Vyřešte jakýkoliv betonový prefabrikát

No, to tedy je! 

Ptáte se jak to? 

Nejlépe s vhodnou sadou výkonných a zároveň snadno použitelných nástrojů, které vám umožní hladce procházet procesem navrhování, a které pokryjí celou konstrukci od střechy až po základy.

Jsem přesvědčen, že po přečtení tohoto článku dáte sbohem zdlouhavým ručním výpočtům a nekonečným excelovým tabulkám s tisíci řádky, které jen čekají na to, až nechtěně zadáte chybný vzorec. Také uvidíte, že je možné se vyhnout odhadům nebo používání zjednodušených aplikací, které nepokryjí vše, co je potřeba.

Naučíte se posuzovat složené dutinové desky, prefabrikované nosníky s otvory, římsy, sloupy a základy. To vše s automatickým zohledněním reologických účinků, jako je tečení a smršťování, pomocí aplikace časově závislé analýzy (TDA) s využitím softwaru a pokrytí všech oblastí nespojitosti pomocí světově uznávané metody Compatible Stress Fields (CSFM).

Vyřešte konstrukce od střechy po základy během chvilky!

Dodnes si pamatuji, jak jsem se snažil dokončit návrh prefabrikované konstrukce pro svou magisterskou práci. 

Byla to jednopodlažní tělocvična o celkové šířce 26,6 metru a délce 44,3 metru. Celková výška byla 8,0 metru. Nosný systém byl uvažován jako soustava příčných rámů tvořená předpjatým střešním nosníkem s otvory podepřenými sloupy se železobetonovými vzpěrami a soustavou výztuh v podélném směru. Jako střešní prvky jsem použil dutinové desky s vrchní litou vrstvou. To nezní složitě.

V čem tedy spočíval problém?

Proces byl velmi zdlouhavý, protože jediné, co jsem tehdy měl, byl globální analytický software a knihy. Začal jsem si připravovat tabulky v Excelu, aby všechny výpočty byly co nejefektivnější. Nicméně počet řádků v souboru mě dodnes trochu straší.

Dnes, díky tomu, že umím používat všechny aplikace IDEA StatiCa Concrete, bych pravděpodobně celou strukturální část diplomové práce dokončil za den či dva místo měsíců.

Dovolte mi, abych vám to ukázal.

Jednou ráno, přišel vítr, vzal si střechu...?

Naštěstí ne, a to také proto, že je navržena z dutinových panelů. S jejím návrhem se snadno vypořádáte pomocí IDEA StatiCa Beam! 

Jaké jsou problémy při navrhování kompozitních dutinových desek? Inženýři by si měli uvědomit zejména chování různých materiálů použitých pro jednotlivé vrstvy, smyk ve spojích, význam konstrukčních fází atd.

Vzhledem k tomu, že aplikace Beam má implementovaný TDA (Time Dependent Analysis), stačí definovat materiály, geometrii, okrajové podmínky, zatížení (nebo importovat vnitřní síly ze softwaru třetích stran) a etapy konstrukce a spustit komplexní analýzu zahrnující všechny kontroly mezního stavu únosnosti (MSÚ) a mezního stavu použitelnosti (MSP). 

Zkuste si to sami. Inspirujte se tímto ukázkovým projektem prefabrikované dutinové desky.

Střešní nosníky s dlouhým rozpětím

U takových prutů již železobeton nepřipadá v úvahu. Na scénu tedy přichází předpjatý beton. Všichni víme, co to znamená. Optimalizovat geometrii průřezu prutu, počet předpínacích kabelů, vyhodnotit počáteční napětí, ztráty atd. Spousta věcí, o které je třeba se postarat.

Aby se ušetřil materiál a konstrukce byla lehčí, je třeba přidat otvory. Sestavíte proto ekvivalentní model příhradového vazníku a použijte metodu vzpěra-táhlo (SaT), abyste tyto oblasti nespojitosti řádně posoudili, což již k tak časově náročnému procesu přidává ještě další hodiny.

Můžete však použít IDEA StatiCa Detail s jeho metodou CSFM, konstrukci optimalizovat a navíc výrazně ušetřit čas. Co vy na to?

Jako pomůcku při modelování si prohlédněte hotový model předem předpjatého nosníku s otvory.

"Vždycky tě podpořím," řekl sloup nosníku.

Správný návrh sloupu má zásadní význam pro celou konstrukci. Pro štíhlé sloupy to platí dvojnásob. Tyto prvky je třeba považovat za stabilitně citlivé. Zohlednění účinků druhého řádu je proto nutností.

Ušetřete si práci s počítáním čísel pomocí postupu z normy a použijte raději efektivnější přístup. Přečtěte si o bezproblémovém navrhování betonových štíhlých sloupů. Nebo si prohlédněte model kruhového sloupu s účinky druhého řádu provedený v IDEA StatiCa RCS.

Krátká konzola - malý pomocník

Pravděpodobně nejjednodušší část projektu. Krátké konzoly jsou obvykle namáhány tlakovou silou, vzniklou působením prutu, který je na ně položen. Je však nutné uvažovat doporučenou část vodorovného zatížení. Náhradní model příhradové konstrukce není v tomto případě tak složitý a výsledky získáme poměrně rychle.

Ale (vždycky existuje nějaké ale), co když vám řeknu, že vyhovující výsledky MSÚ neznamenají, že konstrukce nebude mít trhliny nebo se nebude nadměrně deformovat? Vysvětlíme si to na praktickém příkladu.

Máme konzolu s danou geometrií, vlastnostmi a výztuží namáhanou normálovou a smykovou silou jako na obrázku níže.

Při ruční kontrole tohoto příkladu použijete metodu vzpěra-táhlo, vyhodnotíte tlakové napětí v betonu a porovnáte je s hodnotou návrhové únosnosti. Poté vypočtete tahové napětí a podle toho navrhnete výztuž. Práce je hotová a můžete přejít k další části projektu.

Jenže - pro jistotu návrh překontrolujeme, tentokrát pomocí softwaru.

Stejnou konzolu jsem vymodeloval v programu IDEA StatiCa Detail. Zkontrolujme výsledky. Podle ručního výpočtu metodou vzpěra-táhlo jsou kontroly MSÚ v pořádku. A potvrdil jsem to i pomocí aplikace Detail.

Tentokrát jsme použili pokročilejší přístup a můžeme si prohlédnout i druhou část celkového posudku. Ta je poměrně překvapivá. Posudky MSP stejného prvku se stejnými vlastnostmi nejsou uspokojivé. 

A to je něco, co metodou vzpěra-táhlo nelze posoudit. Zanedbání kontrol MSP může mít přímý dopad na životnost konstrukce. Moje doporučení je vždy posuzovat konstrukci jak na mezní stav únosnosti, tak na mezní stav použitelnosti.

Obvykle se sloup a konzoly kontrolují odděleně. Díky CSFM však můžete zahrnout obojí do jednoho modelu. Podívejte se na model sloupu s krátkou konzolou.

Na čem to všechno stojí?

Posledním krokem je posouzení základů. Oblasti v blízkosti podpěr jsou také oblastmi nespojitosti. Můžete tedy opět spustit aplikaci Detail a provést kouzla. Kontrola různých typů spojení sloupů se základy není problém.

Včetně složitých spojů, jako jsou sloupy uložené v kalichu!

Jako třešničku na dortu můžete na základě svých výpočtů ručně nastavit tuhost podpěr a simulovat tak pružné chování podloží! Více informací o tom najdete v článku Typy podpor v aplikaci IDEA StatiCa Detail.

A to je vše. Nyní máte kuchařku a znáte pracovní postupy. Tak už na nic nečekejte a pusťte se do modelování na vlastní pěst! Abyste se vyhnuli nechtěným chybám, přečtěte si článek Často přehlížené aspekty návrhu železobetonových konstrukcí.

Závěr

Účelem tohoto článku není zavrhovat ruční výpočty nebo excelovské tabulky, které jste zvyklí používat ke kontrole betonových prefabrikátů. Jeho cílem také není tvrdit, že musíte okamžitě přejít na používání pouze produktů IDEA StatiCa. Pokud vám to vyhovuje, skvělé!

Chtěl jsem vám ukázat, že existuje i jiný způsob, který může být někdy rychlejší a přesnější. Nebo, že použití dříve uvedených přístupů někdy nemusí stačit a může vést k potenciálně nebezpečnému návrhu, který ovlivní např. životnost konstrukce.

Posledním doporučením, které v tomto textu uvedu, je, abyste vždy používali svůj inženýrský úsudek a nebáli se učit novým věcem.

Více informací o možnostech navrhování konkrétních konstrukcí naleznete v našem Centru podpory, kde se také můžete naučit používat aplikace v mnoha tutoriálech, vidět naše produktové inženýry v akci na některém z našich webinářů nebo si stáhnout vzorový příklad.

Pokud se softwarem začínáte nebo se jen chcete zdokonalit ve svých dovednostech, podívejte se na naše profesionálně certifikované Campus e-kurzy a vyberte si ten, který nejlépe vyhovuje vašim potřebám.