Oktatási központ Tallinnban
A projektről
A tallinn-i oktatási központ egy négyszintes szerkezet, amelynek célja, hogy egy elavult létesítményt egy modern, többfunkciós épülettel váltson fel. A 13 566 m² bruttó alapterületű épület 18 méter magas, és elsődleges anyagként beton, acél és falazat kombinációját alkalmazza. A függőleges teherhordó rendszer döntően betonoszlopokból és falazott falakból áll, amelyek nemcsak a szükséges alátámasztást biztosítják, hanem hozzájárulnak az épület globális merevségéhez is. A vízszintes teherhordó elemek elsősorban előregyártott gerendákon fekvő üreges előregyártott födémlapokból állnak, egyes szakaszokon pedig helyszínen öntött lapos lemezeket alkalmaznak a kiegészítő szerkezeti alátámasztás érdekében.
A negyedik emelet és a tetőszerkezet az acél építés felé való elmozdulást mutatja, acéloszlopokat és acélgerendákat alkalmazva a nagyobb rugalmasság és a csökkentett tömeg érdekében. Az épületet 831 cölöp támasztja alá, összesen 21 000 méter hosszban, ami szilárd alapozást biztosít a nehéz talajviszonyok ellenére is. A szerkezetben felhasznált teljes betonmennyiség, a cölöpöket nem számítva, 3 560 m³, az acél szerkezeti elemek tömege pedig körülbelül 430 000 kg.
\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Architectural visualization of the Educational center}}}\]
Mérnöki kihívások
A projekt egyik fő kihívása egy 80,70 méter hosszú kastélozott gerenda tervezése volt. Ennek a gerendának a harmadik emeleten kellett nagy fesztávolságokat áthidalni, biztosítva egy nyitott, oszlopmentes teret az építészeti elképzeléseknek megfelelően. A nagy nyitott terek szerkezeti integritásának fenntartásán túl a gerendának egy szellőzőcsatorna-rendszer átvezetését is lehetővé kellett tennie a szerkezetén keresztül.
\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Section view on the castellated beam in IFC reader software}}}\]
A mérnöki összetettséget tovább fokozta az a szükséglet, hogy a teljes felső emeleten hat fesztávolságot kellett megtámasztani, amelyek közül a leghosszabb 27,49 métert ért el. Emellett a gerenda utolsó fesztávolságát konzolosra tervezték, amely nemcsak kifelé nyúlt, hanem az alatta lévő födémlemez egy részét is megtámasztotta, jelentős terhelést adva hozzá, és aprólékos szerkezeti elemzést és tervezést igényelve.
Az összes bemeneti adat értékelése után Martin Truuts és Karl Kimmel projektmérnökök arrajutottak, hogy a kastélozott gerenda lenne az optimális megoldás. A kastélozott gerenda kialakítása természetes módon biztosít nyílásokat a csatornarendszer átvezetéséhez, míg nagy hatékony magassága jelentős teherbírást tesz lehetővé viszonylag minimális anyagfelhasználás mellett.
A kastélozott gerenda választása egyértelműen a legjobb megoldás volt, ugyanakkor további kihívásokat is hozott, különösen a szerkezet stabilitásának biztosítása tekintetében a kifordulás és a kihajlás egyéb formáival szemben. Folytonos gerendaként elengedhetetlen volt az alsó öv stabilizálása a megtámasztott területeken. Általában átlós merevítőket alkalmaznak e probléma megoldására, de ez a megoldás nem volt kivitelezhető a szellőzőcsövek elhelyezése és a gerenda melletti tér építészeti követelményei miatt. Ennek eredményeként a kastélozott gerendára merőleges „másodlagos gerendákat" alkalmaztak a szükséges stabilizálás biztosítására.
Megoldások és eredmények
Jogi nyilatkozat:
Amint azt korábban említettük, a stabilitási problémákat a „másodlagos gerendák" kastélozott gerenda oldalaihoz való csatlakoztatásával oldották meg. A tervezés kihasználta a másodlagos gerendák hajlítási merevségét, ezt a merevséget egy robusztus kapcsolattervezésen keresztül kiterjesztve a kastélozott gerenda alsó övére. Ez a megközelítés hatékonyan stabilizálta az alsó övet. Lényegében a másodlagos és a kastélozott gerendák közötti kapcsolat annyira robusztus és merev volt, hogy a szomszédos fesztávolságokban lévő másodlagos gerendák folytonos gerendaként működtek, ezáltal befolyásolva a terhek és belső erők eloszlását, ami ebben az esetben azt is jelentette, hogy több terhet vittek át a kastélozott gerendákra.
A stabilitási problémák kezelése és a kapcsolati merevség tervezésbe való beépítése érdekében a mérnökök az IDEA StatiCa alkalmazáscsomag eszközeit – a Checkbotot, a Membert és a Connectiont – integrálták a munkafolyamatukba. Karl Kimmel és Martin Truuts mérnökök strukturált megközelítést követtek:
Globális modell létrehozása: A folyamat egy globális modell létrehozásával kezdődött a Robot Structural Analysis (RSA) szoftverben, ahol a terheket és teherkombinációkat bevezették.
BIM-kapcsolat integrálása: Karl ezután a BIM-kapcsolatot használta a teljes szerkezet importálásához, beleértve az összes teherkombináció belső erőit, az IDEA StatiCa Checkbot-ba.
\[ \textsf{\textit{\footnotesize{The model imported into Checkbot with internal forces}}}\]
Kapcsolattervezés és merevségszámítás: Az IDEA StatiCa Connection-ben az egyes csomópontokat megtervezték, és kiszámították ezeknek a kapcsolatoknak a merevségét. Ezt a merevséget ezután visszavezették az RSA modellbe, befolyásolva a kastélozott gerenda hajlítási nyomatékdiagramját és a kapcsolódó oszlopok viselkedését.
\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Connection designs used in the model in Member application}}}\]
Szerkezeti elem modellezése: A modellt ezután az IDEA StatiCa Memberben nulláról újra létrehozták. Az összes gerendát „elemzett szerkezeti elemként" modellezték, héjelemeket alkalmazva a részletes megjelenítéshez. A kapcsolatokat modellezték és hozzárendelték a megfelelő csomópontokhoz, a kritikus terheket pedig alkalmazták a modellre a végső elemzéshez.
\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Various views on the model in Member application}}}\]
Szerkezeti elemek elemzése: Az IDEA StatiCa Member-ben a kihajlási alakok és a megfelelő kritikus kihajlási tényezők azonosítása Lineáris kihajlási elemzéssel történt. A kritikus kihajlási alakokhoz ezután kezdeti imperfekciókat rendeltek, és tovább elemezték őket Geometriailag és Anyagilag Nemlineáris Imperfekcióval végzett Elemzéssel (GMNIA). Ez a folyamat segített azonosítani a tervezés gyenge pontjait, lehetővé téve a szükséges módosításokat. Ezek a lépések iteratívak voltak, minden ciklussal finomítva a tervezést a stabilitás és a teljesítmény javítása érdekében.
Karl és Martin körülbelül hat kihajlási alakot elemzett, elsősorban a globális kihajlási módokra összpontosítva, mivel kevés helyi kihajlási alak volt jelen. A tervezésben a potenciális helyi kihajlási problémákat merevítők beépítésével küszöbölték ki.
\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Deflections on members from GMNIA analysis}}}\]
Eredmények: Miután a tervezést kielégítő szintre finomították, a GMNIA elemzés megerősítette, hogy a végleges tervezés alakváltozásai, feszültségei és plasztikus alakváltozásai elfogadhatók.
\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Visualization of the deformation under load}}}\]
Ellenőrzés és verifikáció: A pontosság biztosítása érdekében a belső erőket összehasonlították az RSA és az IDEA StatiCa Member között, kettős ellenőrzést biztosítva az eredményeknek.
A mérnökök kihasználták az IDEA StatiCa Member alkalmazás képességeit, a Lineáris kihajlási elemzéssel (LBA) kezdve, majd a Geometriailag és Anyagilag Nemlineáris Imperfekcióval végzett Elemzésig (GMNIA) haladva, amely a statikus terhelés legfejlettebb elemzési típusa. A GMNIA-ban az összes lehetséges imperfekció – mint például a változó lemezvastagság, az egyenességtől való eltérés, a maradó feszültségek, az anyag inhomogenitásai és a megtámasztás eltérése – egyenértékű geometriai imperfekcióként jelenik meg. Ezeket az imperfekciókat az LBA által számított kihajlási alakok segítségével állítják be, ahol a felhasználó kiválasztja a kihajlási alak maximális amplitúdóját az imperfekció számára.
Emellett Karl Kimmel mérnök az IDEA StatiCa Member alkalmazást használta a gerendák Tűzterhelési elemzéséhez, teljes mértékben kihasználva az eszköz képességeit annak biztosítására, hogy a szerkezet megfeleljen az összes tűzbiztonsági követelménynek. Ez az átfogó elemzés segített megerősíteni a gerendák tűz alatti teljesítményét, tovább erősítve az általános tervezést.
Összefoglalás
A tallinn-i új oktatási központ projekt bizonyítéka a fejlett szerkezeti mérnöki munka és az innovatív tervezés erejének. Az IDEA StatiCa képességeit kihasználva az EstKonsult mérnöki csapata képes volt leküzdeni a jelentős kihívásokat, és egy robusztus, rugalmas és modern létesítményt megvalósítani, amely megfelel a közösség igényeinek. Ez a projekt szemlélteti a csúcstechnológiás eszközök és technikák innovatív mérnöki gondolkodással való kombinálásának fontosságát a szerkezeti mérnöki munkában, az ambiciózus építészeti elképzelések megvalósítása és az összetett szerkezetek biztonságának és funkcionalitásának biztosítása érdekében.
Próbálja ki az IDEA StatiCa-t ingyen
EGYÉB ESETTANULMÁNYOK
