পাইথন এবং ভিক্টর ব্যবহার করে কীভাবে একটি স্টিল বেস প্লেট ডিজাইন ওয়েব অ্যাপ তৈরি করবেন

ভূমিকা

ইস্পাত বেস প্লেটগুলি ইস্পাত কলামের নীচে স্থাপন করা হয় যাতে নকশা শক্তিগুলিকে ভিত্তিগুলিতে নিরাপদে স্থানান্তর করা হয়।

যখন ইস্পাত কলামগুলি ছোট ক্রস-সেকশন সহ ভারী ভার বহন করে, তখন সরাসরি ফাউন্ডেশনে লোডগুলি প্রয়োগ করলে পাঞ্চিং ব্যর্থতা হতে পারে। সুতরাং, একটি বৃহত্তর অঞ্চলে লোড বিতরণ করতে কলামের নীচে একটি বেস প্লেট ব্যবহার করা অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ।

এই নিবন্ধটি পাইথন ব্যবহার করে একটি বেসপ্লেট ডিজাইন অ্যাপ্লিকেশন তৈরি করার জন্য একটি নির্দেশিকা প্রদান করে, CSV ফরম্যাটে সংরক্ষিত স্টিলের জ্যামিতিক বৈশিষ্ট্যগুলি ব্যবহার করে।

অ্যাপ্লিকেশনটি প্রয়োজনীয় বেস প্লেট এলাকা, বেধ, কংক্রিটের ভারবহন শক্তি এবং অতিরিক্ত প্রস্থ সহজেই নির্ধারণ করতে ইঞ্জিনিয়ারদের সাহায্য করবে।

উপরন্তু, ভিক্টর SDK ব্যবহার করে, আমরা আমাদের পাইথন বাস্তবায়নকে একটি ওয়েব অ্যাপ্লিকেশনে নিরবিচ্ছিন্নভাবে রূপান্তর করতে পারি।

এই SDK একটি 3D দৃশ্যে আমাদের কাঠামো কল্পনা করার ক্ষমতা প্রদান করে। এর ডান মধ্যে ডুব এবং পদক্ষেপ নেওয়া যাক!

বেসপ্লেট ডিজাইনের জন্য মৌলিক নীতি

বেস প্লেট ডিজাইন অক্ষীয় শক্তিগুলির জন্য সমতুল্য টি-স্টাব পদ্ধতি ব্যবহার করে, যেখানে কম্প্রেশনে টি-স্টাবগুলির জন্য একটি 'কার্যকরী এলাকা' গণনা করা হয় এবং টেনশনে টি-স্টাবগুলির জন্য বেস প্লেট বাঁকানো মূল্যায়ন করা হয়। অনুভূমিক প্রধান এবং/অথবা ছোট শিয়ার অনুমোদিত, কিন্তু কোন মুহূর্ত, যেমন, পিন করা বেস ডিজাইন।

প্রথম জিনিসটি আমরা গণনা করেছি সাপোর্টিং কংক্রিটের ভারবহন শক্তি, fjd।

বেস প্লেটের নিচের অংশ এবং গ্রাউট স্পেসে বেডিং ম্যাটেরিয়ালের মধ্যে ডিজাইনের ভারবহন শক্তি, fjd দ্বারা দেওয়া হয়:

fjd = βj * α * fcd

কোথায়

βj = ভিত্তি যুগ্ম উপাদান সহগ = (2/3)

α = একটি সহগ যা ভিত্তির মধ্যে ঘনীভূত শক্তির বিস্তারের জন্য দায়ী

fcd = নকশা মান কংক্রিট সংকোচনের শক্তি = αcc * fck / ɣc

αcc = দীর্ঘমেয়াদী প্রভাবের জন্য সহগ

fck = কংক্রিট চরিত্রগত সিলিন্ডার শক্তি

ɣc = কংক্রিটের জন্য আংশিক নিরাপত্তা ফ্যাক্টর

দ্বিতীয় ধাপ হল বেসপ্লেটের প্রয়োজনীয় এলাকা গণনা করা যা সূত্র দ্বারা দেওয়া হয়েছে:

আরেক = Ned/fjd

যেখানে নেড হল ইস্পাত কলাম থেকে চূড়ান্ত লোড।

তৃতীয় ধাপ হল c গণনা করা যা কার্যকর এলাকার ক্যান্টিলিভার অসামান্য:

নিচের সূত্রটি ব্যবহার করে C গণনা করা হয়:

Aeff = 4 *( c**2) + Pcol * c + Acol

অতএব, আপনি গ জন্য সমাধান.

এবং অবশেষে, আমরা বেসপ্লেটের বেধ গণনা করি, tp:

tp = c * (3 * fjd* Ym0 / _page_fy)**0.50

বেসপ্লেট ডিজাইন ওয়ার্কফ্লো এর পাইথন বাস্তবায়ন

 # Partial factor of resistance of cross-sections whatever the class is as per EN 1993-1-1. Ym0 = 1.0 # Compute foundation bearing strength which is typically concrete #βj is the foundation joint material coefficient, typically taken as 0.67 as per clause 6.2.5(7) in EN 1993-1-8. beta_j=0.67 #α is a coefficient of diffusion of the vertical load being applied to the foundation. Conservatively this can be taken as 1.5 alpha= 1.5 # αcc is the coefficient that allows for long-term effects on the compressive strength of concrete vs applied actions. Taken as 0.85 in the UK National Annex -> on page # Define alpha_cc # Define gamma_c # define fck # γc is the partial factor of safety of concrete. Taken as 1.5 in the UK National Annex -> on page fjd = beta_j*alpha* (alpha_cc*fck )/gamma_c # Compute the area of the baseplate required Areq = (Ned *1000)/ fjd #Ned is the Ultimate load def calculate_c(Pcol, Acol, Areq): # """ # This function calculates the value of c for the given equation: # Areq = 4 * c^2 + P_col * c + A_col # Args: # Perimeter_of_section: Perimeter of the column section (mm) # Area_of_section: Area of the column section (mm²) # Areq: Required area of the baseplate (mm²) # Returns: # The value of c (mm) # """ a = 4 b = Pcol c = Acol-Areq # Assuming Areq is already calculated discriminant = b**2 - 4 * a * c c1 = (-b + (discriminant)**0.5) / (2 * a) c2 = (-b - (discriminant)**0.5) / (2 * a) return max(c1, c2) c = calculate_c(Pcol,Acol,Areq) # Compute the thickness of the baseplate (tp) tp = c * (3 * fjd* Ym0 / _page_fy)**0.50

অবশেষে, বেসপ্লেট ডিজাইনের জন্য পাইথন কোডটিকে একটি ওয়েব অ্যাপ্লিকেশনে পরিণত করা

ইনপুট

আমার চূড়ান্ত অ্যাপ্লিকেশনটির ইনপুট বৈশিষ্ট্যগুলির প্রয়োজন হবে যেখানে ব্যবহারকারী নিম্নলিখিত পরামিতিগুলি নির্দিষ্ট করতে পারে:

এটি ভিক্টর এসডিকে থেকে প্যারামেট্রিাইজেশন ক্লাস ব্যবহার করে অর্জন করা হয়।

 class Parametrization(ViktorParametrization): input = Tab("Input") input.profile_type = OptionField( "Profile type", options=["IPE", "HEA", "HEB"], default="IPE", variant="radio-inline", flex=80, ) input.nl1 = LineBreak() input.profile = AutocompleteField( "Profile", options=get_profile_types, default="IPE240", description="The source of profile properties can be found [here](https://eurocodeapplied.com/design/en1993/ipe-hea-heb-hem-design-properties)", ) # input.steel_class = OptionField( # "Steel class", options=["S235", "S275", "S355"], default="S235" # ) input.fck = NumberField('Fck', default=25, suffix="MPa") input.Design_load = NumberField('Design_load', default=1000, suffix="KN") input.acc = NumberField('Concrete coeff(acc)', default=0.85) input.yc = NumberField('Partial factor of safety for concrete', default=1.5) input.steel_class = NumberField('steel_class', default=255, suffix="MPa")

আউটপুট

গণনার পরে, ব্যবহারকারীর কাছে গণনার ফলাফল প্রদর্শন করতে ভিক্টর SDK থেকে ডেটা ভিউ পদ্ধতি ব্যবহার করা হয়েছিল।

 @DataView("Output", duration_guess=1) def Compute_output(self, params: Munch, **kwargs): Ym0, beta_j, alpha, fjd, Areq, c, tp = self.calculate_plate_geom(params) data = DataGroup( DataItem("ultimate load ", params.input.Design_load, suffix="KN"), DataItem("beta_j", 0.67), DataItem("alpha", 1.5), DataItem("Bearing capacity of concrete support(fjd) ", round(fjd), suffix="MPa"), DataItem("Areq ", round(Areq), suffix="mm2"), DataItem(" c", round(c), suffix="mm"), DataItem("Thickness of plate", round(tp), suffix="mm"), ) return DataResult(data)

কোথায়:

কংক্রিটের ভারবহন ক্ষমতা (Fjd)

ইস্পাতের ক্ষেত্রফল (Areq)

বেসপ্লেটের অতিরিক্ত অভিক্ষেপ (c)

বেসপ্লেটের পুরুত্ব

অবশেষে, ইস্পাত কলাম, বেসপ্লেট এবং সমর্থনকারী কংক্রিট ভিত্তির একটি 3D মডেল তৈরি করা হয়।

একটি get_3dview পদ্ধতি কন্ট্রোলার ক্লাসের ভিতরে সংজ্ঞায়িত করা হয়েছিল যা @GeometryView দিয়ে সজ্জিত।

get_3dview পদ্ধতিটি হল যা 3D মডেল তৈরির যুক্তিকে সংজ্ঞায়িত করে এবং অবশেষে, তৈরি করা স্টিল কলাম, বেস প্লেট এবং কংক্রিট সমর্থন সম্বলিত GeometryResult বস্তু ফেরত দেয়।

যুক্তিটি নীচের কোডটিতে রয়েছে:

 @GeometryView("3D baseplate View", duration_guess=1) def get_3dView(self, params: Munch, **kwargs): """Create geometry for column, base-plate and add a concrete slab underneath""" Ym0, beta_j, alpha, fjd, Areq, c, tp = self.calculate_plate_geom(params) concrete_thickness = 15 * tp steel = Material(color=Color(95, 158, 240), metalness=1) concrete = Material(metalness=0, roughness=1, opacity=0.6) h = self.get_profile_property(params.input.profile_type, params.input.profile, "Depth") b = self.get_profile_property(params.input.profile_type, params.input.profile, "Width") tw = self.get_profile_property(params.input.profile_type, params.input.profile, "Web thickness") tf = self.get_profile_property(params.input.profile_type, params.input.profile, "Flange thickness") r = self.get_profile_property(params.input.profile_type, params.input.profile, "Root radius") beam_profile = self.get_beam_profile(h, b, tw, tf, r) beam = Extrusion(beam_profile, Line(Point(0, 0, tp), Point(0, 0, 3 * h)), material=steel) base_plate = SquareBeam(sqrt(Areq), sqrt(Areq), tp, material=steel) # TODO: This area doesn't seem sufficient for large column sizes base_plate.translate((0, 0, tp / 2)) concrete_plate = SquareBeam(6 * h, 6 * h, concrete_thickness, material=concrete) concrete_plate.translate((0, 0, -concrete_thickness / 2)) return GeometryResult([beam, base_plate, concrete_plate]) 

সম্পূর্ণ কোড নীচে পাওয়া যাবে:

 from math import sqrt # import plotly.express as px from pathlib import Path from typing import List import numpy as np import pandas as pd from munch import Munch from viktor import ViktorController, Color from viktor.geometry import Point, Extrusion, Line, Material, SquareBeam from viktor.parametrization import ( ViktorParametrization, OptionField, Text, Tab, AutocompleteField, LineBreak, NumberField ) # from viktor.external.spreadsheet import SpreadsheetCalculation, SpreadsheetCalculationInput from viktor.views import DataGroup, DataItem, DataResult, DataView, GeometryView, GeometryResult def get_profile_types(params: Munch, **kwargs): try: file_path = ( Path(__file__).parent / "profiles" / f"steel-profiles-{params.input.profile_type}.csv" ) df = pd.read_csv(file_path, header=[2], skiprows=[3, 4, 5]) return df["Profile"].values.tolist() except FileNotFoundError: return ["IPE80", "IPE100", "HEA100", "HEA120", "HEB100", "HEB120"] def calculate_c(Pcol, Acol, Areq): # """ # This function calculates the value of c for the given equation: # Areq = 4 * c^2 + P_col * c + A_col # Args: # Perimeter_of_section: Perimeter of the column section (mm) # Area_of_section: Area of the column section (mm²) # Areq: Required area of the baseplate (mm²) # Returns: # The value of c (mm) # """ a = 4 b = Pcol c = Acol - Areq # Assuming Areq is already calculated discriminant = b ** 2 - 4 * a * c c1 = (-b + (discriminant) ** 0.5) / (2 * a) c2 = (-b - (discriminant) ** 0.5) / (2 * a) return max(c1, c2) class Parametrization(ViktorParametrization): info = Tab("Info") info.text_01 = Text( """## Welcome to baseplate design app! """ ) input = Tab("Input") input.profile_type = OptionField( "Profile type", options=["IPE", "HEA", "HEB"], default="IPE", variant="radio-inline", flex=80, ) input.nl1 = LineBreak() input.profile = AutocompleteField( "Profile", options=get_profile_types, default="IPE240", description="The source of profile properties can be found [here](https://eurocodeapplied.com/design/en1993/ipe-hea-heb-hem-design-properties)", ) # input.steel_class = OptionField( # "Steel class", options=["S235", "S275", "S355"], default="S235" # ) input.fck = NumberField('Fck', default=25, suffix="MPa") input.Design_load = NumberField('Design_load', default=1000, suffix="KN") input.acc = NumberField('Concrete coeff(acc)', default=0.85) input.yc = NumberField('Partial factor of safety for concrete', default=1.5) input.steel_class = NumberField('steel_class', default=255, suffix="MPa") class Controller(ViktorController): label = 'My Entity Type' parametrization = Parametrization @DataView("profile geometrical Properties", duration_guess=1) def display_geometrical_properties(self, params: Munch, **kwargs): """Initiates the process of rendering an image of the bending moments of the structure, as well as a view of a few key values related to the bending moments.""" # results = self.calculate_allowable_bending_moment( # params.input.profile_type, params.input.profile # ) results = self.get_geometrical_properties( params.input.profile_type, params.input.profile ) data = DataGroup( DataItem("Depth", results["Depth"], suffix="mm"), DataItem("Width", results["Width"], suffix="mm"), DataItem("Thickness_of_web", results["Thickeness_of_web"], suffix="mm"), DataItem("Thickness_of_flange", results["Thickeness_of_flange"], suffix="mm"), DataItem("Area_col", results["Area_col"], suffix="mm2"), DataItem("Perimeter_col", results["Perimeter_col"], suffix="mm"), ) return DataResult(data) def calculate_plate_geom(self, params, **kwargs): results = self.get_geometrical_properties( params.input.profile_type, params.input.profile ) # Partial factor of resistance of cross-sections whatever the class is as per EN 1993-1-1. Ym0 = 1.0 # Compute ultimate load (Ned) -> on page # Compute foundation bearing strength which is typically concrete # βj is the foundation joint material coefficient, typically taken as 0.67 as per clause 6.2.5(7) in EN 1993-1-8. beta_j = 0.67 # α is a coefficient of diffusion of the vertical load being applied to the foundation. Conservatively this can be taken as 1.5 alpha = 1.5 # αcc is the coefficient that allows for long term effects on the compressive strength of concrete vs applied actions. Taken as 0.85 in the UK National Annex -> on page # γc is the partial factor of safety of concrete. Taken as 1.5 in the UK National Annex -> on page fjd = beta_j * alpha * (params.input.acc * params.input.fck) / params.input.yc # Compute area of baseplate required Areq = (params.input.Design_load * 1000) / fjd c = calculate_c(results["Perimeter_col"], results["Area_col"], Areq) # Compute the thickness of baseplate (tp) tp = c * (3 * fjd * Ym0 / params.input.steel_class) ** 0.50 return Ym0, beta_j, alpha, fjd, Areq, c, tp @DataView("Output", duration_guess=1) def Compute_output(self, params: Munch, **kwargs): Ym0, beta_j, alpha, fjd, Areq, c, tp = self.calculate_plate_geom(params) data = DataGroup( DataItem("ultimate load ", params.input.Design_load, suffix="KN"), DataItem("beta_j", 0.67), DataItem("alpha", 1.5), DataItem("Bearing capacity of concrete support(fjd) ", round(fjd), suffix="MPa"), DataItem("Areq ", round(Areq), suffix="mm2"), DataItem(" c", round(c), suffix="mm"), DataItem("Thickness of plate", round(tp), suffix="mm"), ) return DataResult(data) @staticmethod def get_beam_profile(h, b, tw, tf, r) -> List[Point]: """Generates the points which make up the chosen profile for the column cross-section""" # Get points for top flange points = [ Point(-b / 2, (h / 2) - tf), Point(-b / 2, h / 2), Point(b / 2, h / 2), Point(b / 2, (h / 2) - tf), ] # Get curve for top right angles = np.linspace(np.pi / 2, np.pi, 10) x = r * np.cos(angles) + tw / 2 + r y = r * np.sin(angles) + h / 2 - tf - r for _x, _y in zip(x, y): points.append(Point(_x, _y)) # Get curve for bottom right angles = np.linspace(-np.pi, -np.pi / 2, 10) x = r * np.cos(angles) + tw / 2 + r y = r * np.sin(angles) - h / 2 + tf + r for _x, _y in zip(x, y): points.append(Point(_x, _y)) # Get points for bottom flange points.extend([ Point(b / 2, - (h / 2) + tf), Point(b / 2, -h / 2), Point(-b / 2, -h / 2), Point(-b / 2, -(h / 2) + tf), ]) # Get curve for bottom left angles = np.linspace(1.5 * np.pi, 2 * np.pi, 10) x = r * np.cos(angles) - tw / 2 - r y = r * np.sin(angles) - h / 2 + tf + r for _x, _y in zip(x, y): points.append(Point(_x, _y)) # Get curve for top left angles = np.linspace(0, np.pi/2, 10) x = r * np.cos(angles) - tw / 2 - r y = r * np.sin(angles) + h / 2 - tf - r for _x, _y in zip(x, y): points.append(Point(_x, _y)) # Repeat the first point to close the profile points.append(Point(-b / 2, (h / 2) - tf)) return points @GeometryView("3D baseplate View", duration_guess=1) def get_3dView(self, params: Munch, **kwargs): """Create geometry for column, base-plate and add a concrete slab underneath""" Ym0, beta_j, alpha, fjd, Areq, c, tp = self.calculate_plate_geom(params) concrete_thickness = 15 * tp steel = Material(color=Color(95, 158, 240), metalness=1) concrete = Material(metalness=0, roughness=1, opacity=0.6) h = self.get_profile_property(params.input.profile_type, params.input.profile, "Depth") b = self.get_profile_property(params.input.profile_type, params.input.profile, "Width") tw = self.get_profile_property(params.input.profile_type, params.input.profile, "Web thickness") tf = self.get_profile_property(params.input.profile_type, params.input.profile, "Flange thickness") r = self.get_profile_property(params.input.profile_type, params.input.profile, "Root radius") beam_profile = self.get_beam_profile(h, b, tw, tf, r) beam = Extrusion(beam_profile, Line(Point(0, 0, tp), Point(0, 0, 3 * h)), material=steel) base_plate = SquareBeam(sqrt(Areq), sqrt(Areq), tp, material=steel) # TODO: This area doesn't seem sufficient for large column sizes base_plate.translate((0, 0, tp / 2)) concrete_plate = SquareBeam(6 * h, 6 * h, concrete_thickness, material=concrete) concrete_plate.translate((0, 0, -concrete_thickness / 2)) return GeometryResult([beam, base_plate, concrete_plate]) @staticmethod def get_profile_property( profile_type: str, profile: str, property_name: str ) -> float: """Retrieve the profile properties based on the profile type, profile and property :param profile_type: One of the following profile types: HEA, HEB or IPE. :param profile: Profile name, eg IPE80 (IPE was given as profile_type) :param property_name: The name of the property, eg Weight """ file_path = ( Path(__file__).parent / "profiles" / f"steel-profiles-{profile_type}.csv" ) df = pd.read_csv(file_path, header=[2], skiprows=[3, 4, 5]) return df.loc[df["Profile"] == profile, property_name].item() @staticmethod def get_geometrical_properties( profile_type: str, profile: str ): """Calculates the allowable bending moment based on the given parameters. :param profile_type: One of the following profile types: HEA, HEB or IPE. :param profile: Profile name, eg IPE80 (IPE was given as profile_type) :param steel_class: The steel class, eg S235 :return: A dict with the moment of inertia, profile height, yield strength and allowable bending moment. """ file_path = ( Path(__file__).parent / "profiles" / f"steel-profiles-{profile_type}.csv" ) df = pd.read_csv(file_path, header=[2], skiprows=[3, 4, 5]) Depth = df.loc[df["Profile"] == profile, "Depth"].item() Width = df.loc[df["Profile"] == profile, "Width"].item() Thickeness_of_web = df.loc[df["Profile"] == profile, "Web thickness"].item() Thickeness_of_flange = df.loc[df["Profile"] == profile, "Flange thickness"].item() Area_col = df.loc[df["Profile"] == profile, "Area"].item() Perimeter_col = df.loc[df["Profile"] == profile, "Perimeter"].item() Perimeter_col = Perimeter_col * 1000 return { "Depth": Depth, "Width": Width, "Thickeness_of_web": Thickeness_of_web, "Thickeness_of_flange": Thickeness_of_flange, "Area_col": Area_col, "Perimeter_col": Perimeter_col }

উপসংহার

আমি সর্বদা বেসপ্লেটের বেধ এবং প্রয়োজনীয় কার্যকর এলাকা পরীক্ষা করার সমস্যাটি অনুভব করি যা সরবরাহ করা উচিত যাতে কলামের লোডগুলি কার্যকরভাবে ফাউন্ডেশনে প্রেরণ করা যায়।

একটি পাইথন স্ক্রিপ্ট ব্যবহার করা যা আমাকে এই ধরনের চেকগুলিতে সাহায্য করতে পারে এবং ভিক্টর SDK ব্যবহার করে স্ক্রিপ্টটিকে শেয়ারযোগ্য এবং সহজে অ্যাক্সেসযোগ্য ওয়েব অ্যাপ্লিকেশনে রূপান্তর করা সহজ ছিল এবং বেসপ্লেট ডিজাইনের কার্যপ্রবাহে আরও দক্ষতা এনেছিল।

এই ধরনের ইঞ্জিনিয়ারিং অ্যাপ্লিকেশন তৈরি করা আপনাকে শুধুমাত্র আপনার মোবাইল ফোনের সাহায্যে আপনার নির্মাণ কাজের সাইটে আত্মবিশ্বাসী করে তুলতে পারে এবং বানোয়াট এবং স্থাপন করার আগে বেসপ্লেটের মতো কাঠামোগত সদস্যদের ডিজাইনের নির্ভুলতা পরীক্ষা করতে সক্ষম হতে পারে।