Navrhujte podzemní převodní stěny snadno pomocí BIM Link pro ETABS

Budova se nachází přímo nad podzemní konstrukcí. V důsledku toho nelze pod některými sloupy provést piloty, které by za normálních okolností byly instalovány. Aby inženýři tento problém vyřešili, navrhli použití převodních stěn pro podepření dotčených sloupů.

Návrh převodních stěn je však ze své podstaty složitý, zejména pokud jsou v nich otvory. Navíc u podzemních konstrukcí jsou požadavky mezního stavu použitelnosti (MSP), jako je omezení šířky trhlin, kritičtější, protože tyto konstrukce jsou v kontaktu s zeminou, a jsou proto náchylnější k problémům s trvanlivostí, včetně koroze. Zavedené návrhové metody, jako je metoda vzpěra-táhlo, se primárně zabývají požadavky mezního stavu únosnosti (MSÚ), ale chování v MSP dostatečně nepokrývají.

Návrh převodní stěny

Návrh převodní stěny je složitá problematika, protože se tato stěna často chová jako D-oblast, kde předpoklad rovinného průřezu neplatí, a proto nelze použít běžné empirické vzorce obsažené v normě. To znamená, že návrhové funkce v globálním softwaru MKP, které často využívají předpoklady pro návrh nosníku nebo sloupu, nejsou pro tento problém vhodné.

Pro návrh stěny zobrazené výše mají inženýři dvě možnosti. První je použití metody vzpěra-táhlo – ačkoli jde o vhodnou a správnou metodu, vyžaduje značné množství ruční práce a iteračního přístupu, což může být časově náročné. Druhou možností je aproximace v globálním softwaru MKP, kdy se vyhodnocují hlavní tahová napětí pro stanovení požadavků na vyztužení a ověřuje se, že hlavní tlaková napětí nepřekračují návrhovou pevnost betonu.

Druhá možnost se zdá být praktičtější a časově efektivnější volbou, skrývá však v sobě skryté nebezpečí.

IDEA StatiCa Detail

IDEA StatiCa Detail využívá CSFM (Compatible Stress Field Method), která dokáže přesně pracovat jak s B-oblastmi, tak s D-oblastmi. Detail také zahrnuje do své analýzy efekty tlakového změkčení prostřednictvím faktoru kc2, čímž poskytuje realističtější a bezpečnější posouzení únosnosti betonové tlakové vzpěry.

IDEA StatiCa 25.1 umožňuje import stěnových prvků z ETABS do IDEA StatiCa Detail. Díky tomuto BIM Link mohou inženýři snadno importovat stěny z ETABS pro důkladnější analýzu v IDEA StatiCa Detail.

Níže je zobrazena stejná stěna importovaná z ETABS a analyzovaná v IDEA StatiCa Detail. V levém horním rohu je patrné, že při zadaném základním vyztužení analýza MSÚ vykazuje selhání, přestože tlaková napětí jsou podobná (přibližně 17 MPa). Proč tomu tak je?

Toto selhání v MSÚ je způsobeno zohledněním efektu tlakového změkčení prostřednictvím faktoru kc2, který snižuje únosnost betonu koeficientem 0,87. Únosnost betonu je tedy σc,lim = fcd x k2 = 20 x 0,87 = 17,4 MPa. Proto je při tlakovém napětí 17 MPa využití (σc/σc,lim) zobrazeno jako 99,5 %. Co je tedy tento efekt tlakového změkčení?

Tlakové změkčení

Když je beton vystaven vysokému tlaku, dochází v kolmém směru k tahovým přetvořením, což se nazývá příčný tah. Jakmile k tomu dojde, začínají se tvořit drobné trhliny a beton se stává méně sevřeným a slabším v tlaku. Tento efekt, známý jako tlakové změkčení, znamená, že porušený beton nemůže přenášet tak velkou tlakovou sílu jako neporušený beton. V normě je tento efekt zohledněn například při návrhu vysokého nosníku. U tlakových vzpěr a uzlů vysokého nosníku se k redukci maximální tlakové únosnosti betonu v důsledku efektu tlakového změkčení používá faktor k v Eurokódu (nebo β v ACI) s různými hodnotami v závislosti na situaci. Při použití IDEA StatiCa Detail je tento redukční faktor kc2 automaticky vypočítán na základě skutečného stavu napětí.

Řešení

Řešením je přidání dodatečné výztuže ke snížení části tlakového napětí v betonu. Tímto způsobem převodní stěna splní normové posouzení, jak je znázorněno níže. Požadavek na přidání dodatečné tlačené výztuže by jinak zůstal nepovšimnut, pokud by inženýři nepoužili IDEA StatiCa Detail.

Pokud jste si nevšimli, v levém horním rohu je v IDEA StatiCa Detail zohledněn také výsledek MSP, který zahrnuje omezení napětí, průhyb (s dlouhodobým účinkem) a šířku trhlin. Výsledek MSP je něco, co výše popsané dva přístupy nedokáží poskytnout. 

Díky použití IDEA StatiCa Detail jsou tedy inženýři plně informováni o chování své převodní stěny, a to nejen v MSÚ, ale také v MSP.

Protokol

Po dokončení návrhu mohou inženýři vytvořit komplexní protokol zobrazující všechny výsledky analýzy pro účely předložení. Kromě toho lze pro výrobní účely vygenerovat také výkaz výměr výztuže.

Závěr

Návrh převodních stěn vyžaduje pečlivou pozornost věnovanou složitým interakcím napětí, ke kterým dochází v D-oblastech. Zjednodušené přístupy nebo přímé použití výsledků z globálního softwaru MKP mohou přehlédnout důležité efekty, jako je tlakové změkčení, což vede k nadhodnocení únosnosti betonu. Použitím IDEA StatiCa Detail a její analýzy založené na CSFM mohou inženýři přesně zohlednit tato nelineární chování a zajistit řádné ověření požadavků MSÚ i MSP.

Zdroje

• Návod pro BIM Link z ETABS do Detail