Návrh ocelového rámu v tepelně náročném výrobním objektu
O projektu
Objekt tvoří ocelová hala se sedlovou střechou se sklonem 6°, která uzavírá obdélníkový půdorys o rozměrech 56,36 x 47,50 metrů. Hala dosahuje výšky 9,48 metrů v hřebeni a je tvořena 12 ocelovými portály s roztečí 5 metrů. Každý rám má čtyřsloupcové uspořádání – profily HEA300 na krajích a profily HEA260 na vnitřních osách – nesoucí příhradové nosníky s horním a dolním pásem HEA200 a diagonálami z uzavřených čtvercových profilů (SHS).
Příčná stabilita je zajištěna tuhostí rámů, zatímco podélná stabilita je zajištěna kombinací vodorovného a svislého ztužení. Konstrukční rastr zahrnuje tři hlavní zóny svislého ztužení: jednu uprostřed a dvě v blízkosti štítových stěn. Základy tvoří železobetonové patky spojené základovými prahy, s kloubovým spojením ocelových sloupů se základy prostřednictvím předem zabetonovaných kotev. Vaznice a paždíky budou z tenkostěnných profilů Z a C, které doplňují střešní a fasádní systémy.
\[ \textsf{\textit{\footnotesize{3D structural model in SCIA Engineer}}}\]
Inženýrské výzvy
Výrobní proces vyžadoval vysokou vlhkost vnitřního prostředí, což projektanta přinutilo chránit ocelovou konstrukci před vnitřní vlhkostí. Tepelná izolace byla proto umístěna na vnitřní straně sloupů a příhradových nosníků – toto konstrukční řešení ponechalo velké části ocelového rámu vystaveny nepříznivým venkovním podmínkám. Podle Eurokódu 1 (EC1) zahrnují tyto podmínky jak extrémní letní horko, tak drsné zimní mrazy, takže teplotní účinky představují zásadní konstrukční problém.
\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Position of thermal insulation panels}}}\]
Vzhledem k tomu, že většina ocelových prvků byla vystavena nechráněným teplotním výkyvům, vznikaly ve vodorovných prvcích a svislém ztužení značné normálové síly. Zvláště postiženy byly nosníky UG1 nesoucí fasádní plášť. Tyto nosníky nebyly osově srovnány s vodorovnými prvky systému svislého ztužení (HUS2), což způsobovalo výrazné excentricity a složité silové cesty, které bylo nutné řešit na úrovni přípojů.
Řešení a výsledky
Globální konstrukční model byl vytvořen v SCIA Engineer 20.0, zahrnující všechny primární ocelové prvky s výjimkou sekundárních vaznic a paždíků. Pro návrh přípojů byl použit IDEA StatiCa Connection. Jeho rychlé nastavení a přehledná vizualizace chování přípoje pod zatížením z něj učinily nepostradatelný nástroj, zejména pro přípoje namáhané podélnými excentrickými silami.
\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Steel joint with significant eccentricity of longitudinal forces in IDEA StatiCa Connection }}}\]
Díky použití IDEA StatiCa mohl inženýrský tým zkoumat vzorce deformací a charakteristiky tuhosti přípojů téměř v reálném čase. Tato schopnost výrazně zvýšila přesnost globálního modelu, zejména při predikci přetvoření a přerozdělení vnitřních sil.
Další významnou výhodou byl efektivní návrh ocelových patních desek a předem zabetonovaných kotev podle EN 1992-4. Specializovaný modul kotvení v softwaru nahradil tradičně pracný ruční postup rychlým, normově vyhovujícím a sledovatelným řešením, což výrazně zlepšilo celkový pracovní postup.
\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Connection of steel column and RC pad foundation in IDEA StatiCa Connection}}}\]
O společnosti UOIG Nikola Patrk
UOIG Nikola Patrk je malá společnost založená v roce 2018 (v současnosti fungující jako jednočlenný tým) se sídlem v Zadaru v Chorvatsku. Specializuje se na návrh železobetonových, zděných, ocelových a dřevěných konstrukcí. Nikola Patrk je stavební inženýr s více než 10 lety zkušeností jako spolupracující projektant a hlavní projektant na projektech různého rozsahu a účelu.