỹ sư có thể lựa chọn cốt thép chính, xác định vùng cần bổ sung cốt thép và bố trí thép theo yêu cầu thiết kế.

Phần mềm hỗ trợ tạo bản vẽ cốt thép, bảng thống kê cốt thép, danh sách chi tiết và bảng khối lượng thép cho từng tầng hoặc cấu kiện. Khả năng liên kết dữ liệu phân tích với bản vẽ giúp giảm thao tác nhập lại kết quả và hạn chế sai lệch trong quá trình triển khai hồ sơ.

Thiết kế nhà lắp ghép tấm lớn

LIRA-CAD cung cấp mô-đun chuyên dụng cho công trình sử dụng kết cấu tấm lớn. Người dùng có thể xây dựng mô hình kết cấu, tạo mô hình phần tử hữu hạn và phân tích trạng thái ứng suất – biến dạng của các cấu kiện.

Các liên kết giữa tấm được xây dựng theo tham số và có thể được bổ sung vào thư viện để tái sử dụng. Độ cứng của liên kết được xác định dựa trên vật liệu, chiều dày lớp vữa và đặc điểm của những đối tượng tham gia liên kết.

Tính toán đặc trưng tiết diện

Cross-section Design Toolkit hỗ trợ xác định đặc trưng độ cứng của các tiết diện có hình dạng bất kỳ, bao gồm tiết diện đặc, thành mỏng, tổ hợp và tiết diện sử dụng nhiều loại vật liệu.

Phần mềm có thể tính toán độ cứng chống uốn, xoắn, cắt và vênh. Khi nội lực được khai báo, hệ thống hỗ trợ xác định ứng suất pháp, ứng suất tiếp và ứng suất tương đương theo các tiêu chí độ bền khác nhau.

Tính năng này phù hợp với các kết cấu có tiết diện đặc biệt hoặc không thể mô tả đầy đủ bằng những tiết diện tiêu chuẩn có sẵn.

Mô hình hóa tham số bằng Generator

Mô-đun Generator cung cấp trình biên tập thuật toán đồ họa để xây dựng công trình và kết cấu có hình dạng tùy ý. Thay vì tạo từng đối tượng riêng lẻ, người dùng có thể xác lập một chuỗi thao tác mô hình hóa và điều khiển kết quả thông qua các tham số.

Cách tiếp cận này phù hợp với công trình có hình học phức tạp, kết cấu lặp lại hoặc các bài toán cần khảo sát nhiều phương án hình dạng và kích thước.

Tạo bản vẽ và hồ sơ thiết kế

Từ mô hình thông tin thống nhất, LIRA-CAD có thể tạo mặt bằng, mặt đứng và mặt cắt, giúp duy trì sự nhất quán giữa các hình chiếu.

Phần mềm hỗ trợ đường kích thước, ký hiệu cao độ, hệ lưới, bán kính, đường kính, mặt cắt vật liệu, ghi chú và các thành phần trình bày bản vẽ khác.

Danh sách cấu kiện và bảng vật liệu có thể được tạo tự động, đặt trên bản vẽ hoặc xuất sang tệp CSV. Dữ liệu khối lượng cũng có thể được xuất phục vụ công tác dự toán và quản lý vật tư.

Trao đổi dữ liệu và tích hợp BIM

LIRA-CAD hỗ trợ nhập mô hình kiến trúc từ IFC cũng như sử dụng dữ liệu DWG và DXF trong quá trình dựng mô hình. Khi dùng bản vẽ DXF làm nền mặt bằng, hệ thống có thể nhận dạng một số thông tin như tiết diện cọc, cột, dầm, chiều dày tường, sàn và kích thước lỗ mở.

Phần mềm hỗ trợ nhập mô hình từ STL, 3DS, OBJ, MESH và MSH. Dữ liệu có thể được xuất qua IFC, XML, DXF, POV và 3DS để trao đổi với những phần mềm khác.

Kiến trúc mở, giao diện COM, tập lệnh và plug-in cho phép doanh nghiệp mở rộng chức năng hoặc xây dựng quy trình tích hợp phù hợp với môi trường thiết kế đang sử dụng.

Ứng dụng của LIRA-CAD

LIRA-CAD có thể được ứng dụng trong các công việc:

• Xây dựng mô hình BIM kiến trúc – kết cấu.

• Mô hình hóa nhà ở, nhà cao tầng và công trình công cộng.

• Mô hình hóa cầu và kết cấu công nghiệp.

• Chuẩn bị mô hình phần tử hữu hạn cho phân tích kết cấu.

• Thiết kế cấu kiện bê tông cốt thép.

• Triển khai bản vẽ cốt thép và bảng thống kê.

• Thiết kế công trình sử dụng kết cấu tấm lớn.

• Tính toán đặc trưng tiết diện phức tạp.

• Nghiên cứu phương án hình học bằng mô hình tham số.

• Tạo mặt bằng, mặt đứng, mặt cắt và hồ sơ kỹ thuật.

• Trao đổi dữ liệu với các nền tảng CAD và BIM khác.

• Lập danh mục cấu kiện và bảng khối lượng vật liệu.

LIRA-CAD có thể thay thế ETABS không?

Khả năng thay thế ETABS cần được đánh giá trên tổ hợp LIRA-CAD và LIRA-FEM. Trong quy trình này, LIRA-CAD được sử dụng để xây dựng và kiểm soát mô hình, còn LIRA-FEM thực hiện phân tích kết cấu, kiểm tra độ bền, ổn định và thiết kế cấu kiện.

LIRA-FEM hỗ trợ phân tích tĩnh, phân tích động, tải trọng gió, động đất, phổ phản ứng, gia tốc đồ, dao động, va chạm và nhiều bài toán phi tuyến. Thư viện phần tử hữu hạn cho phép mô hình hóa khung 2D và 3D, tường, dầm cao, sàn, vỏ, phần tử khối và hệ tương tác công trình – móng – nền đất.

Đối với kết cấu bê tông cốt thép và kết cấu thép, LIRA-FEM hỗ trợ kiểm tra tiết diện, lựa chọn cốt thép hoặc tiết diện thép và tạo một số dạng bản vẽ sơ bộ. Kết quả tính toán có thể được chuyển về LIRA-CAD để tiếp tục triển khai cấu tạo và hồ sơ.

So với ETABS, tổ hợp LIRA-CAD và LIRA-FEM có những điểm đáng chú ý:

• Quy trình liên kết giữa mô hình BIM, mô hình phân tích và hồ sơ kết cấu.

• Thư viện phần tử hữu hạn đa dạng cho nhiều loại kết cấu.

• Hỗ trợ bài toán tuyến tính, phi tuyến vật liệu và phi tuyến hình học.

• Khả năng mô hình hóa hệ công trình – móng – nền đất.

• Công cụ thiết kế cấu kiện bê tông cốt thép và thép.

• Khả năng nhập, xuất dữ liệu IFC, DWG, DXF và nhiều định dạng 3D.

• Mô hình hóa tham số cho công trình có hình học phức tạp.

Nếu nhu cầu tập trung vào phân tích và thiết kế nhà nhiều tầng theo một quy trình quen thuộc. Nếu doanh nghiệp cần một hệ sinh thái kết hợp mô hình BIM, mô hình phần tử hữu hạn, phân tích nâng cao và triển khai hồ sơ, LIRA-CAD kết hợp LIRA-FEM là phương án có thể xem xét thay thế ETABS trong nhiều loại dự án.

Trước khi triển khai diện rộng, doanh nghiệp nên thử nghiệm trên một công trình mẫu và đối chiếu kết quả với quy trình hiện tại để xác định cấu hình phần mềm, tiêu chuẩn tính toán và kế hoạch đào tạo phù hợp.