Neprůběžné sloupy

Změny v užívání mezi jednotlivými patry (například parkovací garáže pod lobby nebo třeba kanceláře pod byty) často vyžadují posun rastru sloupů, aby vyhovoval jak architektonickým, tak funkčním potřebám. Poznejte neprůběžný sloup, kterému se běžně v zahraniční literatuře říká „kráčející“ sloup. Jedná se o chytrou a praktickou alternativu k objemným nosníkům přenášejících zatížení vodorvně nebo vizuálně rušivým sloupům sledujících dráhu zatížení.

a) Nákres sloupů sledujících dráhu zatížení a b) Nákres kombinace nosníků a sloupů k přenosu zatížení

Neprůběžný sloup je konstrukční sloup, který je vodorovně odsazený mezi jednotlivými podlažími a tedy v tomto smyslu kráčí nějakým směrem, což umožňuje postupné posouvání umístění plánu sloupů bez náhlých přenosů zatížení. Na rozdíl od znázorněných šikmých sloupů se kráčející sloupy skládají z vertikálně naskládaných segmentů odsazených na každé úrovni podlahy. Díky tomu je snazší je sestavit a integrovat do konvenčních systémů bednění při zachování relativně přímé dráhy zatížení – což je klíčový princip efektivního konstrukčního návrhu.

a) Reálné využití neprůběžného sloupu a b) Mechanismus přenosu zatížení u neprůběžného sloupu (SheerForce Engineering, 2021).

Komplexní popis různých konstrukčních systémů, včetně jejich způsobu přenosu zatížení spolu s jejich výhodami a nevýhodami, lze nalézt například na stránce SheerForce Engineering.

Problémy vázané k neprůběžným sloupům

Neprůběžné sloupy, i když jsou výhodné v určitých konstrukčních uspořádáních, představují jedinečné konstrukční výzvy, které přesahují rámec konvenčních norem, jako je ACI 318 nebo Eurokód. Tyto prvky obvykle vykazují nízký poměr rozpětí k výšce – v rozmezí od 1:9 do 1:4 – čímž se zásadně liší od vysokých nosníků. Pro poměry menší než 1:4 jsou obecně upřednostňovány stěnové nosníky kvůli jejich zvýšené odolnosti proti převrácení, podepřené na dvou protilehlých plochách. Naproti tomu štíhlá geometrie neprůběžných sloupů může inhibovat tvorbu diagonálních kompresních polí podobných vzpěrám, která jsou charakteristická pro chování vysokých nosníků. 

V důsledku toho jejich návrh vyžaduje pečlivé zvážení působení vzpěry, složitou výztuž napojení a spoléhání se na přístupy založené na mechanice, jako je metoda vzpěra–táhlo. To, zda metoda vzpěra táhlo zůstane efektivní a také efektivní ve všech poměrech stran – zejména v úzkých případech – vyžaduje další vyhodnocení pomocí sofistikovaných nástrojů MKP, které zajistí jak bezpečnost konstrukce, tak optimalizaci materiálu. Použití takto vědecky orientovaného softwaru pro návrh betonových sloupů však může být velmi časově náročné kvůli potřebě iterace.

IDEA StatiCa Detail si klade za cíl najít řešení, které poskytne dostatečně realistickou analýzu na základě vstupních dat (nejen odhad) a zároveň se vyhne nutnosti trávit hodiny nebo dokonce dny modelováním. Pomocí aplikace Detail můžete provádět analýzu pomocí metody CSFM, stejně jako modelovat pomocí entit dostupných v aplikaci. To znamená, že nemusíte ručně definovat všechny interakce mezi výztuží a betonem, okrajové podmínky nebo síť. Software se o tyto aspekty stará automaticky.

Bezpečnost konstrukcí především,

V metodě vzpěra–táhlo předpokládáme, jak bude model vzpěra–táhlo vypadat, a podle toho pak navrhneme jeho jednotlivé komponenty. Výše uvedené poměry jsou také obvykle založeny na zkušenostech. Co když ale potřebujeme navrhnout trochu jiný typ konstrukce? Můžeme si být 100% jisti, že se konstrukce chová přesně tak, jak jsme předpokládali? Metody MKP mohou poskytnout tuto úroveň jistoty. 

Ohio State University nedávno zveřejnila srovnání použití modelu vzpěra–táhlo, CSFM (IDEA StatiCa) a MKP (ABAQUS), přičemž se analyzovalo několik modelů. Srovnávací analýza odhaluje jasné trendy. ABAQUS konzistentně předpovídá vyšší kapacity, což odráží jeho sílu při zachycování složitého chování materiálu a podmínek zatížení. Naproti tomu vzpěra–táhlo a CSFM (s ϕ faktory) poskytují konzervativnější odhady. Metoda CSFM se ukázala jako spolehlivý nástroj pro hodnocení neprůběžných sloupů, který nabízí cenné poznatky o mechanismech selhání a výkonnosti konstrukce. Celou studii si můžete přečíst zde.

Porovnání směru hlavních napětí vypočtených pomocí modelů IDEA StatiCa a ABAQUS

Od teorie k praxi

V praxi nejsou vždy k dispozici ideální případy, které odpovídají teoretickým modelům. Klíčovou výhodou aplikace IDEA StatiCa Detail (CSFM) je její schopnost modelovat a analyzovat jakoukoli geometrii bez ohledu na její složitost, což uživatelům nabízí vysoký stupeň flexibility. Výsledky zahrnují pole napětí a deformace, šířky trhlin, dráhy zatížení a poměry využití, které uživateli poskytují velmi jasnou představu o tom, co se děje v konstrukci a jak je zatížení aplikováno. Je možné konfigurovat hodnocení pro normy ACI i EN. Aplikace obsahuje materiálové knihovny a koeficienty pro obě normy. Z výsledků lze vygenerovat kompletní zprávu včetně exportu kusovníku a rozvržení výztuže. 

Pro lepší pochopení procesu modelování, výsledků a samotné aplikace se podívejte na návod krok za krokem nebo na webinář* věnovaný danému tématu.

*Rozhraní aplikace se sice od verze uvedené ve webináři mírně změnilo, ale metoda a principy modelování zůstávají stejné.

a) Vyztužený model neprůběžného sloupu v IDEA StatiCa, b) Výsledky – napěťová pole betonu a c) Výsledky – průhyb

CSFM není nový koncept – v praxi je to zavedená metoda již několik let. Byl ověřen jak v akademickém výzkumu, tak v reálných aplikacích. Pozoruhodným příkladem je společnost IMEG, průkopník v oblasti neprůběžných sloupů, která nedávno začala používat IDEA StatiCa Detail k ověřování modelů příhradových prvků kritických konstrukčních prvků. Jedním z projektů, kde byla IDEA použita k ověření kritických detailů, je Laurel Rittenhouse Square Project, který je zobrazen na obrázku uprostřed.

Příklad použití kráčejících sloupů - Vancouver House, The Laurel Rittenhouse Square, Seminole Hard Rock Hotel and Casino od IMEG

Závěr

Neprůběžné sloupy nabízejí inteligentní a praktické konstrukční řešení pro posun rastru sloupů ve složitých dispozicích budov, čímž se zabrání objemným přenosovým nosníkům nebo vizuálně rušivým sloupům sledujícíh tok zatížení. Jejich jedinečná geometrie však přináší konstrukční výzvy, které konvenční normy plně neřeší, a vyžaduje pokročilé analytické metody.

Kombinované použití metody vzpěra–táhlo a MKP, zejména prostřednictvím nástrojů, jako je IDEA StatiCa Detail, poskytuje inženýrům spolehlivé a efektivní prostředky pro modelování a vyhodnocování kráčejících sloupů. Díky podpoře norem ACI i EN, integrovaným knihovnám materiálů a plným funkcím pro reporting překlenuje IDEA StatiCa Detail mezeru mezi teoretickými koncepty a praktickou implementací.