Poziomy opór wiązania i odporność konstrukcji na postępujące zniszczenie

Zapytaliśmy, odpowiedzieliście, wysłuchaliśmy i dostarczyliśmy!

Dostawcy oprogramowania od dawna są krytykowani za to, że nie dają swoim klientom tego, czego naprawdę chcą – mają długą historię oferowania tego, co sami uważają za właściwe!

Właśnie dlatego IDEA StatiCa przeprowadziła ankietę wśród swoich użytkowników w Wielkiej Brytanii. Celem ankiety było lepsze zrozumienie potrzeb i oczekiwań naszych klientów.

Bezpośrednim efektem tego jest wprowadzenie nowej metody analizy o nazwie poziomy opór wiązania w nowej wersji IDEA StatiCa 22.1, wydanej w październiku 2022 roku.  Czego jednak dotyczy ta nowa funkcja?

My, jako inżynierowie konstruktorzy, wiemy, jak powinny zachowywać się budynki i projektujemy je tak, aby wytrzymywały siły, które możemy bezpiecznie przewidzieć. Co jednak dzieje się, gdy wystąpią zdarzenia, których nie możemy przewidzieć? Przypadkowe uszkodzenia spowodowane uderzeniem lub wybuchem są wyjątkowymi okolicznościami i mogą być uwzględniane przy projektowaniu budynku. Choć wiele krajów i ich normy projektowe odnoszą się do tego zagadnienia, w niniejszym artykule podejdę do tematu z perspektywy Eurokodu, ze szczególnym uwzględnieniem zgodności z przepisami brytyjskimi.

Odporność na postępujące zniszczenie jest zdefiniowana w BS EN 1991-1-7 Oddziaływania na konstrukcje. Oddziaływania ogólne. Oddziaływania wyjątkowe, w następujący sposób:

"Odporność na postępujące zniszczenie to zdolność konstrukcji do wytrzymywania zdarzeń takich jak pożar, wybuchy, uderzenia lub skutki błędów ludzkich, bez doznawania uszkodzeń nieproporcjonalnych do pierwotnej przyczyny."

W przypadku budynków o konstrukcji stalowej jest to zapewniane głównie przez odpowiednie projektowanie połączeń, choć w miarę jak budynki stają się bardziej złożone, inne czynniki również odgrywają rolę. Jest to również wymóg konieczny do uzyskania zgody na podstawie brytyjskich przepisów budowlanych (UK Building Regulations).

Wymaganie to ma pewne historyczne tło: w 1968 roku katastrofa Ronan Point jest przykładem, gdzie postępujące zniszczenie doprowadziło do nieproporcjonalnego zawalenia się konstrukcji. Zdezorientowany? Terminy „nieproporcjonalne zawalenie" i „postępujące zawalenie" są często używane zamiennie, jednak można między nimi dokonać rozróżnienia: postępujące zawalenie to rozprzestrzenianie się zniszczenia konstrukcji od początkowego miejsca zniszczenia jednego lub kilku zlokalizowanych elementów konstrukcyjnych. Jeśli dojdzie do postępującego zawalenia, niekoniecznie musi ono skutkować nieproporcjonalnym zawaleniem. Więcej informacji można znaleźć w Approved Document A.

Odwołując się do SteelConstruction.info - Structural Robustness, publikacji SCI P391 oraz Praktycznych Przewodników IStructE dotyczących Nieproporcjonalnego Zawalenia na ten sam temat, można stwierdzić, że najczęściej stosowanym podejściem jest zastosowanie efektywnego poziomego wiązania poprzez projektowanie połączeń w celu utrzymania słupów na miejscu, umożliwiając działanie łańcuchowe belek stropowych.

Siły obliczeniowe różnią się w zależności od klasy budynku i dla klasy 2a (patrz Approved Document A w celu uzyskania szczegółowej definicji) każdy element wiążący, łącznie z jego połączeniami końcowymi, powinien być zdolny do przeniesienia obliczeniowego obciążenia rozciągającego dla wyjątkowego stanu granicznego w przypadku wiązań wewnętrznych i obwodowych.

Przykładowe obliczenie

Do przetestowania podejścia użyłem przykładu obliczeniowego nr 2 z publikacji SCI P358 (powszechnie określanej jako „Zielona Księga"):

Słup główny, C = 305x305 UC 137 - Belka główna, B = 406x178 UB 74

Pozioma siła wiążąca = 175 kN

Wyniki odkształceń, naprężeń i docisków:

Sprawdzenia obliczeniowe obejmują również odpowiednią nośność na rozciąganie śrub i spoin, które można przeglądać w formie graficznej i tabelarycznej.

Prawo materiałowe dla tej analizy zostało dostosowane do wytycznych SCI oraz odpowiednich części Eurokodu, gdzie stwierdza się, że do oceny nośności elementów można stosować wytrzymałość charakterystyczną. Niektóre szczególne sprawdzenia wymienione w przewodniku SCI są uwzględnione wprost poprzez zastosowanie analizy nieliniowej i sprawdzeń blach.

Podsumowanie

Zapytany o to, jak ważna jest ta funkcja i co oznacza dla rynku brytyjskiego, Theodore Tsirozidis (Dyrektor IDEA StatiCa UK) powiedział:

„Jednym z naszych najwyższych priorytetów w IDEA StatiCa UK jest zapewnienie naszym klientom wszystkich niezbędnych narzędzi i funkcjonalności, które w jak najlepszy sposób odpowiedzą na potrzeby rynku brytyjskiego."

Kontynuuje:

„Sprawdzenie sił wiążących było funkcją nr 1 na liście życzeń naszych użytkowników i jesteśmy naprawdę podekscytowani, że ta funkcja jest teraz dostępna w wersji 22.1 i bez żadnych dodatkowych kosztów."

Podsumowuje:

„Od teraz IDEA StatiCa będzie w stanie tworzyć jeszcze bardziej odporne projekty i przyczyniać się do powstawania konstrukcji, które w przypadku wypadków nie doprowadzą do nieproporcjonalnego zawalenia."

Dziękujemy za poświęcenie czasu na przeczytanie tego artykułu, który przedstawia tylko jedno z wielu ulepszeń w IDEA StatiCa Connection. Jeśli jeszcze tego nie zrobiłeś, nie zapomnij pobrać nowej wersji 22.1.