Betonové stěny - výzva nebo rutina

Tento článek je dostupný také v dalších jazycích:
Betonové stěny a jejich role na jevišti inženýra. Stěny jsou základním stavebním prvkem téměř každé konstrukce. Závisí na nich ostatní nosné prvky, jako nosníky, desky atd. Při jejich porušení se na konstrukci mohou projevit nadměrné deformace nebo dokonce dojde k jejímu kolapsu. Pojďme si ukázat, jak přistupujeme k návrhu stěn v IDEA StatiCa.

Stěny lze rozdělit dle mnoha kritérií, jako například podle materiálu, účelu nebo přenosu zatížení. Dle materiálu mohou být stěny ocelové, dřevěné, kompozitní, ale my se v našem příspěvku budeme blíže věnovat stěnám betonovým a jejich využití a návrh v praxi. 

Betonové stěny se vyskytují na téměř každé mostní, pozemní či vodohospodářské konstrukci, kde se dostáváme k otázkám šířky trhlin, deformacím, ztrátě stability či reologickým účinkům, které je nutné podchytit pro zajištění dlouhodobé životnosti a splnění mezních stavů konstrukce. S těmito otázkami nám mohou pomoci betonové aplikace z rodiny IDEA StatiCa.

Stěny v RCS

Díky globálnímu MKP jsme schopni spočítat jakoukoliv konstrukci. Otázka posléze zní, jak interpretovat výsledky analýzy, když už pracujeme s prvky jako je stěna/deskostěna, a jak je posoudit. Většina inženýrů používá předpřipravený excel pro posudky, který si naprogramovali pro nejčastější typy konstrukcí. Ale co když se vyskytne projekt, kde už excel nebude stačit? V takovém případě musí inženýr sáhnout nebo dokoupit  software, ve kterém bude schopen zakázku v reálném čase dokončit. 

Jednou z cest, pokud máme provedenou globální analýzu konstrukce, je posoudit kritické řezy zkopírováním 2D vnitřních sil 1:1 do IDEA StatiCa RCS. Vnitřní síly se dle Baumanovy teorie automaticky přepočítají na dimenzační vnitřní s vlivem smykového toku, posléze vložíme výztuž, vybereme normu spolu s národní přílohou a můžeme řezy posoudit. 

V tomto případě bohužel není možné posoudit stabilitu stěny, tato analýza by měla být provedena v MKP softwaru předtím, než přejdeme k posudkům. Více o analýze, přístupu a metodě výpočtu stěn v teoretickém manuálu

Ve stejném duchu postupoval náš zákazník z Velké Británie, který na stěně tvaru kruhové výseče zintergroval vnitřní síly a vytvořil 1D vnitřní síly, které posléze použil v aplikaci RCS, v níž posoudil stěnu jako 1D prvek. Podrobný popis postupu výpočtu naleznete v případové studii Zakřivená betonová stěna, Velká Británie

Stěny pomocí BIM

V tuto chvíli si jistě mnozí z vás řeknou: "Proč se trápit s přenosem vnitřních sil z globálního MKP pomocí kopírování, když můžu použít elegantní řešení v podobě propojení přes BIM rozhraní." 

BIM je jedním z velkých témat posledních let a IDEA StatiCa jde v tomto ohledu příkladem. Proto je možné použít BIM link pro posouzení 2D prvků s globálními softwary jako je Midas Civil a Axis VM. Postup spočívá ve vytvoření globálního MKP modelu, vypočtení deskostěnových/stěnových vnitřních sil a posléze export modelu do rozhraní BIM. 

V BIM prostředí přecházíme do fáze výběru normy a samotnému posudku mezního stavu únosnosti a použitelnosti. Při úpravě modelu MKP v podobě zatížení nebo geometrie je velice snadné obnovit model v BIM, ve kterém se uchová nastavení řezů, výztužení i norma. Tím dochází k zefektivněné práce, úspoře času a rychlejší optimalizaci vyztužení.

Stěny v IDEA StatiCa Detail

Jak si poradit se stěnami, které nespadají do škatulky standardní, ale jsou to například stěny s velkými otvory nebo nestandardním tvarem? 

Na tuto otázku máme také odpověď, a to IDEA StatiCa Detail. Nová metoda CSFM (Compatible stress field method) nabízí zcela unikátní řešení na tzv. D-oblasti neboli oblasti diskontinuit. Do této oblasti spadají například ozuby, rámové rohy, ale i stěny s otvory. Fyzikálně nelineární analýza 2D stěnové napjatosti pod štítem CSFM skrývá silný nástroj v rukou statika pro vyřešení nespočetného množství úloh v běžné praxi. 

Pojďme se podívat na projekt od firmy ww.betkoprojekt.sk, kde je typický příklad použití metody CSFM v oblasti, v níž jiná metoda vykazovala výsledky, které byly nevyhovující. 

Součástí projektu bylo zajistit přenesení sil z ocelové konstrukce do betonové stěny. 

Problém nastal v místě kotvení spoje v horní levé části betonové stěny, kde docházelo k vytržení kotev ze stěny. Výpočet byl proveden v aplikaci IDEA StatiCa Connection, kde se používá nevyztužený a potrhaný beton. Síly z kotev po výpočtu v IDEA StatiCa Connection byly přeneseny do modelu  stěny v IDEA StatiCa Detail, kde již byla umístěna výztuž spolu s kotvami a veškerá síla byla přenesena přes betonářskou výztuž do celého modelu stěny. Díky vyztužení nedošlo k vytržení betonového kužele a byla posouzena oblast kotvení i celá betonová stěna spolu s vyztužením na mezní stav únosnost a mezní stav použitelnosti. 

Celý proces jsme pro vás zmapovali a připravili formou webináře Monolitická stěna – Ružomberok, jehož náhrávku si můžete pustit.

Shrnutí 

Betonové stěny jsou jedno velké komplexní téma a dokážou potrápit nejednoho zkušenějšího inženýra. Naším cílem bylo ukázat vám jednotlivé příklady aplikací, kde lze stěnu vyřešit komplexně, ať už je standardní nebo nestandardní z pohledu tvaru nebo nezapadá do typizovaných stěn v příslušných normách. Pokud vás řešení zaujalo a chtěli byste vyzkoušet řešení stěn v IDEA StatiCa, stáhněte si naš 14denní zkušební verzi zdarma.

 

Byl tento článek užitečný?