Bezpieczne i dokładne projektowanie zakotwień

Projektowanie połączeń stal-beton jest kluczowym, krytycznym dla bezpieczeństwa zadaniem w wielu projektach budowlanych. Na podstawie badań Hilti opublikowanych w magazynie New Civil Engineer, które analizowały doświadczenia ponad 100 praktykujących inżynierów konstruktorów, 79% z nich twierdzi, że poświęca do 4 godzin na zaprojektowanie typowego połączenia stal-beton i sporządzenie raportu. 

Zgodnie z doświadczeniem inżynierskim, przy właściwym doborze narzędzi programowych, czas projektowania jednego indywidualnego połączenia jest skracany średnio o 50%. Na podstawie własnych badań przeprowadzonych na ponad 600 inżynierach konstruktorach, którzy wprowadzili dane do naszego Kalkulatora Efektywności, skrócenie czasu w przypadku bardzo złożonych połączeń może sięgać nawet 80%.

Wszystko zgodnie z normą, ale z którą?

Gdy Eurokod był po raz pierwszy opracowywany, projektowanie zakotwień nie było wystarczająco ugruntowane, aby uzasadnić jego włączenie do norm projektowych EN. Przeważnie były one objęte dokumentem ETAG 001 opracowanym przez EOTA (Europejską Organizację ds. Oceny Technicznej), zawierającym 2 kluczowe załączniki – C i E. 

Z korzyścią dla inżyniera projektanta, wszystkie te wytyczne projektowe zostały połączone w nowym dokumencie projektowym EN 1992-4, który jest obecnie obowiązującą normą projektową w krajach stosujących normy EN, a jego wdrożenie jest niemal zakończone. Jednak rdzeń EN 1992-4 przejmuje wiele postanowień projektowych z ETAG 001: Załącznik C, TR 029 i TR 045, a zatem różnice są ograniczone.

Jednak EN nie jest jedyną normą obsługiwaną przez IDEA StatiCa. Poniżej znajduje się tabela ze wszystkimi normami dotyczącymi zakotwień uwzględnionymi w IDEA StatiCa. 

Obsługiwane normy dotyczące zakotwień w IDEA StatiCa

Pozostałe normy obsługiwane przez IDEA StatiCa (Chiny, Hongkong, Rosja, Indie) nie zawierają bezpośrednich przepisów dotyczących projektowania zakotwień. Sprawdzenie betonu na ściskanie jest objęte dla wszystkich norm. 

Jak IDEA StatiCa spełnia wymagania AISC/ACI, Eurokodu i innych norm

Metoda CBFEM stanowi podstawę dwóch najpotężniejszych programów do projektowania zakotwień: IDEA StatiCa oraz PROFIS Engineering Suite firmy Hilti. CBFEM pozwala w wygodny sposób uprościć blok betonowy jako dwuwymiarowe elementy kontaktowe. Oto kilka zasad dotyczących sposobu, w jaki IDEA StatiCa obsługuje modele połączeń stal-beton: 

• Połączenie między betonem a płytą podstawy przenosi wyłącznie ściskanie. 
• Ściskanie jest przenoszone za pośrednictwem modelu podłoża Winklera-Pasternaka, który odwzorowuje odkształcenia bloku betonowego. 
• Siła rozciągająca między płytą podstawy a blokiem betonowym jest przenoszona przez śruby kotwiące. 
• Siła ścinająca jest przenoszona przez tarcie między płytą podstawy a blokiem betonowym, przez ostrogę lub przez ścinanie śrub kotwiących. 
• Nośność kotew na ścinanie jest wyznaczana analitycznie. 
• Tarcie jest modelowane jako pełne więzy jednopunktowe w płaszczyźnie styku płyty podstawy z betonem.
• Ostroga jest modelowana za pomocą elementów powłokowych i zakotwionych w połowie głębokości osadzenia w bloku betonowym, z wyłączeniem podlewki, co odpowiada założeniu równomiernego naprężenia dociskowego ostrogi na beton.

Jeśli chcesz dowiedzieć się więcej o najważniejszych zasadach i procedurach stosowanych w metodzie CBFEM, zdecydowanie zalecamy zapoznanie się z naszym ogólnym tłem teoretycznym. 

W naszym tle teoretycznym można również znaleźć informacje o tym, jak IDEA StatiCa traktuje połączenia stal-beton z punktu widzenia wymagań poszczególnych norm. 

AISC

• Sprawdzenie normowe kotew
• Sprawdzenie normowe bloku betonowego 

Eurocode

• Sprawdzenie normowe kotew
• Sprawdzenie normowe bloku betonowego

W przypadku innych norm krajowych sprawdź nasze Centrum wsparcia.

3 sposoby modelowania połączenia stal-beton

Dość teorii, czas na praktykę! Jeśli chodzi o możliwości projektowania, nie ma znaczenia, jaki rodzaj połączenia kotwiącego należy zamodelować i obliczyć. Elastyczność IDEA StatiCa umożliwia modelowanie podstaw słupów, balustrad, poręczy lub zakotwień prętowych bez żadnych ograniczeń topologicznych. 

Połączenie można zamodelować na trzy różne sposoby. 

Pierwsze podejście polega na modelowaniu połączenia przy użyciu naszego kreatora połączeń. Tutaj można skorzystać z czterech różnych topologii z możliwością wyboru połączenia momentowego lub ścinającego. 

Nie musisz obawiać się ograniczeń projektowych w kreatorze. Możliwość wyboru spośród szerokiej gamy materiałów i operacji wytwórczych pozwala rozwinąć skrzydła wyobraźni i sztuki projektowania. 

W niektórych przypadkach konieczne jest projektowanie połączenia od podstaw. Nawet w takim przypadku nie musisz obawiać się skomplikowanych procesów. Większość szczegółów zakotwień można zaprojektować w ciągu kilku minut. 

Zobacz, jak zaprojektować połączenie stal-beton w mniej niż 3 minuty. 

Ostatnią, ale nie mniej ważną opcją jest import modelu zakotwienia z oprogramowania CAD za pomocą naszych łączy BIM. W przypadku produktów Autodesk – Advance Steel i Revit – bloki betonowe są importowane wraz z modelem. W przypadku Tekla Structures należy zastosować obejście, aby pokonać to ograniczenie. 

Można również korzystać z łącza BIM z oprogramowania MES; w takim przypadku należy być przygotowanym na modelowanie bloku betonowego bezpośrednio w IDEA StatiCa. 

Sprawdzenie normowe połączeń stal-beton

IDEA StatiCa obejmuje wszystkie niezbędne sprawdzenia normowe płyt podstawy oraz większość sprawdzeń betonu i kotew. IDEA StatiCa nie obejmuje wszystkich sprawdzeń kotew montowanych po betonowaniu. Powodem są brakujące informacje, np. nośność na ścinanie kleju kotew klejonych lub siła rozłupująca łączników kontrolowanych momentem dokręcenia. W tym celu należy korzystać ze specjalistycznego oprogramowania. Tutaj sugestia jest prosta – jedynym programem wykorzystującym metodę CBFEM jest PROFIS firmy Hilti. Przeczytaj więcej o metodzie CBFEM stosowanej w PROFIS Engineering Suite. 

Kotwy z podkładką (wylewane na miejscu budowy): 

• Stal na rozciąganie
• Stal na ścinanie (z ramieniem dźwigni lub bez)
• Wyrwanie stożka betonowego na rozciąganie
• Wyrwanie
• Wybicie betonu na ścinanie
• Wybicie betonu
• Zniszczenie krawędzi betonu
• NIEMOŻLIWE – Rozłupanie betonu – patrz informacje producenta

Kotwy proste (montowane po betonowaniu):

• Stal na rozciąganie
• Stal na ścinanie (z ramieniem dźwigni lub bez)
• Wyrwanie stożka betonowego na rozciąganie
• Wybicie betonu na ścinanie
• Zniszczenie krawędzi betonu
• NIEMOŻLIWE – Wyrwanie – patrz informacje producenta
• NIEMOŻLIWE – Kombinowane wyrwanie i zniszczenie betonu – patrz informacje producenta 
• NIEMOŻLIWE – Rozłupanie betonu – patrz informacje producenta

W przeszłości bardzo często spotykaliśmy się z wymaganiem sprawdzeń częściowo podpartej płyty podstawy, z którym IDEA StatiCa nie była w stanie sobie poradzić. Począwszy od wersji 20, brakujące sprawdzenie jest dostępne.  

Bądź bezpieczny, oszczędzaj czas, optymalizuj!

Projektowanie połączeń stal-beton może być bardzo czasochłonną i wymagającą pracą, jednak odpowiedni zestaw narzędzi może znacznie zmniejszyć nakład pracy. Dlatego obliczanie połączeń stalowych stóp fundamentowych na bloku betonowym jest jedną z najczęściej używanych i pożądanych funkcji w IDEA StatiCa. Jeśli chcesz sprawdzić, jak IDEA StatiCa może pomóc Ci projektować zakotwienia szybciej i efektywniej, możesz wypróbować program przez 14 dni bezpłatnie. 

Zakotwienia są również jednym z tematów najczęściej poruszanych w naszych webinarach. Ich nagrania są dostępne w naszym Centrum wsparcia.