Rozwiąż dowolny prefabrykowany element betonowy

Cóż, rzeczywiście tak jest! 

Jak to możliwe, pytacie? 

Dzięki odpowiedniemu zestawowi potężnych, a zarazem łatwych w użyciu narzędzi, które pozwalają sprawnie i efektywnie przeprowadzić proces projektowania, obejmując całą konstrukcję od dachu po fundamenty – oczywiście.

Jestem przekonany, że po przeczytaniu tego artykułu pożegnasz się z żmudnymi obliczeniami ręcznymi, niekończącymi się arkuszami Excel z tysiącami wierszy czekającymi tylko na niezamierzone wpisanie błędnej formuły, szacunkami mającymi zaoszczędzić cenny czas, a co nie mniej ważne – z uproszczonymi aplikacjami, które nie obejmują wszystkiego, co jest wymagane.

Dowiesz się, jak sprawdzać zespolone płyty kanałowe, prefabrykowane belki z otworami, wsporniki, słupy i fundamenty. Wszystko to z automatycznym uwzględnieniem efektów reologicznych, takich jak pełzanie i skurcz, poprzez zastosowanie Analizy Zależnej od Czasu (TDA) w oprogramowaniu oraz pokryciem wszystkich stref nieciągłości przy użyciu światowej klasy metody Compatible Stress Field Method (CSFM).

Zatem zapnij pasy i ciesz się ze mną tą edukacyjną podróżą!

Rozwiązuj konstrukcje od dachu po fundamenty w mgnieniu oka!

Wciąż pamiętam zmagania z ukończeniem projektu konstrukcji prefabrykowanej na potrzeby mojej pracy magisterskiej. 

Była to jednokondygnacyjna hala gimnastyczna o całkowitej szerokości 26,6 metra i długości 44,3 metra. Całkowita wysokość wynosiła 8,0 metra. Układ nośny stanowił system poprzecznych ram składających się z sprężonego dźwigara dachowego z otworami, opartego na słupach z żelbetowymi wsporniki, oraz układu stężeń w kierunku podłużnym. Jako elementy dachowe zastosowałem płyty kanałowe z warstwą wylaną na miejscu budowy na górze. Brzmi niezbyt skomplikowanie, prawda? 

Na czym więc polegały trudności?

Był to bardzo żmudny proces, ponieważ miałem wówczas do dyspozycji jedynie globalne oprogramowanie analityczne i książki. Zacząłem przygotowywać arkusze Excel, aby obliczenia były jak najbardziej efektywne. Niemniej jednak liczba wierszy w pliku do dziś trochę mnie prześladuje.

Dziś, dzięki temu, że biegle posługuję się wszystkimi aplikacjami IDEA StatiCa Concrete, prawdopodobnie ukończyłbym całą część konstrukcyjną pracy w ciągu jednego lub dwóch dni, zamiast miesięcy.

Pozwól, że ci to pokażę.

Dach, dach, dach jest ...?

Na szczęście nie w ogniu, ale łatwy do opanowania dzięki IDEA StatiCa Beam! 

Jakie są wyzwania przy projektowaniu zespolonych płyt kanałowych? Inżynierowie powinni być szczególnie świadomi zachowania różnych materiałów stosowanych w poszczególnych warstwach, ścinania w złączach, znaczenia etapów budowy itp.

Ponieważ Beam application ma zaimplementowaną TDA, wystarczy zdefiniować materiały, geometrię, warunki brzegowe, obciążenia (lub zaimportować siły wewnętrzne z oprogramowania zewnętrznego) oraz etapy budowy, a następnie uruchomić kompleksową analizę obejmującą wszystkie sprawdzenia stanu granicznego nośności (SGN) i stanu granicznego użytkowalności (SGU). 

Nie wahaj się wypróbować tego samodzielnie. Zainspiruj się tym przykładowym projektem płyty.

Dźwigary dachowe o dużej rozpiętości

W przypadku takich elementów żelbet nie wchodzi już w grę. Pozostaje zatem beton sprężony. A wszyscy wiemy, co to oznacza. Optymalizacja geometrii przekroju poprzecznego elementu, liczby cięgien, ocena naprężeń początkowych, strat itp. Wiele kwestii do uwzględnienia.

Następnie, aby zaoszczędzić materiał i odciążyć konstrukcję, należy dodać otwory. W związku z tym trzeba zbudować zastępczy model kratownicowy i zastosować metodę Strut and Tie (SaT), aby prawidłowo sprawdzić takie strefy nieciągłości. Co dodaje jeszcze więcej godzin do i tak już czasochłonnego procesu.

Możesz jednak skorzystać z IDEA StatiCa Detail z metodą CSFM, zoptymalizować konstrukcję i przy okazji znacznie zaoszczędzić czas. Jak to brzmi?

Aby ułatwić ci proces modelowania, sprawdź gotowy model sprężonej belki z otworami.

„Zawsze będę cię podpierać" – powiedział słup do dźwigara

Prawidłowe zaprojektowanie słupa jest kluczowe dla całej konstrukcji. Dotyczy to w szczególności słupów smukłych. Takie elementy należy traktować jako wrażliwe na utratę stateczności. Dlatego uwzględnienie efektów drugiego rzędu jest koniecznością.

Oszczędź sobie trudu żmudnych obliczeń według podejścia normowego i zastosuj zamiast tego bardziej efektywne podejście. Przeczytaj o bezproblemowym projektowaniu smukłych słupów betonowych. Lub sprawdź model słupa kołowego z efektami drugiego rzędu wykonany w IDEA StatiCa RCS.

Wspornik – mały pomocnik

Prawdopodobnie najprostsza część projektu. Wsporniki są zazwyczaj obciążone siłą ściskającą jako reakcja od elementu na nich opartego. Konieczne jest jednak uwzględnienie zalecanej części obciążenia poziomego. Zastępczy model kratownicowy nie jest w tym przypadku zbyt skomplikowany, a wyniki uzyskuje się dość szybko.

Ale (zawsze jest jakieś „ale") – co jeśli powiem ci, że spełnienie wymagań SGN nie oznacza, że konstrukcja nie będzie zarysowana ani nadmiernie odkształcona? Wyjaśnijmy to na praktycznym przykładzie.

Mamy wspornik o zadanej geometrii, właściwościach i zbrojeniu, obciążony siłą normalną i siłą ścinającą, jak na poniższym rysunku.

Sprawdzając ten przykład ręcznie, stosuje się metodę Strut and Tie, ocenia naprężenia ściskające w betonie i porównuje je z wartością obliczeniową nośności. Następnie oblicza się naprężenia rozciągające i projektuje odpowiednie zbrojenie. Zadanie wykonane i można przejść do kolejnej części projektu.

Jednak dla pewności sprawdźmy projekt jeszcze raz, tym razem przy użyciu oprogramowania.

Zamodelowałem ten sam wspornik w IDEA StatiCa Detail. Sprawdźmy wyniki. Zgodnie z obliczeniami ręcznymi metodą SaT, sprawdzenia SGN są w porządku. Potwierdziłem to za pomocą Detail application.

Tym razem jednak zastosowaliśmy bardziej zaawansowane podejście i możemy również zobaczyć drugą część ogólnego sprawdzenia. I jest dość zaskakująca. Sprawdzenia SGU tej samej konstrukcji o tych samych właściwościach nie są zadowalające. 

A tego nie można ocenić metodą SaT. Zaniedbanie sprawdzeń SGU może bezpośrednio wpłynąć na trwałość eksploatacyjną konstrukcji. Moją rekomendacją jest zawsze sprawdzanie konstrukcji zarówno pod kątem stanu granicznego nośności, jak i użytkowalności.

Zazwyczaj słup i wspornik są sprawdzane oddzielnie. Ale dzięki CSFM można uwzględnić oba w jednym modelu. Spójrz na model słupa ze wspornikiem.

To, co trzyma wszystko razem

Ostatnim krokiem jest sprawdzenie fundamentów. Obszary w pobliżu podpór są również strefami nieciągłości. Możesz więc ponownie uruchomić Detail application i wykonać inżynierską magię konstrukcyjną. Sprawdzanie różnych typów połączeń słup–fundament nie stanowi problemu.

W tym złożonych połączeń, takich jak słupy w gniazdach!

Na dokładkę możesz ręcznie ustawić sztywność podpór na podstawie własnych obliczeń, aby zasymulować zachowanie sprężystego podłoża gruntowego! Aby dowiedzieć się więcej na ten temat, zapoznaj się z artykułem Typy podpór w IDEA StatiCa Detail.

I to wszystko. Masz teraz przepis i znasz przepływy pracy. Nie czekaj więc dłużej i zacznij modelować samodzielnie! Aby uniknąć niepożądanych błędów, przeczytaj artykuł Często pomijane aspekty projektowania konstrukcji żelbetowych.

Podsumowanie

Celem tego artykułu nie jest krytykowanie ręcznych obliczeń przy użyciu uproszczonych narzędzi i podejść ani arkuszy Excel, do których jesteś przyzwyczajony przy sprawdzaniu prefabrykowanych konstrukcji betonowych. Nie chodzi też o to, żeby mówić ci, że musisz natychmiast przejść wyłącznie na produkty IDEA StatiCa. Jeśli to działa dla ciebie – świetnie!

Chciałem ci pokazać, że istnieje inny sposób, który czasami może być szybszy i dokładniejszy. Lub że stosowanie wcześniej wspomnianych podejść może czasami okazać się niewystarczające i prowadzić do potencjalnie niebezpiecznego projektu wpływającego np. na trwałość eksploatacyjną konstrukcji.

Ostatnia rekomendacja, jaką zamierzam przekazać w tym tekście, to zawsze używaj swojego inżynierskiego osądu i nie bój się uczyć nowych rzeczy.

Dowiedz się więcej o możliwościach projektowania betonowego w naszym Centrum Wsparcia, gdzie możesz również nauczyć się korzystać z aplikacji w licznych samouczkach, zobaczyć naszych Inżynierów Produktu w akcji w jednym z naszych webinarów lub pobrać przykładowy projekt.

Jeśli dopiero zaczynasz pracę z oprogramowaniem lub chcesz po prostu doskonalić swoje umiejętności, sprawdź nasze kursy do samodzielnej nauki z profesjonalnym certyfikatem Campus i wybierz ten, który najlepiej odpowiada twoim potrzebom.