Tervezzen könnyedén földalatti teherátadó falakat az ETABS BIM Link segítségével

Az épület közvetlenül egy földalatti szerkezet felett helyezkedik el. Ennek következtében néhány cölöp, amelyet normál esetben az oszlopok alatt kellene elhelyezni, nem kivitelezhető. Ennek megoldására a mérnökök teherátadó falak alkalmazását javasolták az érintett oszlopok megtámasztására.

A teherátadó falak tervezése azonban eleve összetett feladat, különösen nyílások jelenléte esetén. Ráadásul földalatti szerkezeteknél a használhatósági határállapot (SLS) szempontjai, mint például a repedésszélesség-szabályozás, kritikusabbak, mivel ezek a szerkezetek érintkeznek a talajjal, és ezért érzékenyebbek a tartóssági problémákra, beleértve a korrózióra. A jól bevált tervezési módszerek, mint például a Strut-and-tie módszer, elsősorban az teherbírási határállapot (ULS) követelményeit kezelik, de nem fedik le megfelelően az SLS viselkedést.

Teherátadó fal tervezése

A teherátadó fal tervezése összetett téma, mivel gyakran D-régiókként viselkedik, ahol a síkkeresztmetszet feltételezése nem érvényes, ezért a tervezési szabványokban található szokásos empirikus képletek nem alkalmazhatók. Ez azt jelenti, hogy a globális végeselem-módszer szoftverekben található tervezési funkció, amely gyakran gerenda vagy oszlop tervezési feltételezést alkalmaz, nem alkalmas erre a problémára.

A fent látható falnál a mérnököknek két lehetőségük van a fal tervezésére. Az egyik a Strut-and-tie módszer alkalmazása, amely bár jó és megfelelő módszer, sok kézi munkát és próba-hiba folyamatot igényel, ami időigényes lehet. A második lehetőség a globális végeselem-módszer szoftverben való közelítés alkalmazása, a főhúzófeszültségek kiértékelésével a vasalási követelmények meghatározásához, és annak ellenőrzésével, hogy a főnyomófeszültségek a beton méretezési szilárdsága alatt maradnak.

A második lehetőség praktikusabbnak és időhatékonyabbnak tűnik, de rejtett veszély rejlik benne.

IDEA StatiCa Detail

IDEA StatiCa Detail a CSFM (Compatible Stress Field Method) módszert alkalmazza, amely pontosan kezeli mind a B-régiókat, mind a D-régiókat. A Detail a nyomási lágyulás hatásait is beépíti az elemzésébe egy kc2 faktor segítségével, így a betonnyomott rúd teherbírásának realisztikusabb és biztonságosabb értékelését nyújtja.

Az IDEA StatiCa 25.1 lehetővé teszi a falszerkezeti elemek importálását ETABS-ból az IDEA StatiCa Detail-be. Ennek a BIM Link-nek a segítségével a mérnökök könnyen importálhatják a falakat az ETABS-ból az IDEA StatiCa Detail-ben végzett alaposabb elemzés céljából.

Az alábbiakban ugyanaz a fal látható, amelyet az ETABS-ból importáltak és az IDEA StatiCa Detail-ben elemeztek. A bal felső sarokban látható, hogy az adott alapvasalással az ULS elemzés tönkremenetelt mutat, még akkor is, ha a nyomófeszültségek hasonlóak (kb. 17 MPa). Miért van ez?

Ez az ULS tönkremenetel a nyomási lágyulás hatásának figyelembevételéből adódik, amelyet a kc2 faktor fejez ki, és amely 0,87-es tényezővel csökkenti a beton teherbírását. Ezért a beton teherbírása most σc,lim = fcd x k2 = 20 x 0,87 = 17,4 MPa. Ezért van az, hogy 17 MPa nyomófeszültség esetén a kihasználtság (σc/σc,lim) 99,5%-ként jelenik meg. Tehát mi ez a nyomási lágyulás hatása?

Nyomási lágyulás

Amikor a betont erős nyomás éri, a merőleges irányban húzási alakváltozások lépnek fel, amelyet keresztirányú húzásnak nevezünk. Amint ez megtörténik, apró repedések kezdenek kialakulni, és a beton kevésbé összeszorított és gyengébb lesz nyomásban. Ez a hatás, amelyet nyomási lágyulásnak nevezünk, azt jelenti, hogy a repedt beton nem képes annyi nyomóerőt felvenni, mint a repedésmentes beton. A tervezési szabványban ezt a hatást figyelembe veszik például egy mélygerenda tervezésekor. A mélygerenda nyomott rudaknál és csomópontoknál az Eurocode-ban k faktor (vagy β az ACI-ban) különböző értékekkel, a helyzettől függően, a nyomási lágyulás hatása miatt csökkenti a beton maximális nyomási teherbírását. Az IDEA StatiCa Detail használatával ez a csökkentési tényező, a kc2, automatikusan kerül kiszámításra a tényleges feszültségi állapot alapján.

A megoldás

A megoldás az, hogy további vasalást kell elhelyezni a beton nyomófeszültségének csökkentése érdekében. Így a teherátadó fal átmegy a tervezési ellenőrzésen, ahogy az alábbiakban látható. A további nyomott vasalás elhelyezésének szükségessége egyébként elkerülné a figyelmet, ha a mérnökök nem használnák az IDEA StatiCa Detail-t.

Ha nem vette észre, a bal felső sarokban az SLS eredmény, amely magában foglalja a feszültségkorlátozást, az elhajlást (hosszú távú hatással) és a repedésszélességet, szintén figyelembe van véve az IDEA StatiCa Detail-ben. Az SLS eredmény olyasmi, amelyet a fent leírt másik két megközelítés nem tud előállítani. 

Tehát az IDEA StatiCa Detail használatával a mérnökök teljes képet kaphatnak arról, hogyan viselkedik a teherátadó faluk, nem csak ULS, hanem SLS szempontból is.

Jelentés

A tervezés befejezése után a mérnökök átfogó jelentést készíthetnek, amely bemutatja az összes elemzési eredményt benyújtás céljából. Ezen felül a vasalás anyaglistája is generálható gyártási célokra.

Összefoglalás

A teherátadó falak tervezése gondos figyelmet igényel a D-régiókban fellépő összetett feszültségi kölcsönhatásokra. Az egyszerűsített megközelítések vagy a globális végeselem-módszer eredményeinek közvetlen felhasználása figyelmen kívül hagyhat olyan fontos hatásokat, mint a nyomási lágyulás, ami a beton teherbírásának túlbecsléshez vezet. Az IDEA StatiCa Detail és annak CSFM-alapú elemzésének használatával a mérnökök pontosan figyelembe vehetik ezeket a nemlineáris viselkedéseket, biztosítva, hogy mind az ULS, mind az SLS követelmények megfelelően ellenőrzöttek legyenek.

Források

• Útmutató az ETABS–Detail BIM Linkhez