שגיאות אופייניות בתוכנות אלמנטים סופיים

המאמר מוקדש לזכרו של המהנדס צבי המלי שלימד אותנו גם לחשוב ולא רק להיות 'טכנאי מחשבים', כהגדרתו: "Garbage In – Garbage Out תאכיל את המחשב בפסולת – תקבל פסולת".

"אם פעם מהנדס לא חש על מצפונו את משקל הפלדה שהוא הכניס לתוכנית היום אין זה אלא מכה קטנה בכנף." אינג' צבי המלי יהי זכרו ברוך.

הקדמה

דמות ענף ההנדסה בשנים האחרונות חייב רבות לתוכנות אלמנטים סופיים. חישובים מדויקים של מבנים מתקרות פשוטות ועד מבנים מורכבים הפכו פשוטים ומדויקים יותר הודות למהפכה הממוחשבת.

אך במקביל להתקדמות, חלק מתהליך החשיבה עבר מהמתכנן למחשב. לפעמים עד מצב בו חלק גדול מתהליך האנליזה והבנת המבנה כבר לא מתבצע כלל. וקיימת בעיה בבקרת התוצאות של המודלים. אמנם מתכננים רבים מבצעים חישובים ידניים במקביל ומשווים תוצאות מול תוצאות המחשב אך גם זה רק בצורה מדגמית.

המחשב לא תמיד יודע להתריע בפני תכנון לקוי. במידה ונזין הנחה שגויה, המחשב גם הוא יענה בתוצאה שגויה. ולכן יש לוודא שהעבודה עם המודלים מתבצעת בצורה טובה ונכונה וכמות הטעויות במקום בו קשה לאתר אותם תקטן.
מאמר זה אינו שולל עבודה עם תוכנות אלו אך מעלה מספר נקודות למחשבה. העבודה במשרדנו מתבצעת ברובה באמצעות תוכנת Strap של חברת עתיר, הדוגמאות מובאות לתוכנה זו אך יכולות להתבצע גם בתוכנות נוספות ואינם מורידים מיעילותה וחשיבותה של תוכנה זו.

השגיאות מתחלקות לשני סוגים:

• שגיאות בהבנת עבודת התוכנה.
• שגיאות בהרצה.

בשלב ראשון נעסוק בשגיאות בבניית המודל, מכיוון שאלו טעויות הנבנו מניסיון העבר יש להניח שקיימות עוד שגיאות רבות וצריך זהירות רבה בתכנון על בסיס מערכות ממוחשבות בלבד.

התעלמות ממומנט פיתול בקורות

בבניית מודל של תקרה עם קורות בקצה התקרה ונחשב את התקרה ואת השקיעות לתקרה נקבל ערכים שונים אם נתחשב בפיתול בקורות ואם לא. אמנם בתקן הישראלי 466 אין צורך לחשב את הזיון לפיתול במידה והמבנה מסוים סטטית ולא הפיתול הוא מה שמחזיק את המבנה כך במבנה מסוג זה אך גם במצב זה יש לתת זיון מינימלי לפיתול בדגש על חישוקים בסגירה כפולה לפיתול. במילים אחרות, אם בחרנו להתעלם מהפיתול השקיעות והמומנטים בתקרת הבטון ישתנו.

אם נבחר להתייחס לפיתול יש לתת זיון תואם לבחירתנו. כדי להעלים את השפעת הפיתול יש לתת פרמטרים לקורה לא רק גובה ורוחב אלא לתת קשיחות אפסית לפיתול. כמובן, ככל שמומנט הפיתול גדול יותר כך השפעתו על הערכים האחרים גבוה יותר וביטול הקשחה לפיתול תגביר את השקיעה.

תמונה: הגדרת אלמנט תוך התעלמות מפיתול.

מודל תלת-מימדי

בניית מודל תלת ממדי יכולה לתת תמונה חזותית של המבנה המתוכנן ונותנת אפשרות לחשב את זמני המחזור למבנה השלם.

מצד שני חישוב סטטי באמצעות מודל זה עלול לגרום לשגיאה מהותית. בבניית מודל תלת ממדי של מספר קומות יכול להיווצר מצב שקשיחות של חלק מהמבנה יגבר על ההיגיון התכנוני שלנו וימשוך עליו את העומסים.

לדוגמה בתכנון אולם גדול ללא עמודים נתנו תקרה עבה ועמודים צומחים על גביה. בסופו של דבר העמודים הפכו למוטות תליה ותלו את התקרה לקומה שמעליה.

יכול להיות שהתוכנה הציעה לנו רעיון טוב. אך כדי שנוכל לאמץ את הרעיון צריך לשים לב בפרטי הזיון למוטות מעוגנים היטב למתיחה וכן לרוחב הסדק הצפוי וכן גם לסדרי הביצוע כך שאי אפשר לפרק תפסות אלא לאחר סיום הקומה הנושאת ואולי עוד השפעות שלא ציפינו להם.

מקרה נוסף בו מתכנן בנה מודל שמושפע מכוחות לחץ קרקע והתעלם משלבי הביצוע גילה שעמוד שכלל לא קשור למערכת הדיפון ונמצא באגף מרוחק מאזור זה נתן קשיחות לתקרה כלשהי אך אף אחד לא חשד בעמוד זה ולכן לא קיבל את ההתייחסות המתאימה. יכול להיות שעבור חישוב סטטי למבנה כזה נצטרך להשתמש באופציה של שלבי הביצוע או יותר פשוט, לכל קומה לתת מודל פשוט ולהעביר כוחות מקומה לקומה. על פי הפתגם "מה שלא יהיה פשוט – פשוט לא יהיה"

תקרת צלעות חד כיוונית כפולת טבלאות

חישוב תקרת צלעות כפולת טבלאות היא חידוש שמסופק על ידי עתיר מגרסה 2012 של Strap אם מחשבים את התקרה מתוחה לשני הכיוונים זה מצוין. במידה ומחשבים תקרה המתוחה לכיוון אחד התוכנה מחשבת את קשיחות התקרה לפי אינרציה של החתך אבל הקשיחות זו היא דמיונית.

התקרה לא יכולה לשאת בכוחות הגזירה בכיוון בו היא לא תוכננה כשהוא בעצם סוג של וירנדל. אך טבלה של 6 ס"מ לא באמת מסוגלת לקבל גזירה ובטח לא כל פרטי הזיון הדרוש לתכנון וירנדל.

לפי התוכנה העומס מתחלק בין הצירים לפי הקשיחות והתוצאות וסידור הזיון בהתאם אך בפועל כל העומס יעבור רק הציר הראשי (והשקיעות בהתאם).

תקרת צלעות או ערוגות בגיאומטריה לא סטנדרטית

בשימוש באפליקציית תקרת ערוגות של Strap אם היא אינה צורה אורתוגונלית קלאסית התוכנה תחלק סמכים בכל מיני נקודות ואפילו בלי להודיע על שגיאה. לאן כוחות אלו יגיעו? לא ממש ברור אבל התוכנה לא תמיד מודיעה על כך.

מרכוז אלמנטים

אלמנטים נקבעים כברירת מחדל לפי מרכז המסה שלהם. לדוגמא, תקרה בה קיימת קורה תחתונה, במרכז המפתח קיימים מומנטים חיוביים אך קשיחות הקורה גבוה ממה שנתנו כי באזור הלחוץ גם טבלת התקרה משמשת כאגף לחוץ בקורת "ר". ניתן לראות את צורת התקרה עם כפתור הRENDER ולסדר את גבהי הקורות או הטבלה באמצעות OFFSET אבל לא תמיד כדי לשחק באופציה זו כי לא תמיד נגיע לתוצאה שרצינו ואין באפשרותנו לבדוק.

לדוגמא, באחת מתוכנות הBIM  שבחנתי נבנה מודל ולאחת התקרות ניתן אופסט גדול מעובי התקרה כך שעל פי המודל החזותי לא קיימת המשכיות כלל בין התקרות.

בקריאת התוצאות הבנתי שצריך גם לשחרר את ההמשכיות באמצעות פרקים. אך אם תקרה זו אמורה לפעול בתור דיאפרגמה שמעבירה עומסי קרקע מדיפון בצד אחד לשני, תקרה זו לא מסוגלת לקבל כוחות אופקיים ממפלס הרגיל למפלס האופסט.

שגיאות בהרצה

לפני הכול חשוב להדגיש, כאשר מריצים מודל ומקבלים הודעת שגיאה, בחלק מהתוכנות נקבל הודעת שגיאה ולא נקבל תוצאות כלל אך בחלק מהתוכנות המערכת "תסגור את הפינה" בעצמה ובמקום השגיאה יוצב סמך או ריתום בצורה שרירותית אבל ריאקציה זו לא תקבל כל מענה כי לא צפינו לקבל כל כוח בנקודה זו או להשלכות הנוספות שלה.

שגיאות נוספות

בנינו מודל ומתחנו קורה בין שתי נקודות ורק אחר כך נחלק את השטח לאלמנטי תקרה. במצב זה לא יהיו לתקרה ולקורה נקודות חיבור והם לא יעבדו בשיתוף פעולה כאשר הפתרון הוא פשוט ובתוכנת Strap ניתן לחלק את הקורה לצמתים הקיימים עליה באמצעות כפתור SPLIT.

הזזנו צומת למיקום בו קיים צומת אחרת או יצרנו שתי צמתים באותם קורדינטות. הצמתים לא יאוחדו ואם יחוברו קורות לצמתים השונים לא תהיה פעולה המשכית ביניהם כאשר גם כאן הפתרון פשוט ויש ללחוץ על כפתור UNIFY לאיחוד הצמתים.

ככלל, יש דרכים לאתר שגיאות אלו. קודם כל קיימת אופציה של בדיקת המודל ואם קיימים שני אלמנטים חופפים התוכנה התריעה ואף הציעה לבטל את הכפילות. במצב של שני אלמנטים המשיקים בניהם אך לא מחוברים נקבל התרעה בלבד. כמובן שעל ידי מבט בתוצאות השקיעות למבנה נוכל ללמוד הרבה על צורת הפעולה ולמצוא חריגות משונות בעבודת המבנה.

• קרדיט לתמונת התקציר: ליאת רוזנפלד