Prosté kotvení s patní deskou

V návaznosti na můj první článek o jednoduchých montážních spojích s příložkami se v tomto příspěvku budeme zabývat prostým kotvením přes patní desku. Tento typ styčníku byl vůbec první, který jsem ve své profesní kariéře navrhl a v té době byl opravdu jednoduchý. A pokud by vás to zajímalo, tak spoj s příložkami byl hned další v pořadí!

V průběhu let se toho hodně změnilo - v neposlední řadě i normy. Návrh budov se stal mnohem komplexnějším - co do vzhledu, tak do počtu jednotlivých profesí potřebných pro úspěšný návrh. S tím, jak se vyvíjí požadavky na konstrukční systém, musí stavební inženýři trávit více času nad složitými přípoji, které z návrhu vycházejí. IDEA StatiCa usnadňuje výpočet složitých přípojů díky jednoduchému uživatelskému prostředí, ve kterém statici snadno styčník namodelují a dosáhnou efektivních a přesných posudků dle příslušné normy.

Kotvení pomocí prosté patní desky je možná jedním z posledních styčníků posuzovaných v projektu, ale ve skutečnosti je to první část ocelové konstrukce, která je realizována. U některých návrhů je nutno přihlédnout k architektonickému hledisku, ale většinou jsou desky navrhovány s ohledem pouze na funkčnost a jejich vizuální stránka je až na druhém místě. IDEA StatiCa disponuje sadou nástrojů pro modelování, analýzy a posudky prakticky jakékoliv typologie styčníku.

Rychlým vyhledáním v našem Centru podpory objevíte celou řadu projektů, s jejichž pomocí se mohou blíže seznámit s fungováním softwaru IDEA StatiCa:

Veškeré zobrazené případy kotvení mají dostupný soubor s uloženým projektem a můžete si je prohlédnout online v aplikaci Viewer - tak neváhejte a vyzkoušejte sami. Projekty naleznete v našem Centru podpory.

Nejenže s naším softwarem jste schopni navrhnout relativně jednoduché patní desky, ale IDEA StatiCa byla také využita některými předními světovými inženýry a konstruktéry pro návrh a posouzení velmi složitých kotvení:

The Marshall Building, Londýn, Velká Británie

10 Fenchurch Avenue, Londýn, Velká Británie

V obou případech umožnil program IDEA StatiCa inženýrům elegantně a bezpečně navrhnout složitá kotvení.

Co všechno obsahuje kotvení pomocí patní desky?

Samozřejmě samotnou patní desku. Ale jaké tloušťky? A z jakého materiálu?

Dále, jeden nebo více prvků, které je nutno připojit.

Jaké síly jsou v posudku zohledněny a kde působí?

V neposlední řadě je nutno zohlednit také kotevní systém a základové konstrukce. Jakou zvolit hloubku základů? Jakou pevnostní třídu betonu? Jaký typ a průměr kotevních prvků?

S programem IDEA StatiCa můžete zvolit několik způsobů modelování:

• Vytvořit kotvení krok za krokem v aplikaci IDEA StatiCa
• Použít BIM link z výpočtového softwaru
• Použít BIM link z modelovacího softwaru (s výsledky nebo bez výsledků)
• Využít novou funkcionalitu Checkbot a zkombinovat geometrický model s výsledky analýzy z výpočtového softwaru

Není pochyb o tom, že IDEA StatiCa nabízí přístup vyhovující každému s ohledem na nároky při celkovém návrhu.

Návrh kotvení krok za krokem

Tímto způsobem můžete vytvořit kotvení úplně od začátku. Uživatel přidá prvky, upraví jejich geometrii a aplikuje zatížení dle jednotlivých kombinací zatěžovacích stavů. Dalšími operacemi definuje patní desku (a betonový základ) a mnoho dalších speciálních prvků, jako například styčníkové plechy atd. Jedná se o časově nejnáročnější (ale často uspokojivý) způsob modelování. Tento způsob s sebou nese také větší riziko chybovosti při definování vstupu z jednoho (nebo více) zdrojů do programu IDEA StatiCa.

BIM link z výpočtového softwaru

Využití BIM linku z výpočtového softwaru třetí strany umožňuje import prutů a účinků zatížení do programu IDEA StatiCa prostřednictvím nové aplikace Checkbot (nebo starší aplikace Code-check manager). Tento způsob stále vyžaduje ruční namodelování dalších prvků v programu IDEA StatiCa, ale nese s sebou menší riziko.

BIM link z modelovacího softwaru

Pokud uživatel preferuje řešení konstrukce namodelováním v softwarech jako např. Revit, Advance Steel nebo Tekla Structures, potom jsou připojované prvky replikovány v programu IDEA StatiCa prostřednictvím nové aplikace Checkbot (nebo starší aplikace Code-check manager). Z tohoto způsobu modelování vyplývá, že účinky zatížení jsou do aplikace zadávány ručně, případně automaticky, pokud to modelovací software umožňuje a má přístup k výsledkům analýzy.

Co se stane, pokud chcete využít výše popsaný způsob a máte potřebné programy, které ovšem nekomunikují mezi sebou, ale komunikují s programem IDEA StatiCa? V tom případě do hry vstupuje nová funkcionalita aplikace Checkbot, která umožňuje kombinovat geometrický model a výpočtový model importem účinků zatížení ze dvou různých projektů v aplikaci Checkbot.

Čemu při návrhu věnovat pozornost?

Patní deska musí mít dostatečné rozměry a být dostatečně tuhá a s požadovanou pevností, aby byl zajištěn správný přenos tlakové síly ze sloupu přes podlití či podložky do základové konstrukce bez překročení lokální únosnosti.

Nejčastěji je navrhována čtvercová nebo obdélníková patní deska. Ty lze vyrobit snadno s minimem odpadního materiálu v porovnání například s kruhovou patní deskou, kterou je nutno z čtverce vyříznout. Na druhou stranu, jaký tvar patní desky bude vizuálně vhodnější u kruhového sloupu?

Kotevní systém musí bezpečně přenést síly do základových konstrukcí. Pokud běžné kotvení se šrouby není dostatečné, je možné využít smykovou zarážku. Jak zarážka spolupůsobí s kotevními šrouby a možným vyztužením základu? Právě zde vyniká BIM - dokáže propojit a koordinovat několik oborů dohromady.

Pokud si nastudujete pravidla z praxe, hovoří se v nich o přídavku 100 mm (4") nad rámec sloupu. Navrhují také zaokrouhlování rozměrů na 50 mm (2"). To nezní příliš efektivně - musí existovat lepší řešení! A taky že je: IDEA StatiCa Connection.

Jednoduchý přístup k návrhu se skládá z:

• Posudku požadované plochy
• Posudku efektivní plochy
• Posudku tloušťky desky
• Posudku svarů

To platí pro sloupy u jednoduchých konstrukcí, které přenáší pouze osový tlak a smyk. Pokud je sloup v patě opatřen výztužnými prvky nebo přebírá momentová zatížení, posudky se stávají složitějšími a zaberou více času. Toto je typický příklad pravidla 80/20, kdy 80 % přípojů zabere 20 % času a 20 % přípojů zabere 80 % času.

Pokud při návrhu zohledníte nejen efektivitu, ale i pohledovou stránku, prosté kotvení s patní deskou již není tak prosté. Skvělým případem je využití programu IDEA StatiCa inženýry ze společnosti Wade Design Engineers pro posouzení složitých přípojů s vysokými architektonickými požadavky, které slouží k ukotvení membránové konstrukce v Dubaji.

Od nákresu k namodelování a následnému návrhu a posouzení:

Ideální je využít pracovního postupu, který využívá BIM propojení s programem Tekla Structures. Právě tyto pracovní postupy pomáhají inženýrům v jejich každodenních činnostech a povinnostech. Možnost vzít modely v několika formátech a spojit je do jednoho v programu IDEA StatiCa zkracuje čas a snižuje riziko. Inženýři se tak mohou soustředit na to, co potřebují, a také mají více času na prověření různých variant přípojů se zohledněním nákladů na výrobu a provedení. 

Více o projektu Marshall Building si můžete přečíst zde. Případovou studii projektu membránové konstrukce v Dubaji naleznete zde.

Zkušební verzi programu IDEA StatiCa můžete stáhnout zde a do začátku využít tyto Návody. Pokud je vaše touha po poznání hlubší, zde je odkaz na Teoretické základy. 

Příjemnou zábavu!