Construcție modernă vs. goluri în grinzi

Aceste conducte și țevi sunt de obicei plasate sub intradosul grinzii și, din motive estetice, sunt acoperite de un tavan suspendat, creând astfel un spațiu mort. La fiecare etaj, înălțimea acestui spațiu mort se adaugă la înălțimea totală a clădirii, în funcție de numărul și dimensiunea conductelor. 

Prin urmare, golurile din inimă permit proiectantului să reducă înălțimea structurii, în special în cazul clădirilor înalte. Cu alte cuvinte, aceasta conduce la un proiect eficient din punct de vedere economic.

Concentrarea tensiunilor

Concentrarea tensiunilor se observă în vecinătatea neregularităților geometrice, cum ar fi o schimbare bruscă a secțiunii sau golurile. Acestea sunt denumite în general crestături. Crestăturile creează o creștere locală a tensiunii nominale. Rezultatul este un flux neuniform de tensiuni de-a lungul secțiunii transversale. Raportul dintre tensiunea maximă și tensiunea nominală se numește factorul de concentrare a tensiunilor. Factorul depinde de poziția încărcării și de geometria crestăturii. Valorile erau determinate în mod tradițional prin experimente. În prezent, se utilizează analiza cu elemente finite pentru determinarea factorului de concentrare a tensiunilor.

Goluri mici vs. goluri mari în grinzi

Goluri mici

Golurile sunt clasificate ca mici sau mari și poziția optimă a golului se stabilește în funcție de dimensiunea acestuia. Golurile din inimă pot avea diverse forme: circulare, dreptunghiulare, rombice, triunghiulare, trapezoidale și chiar forme neregulate. Totuși, golurile circulare și dreptunghiulare sunt cele mai frecvente. 

Golurile pot fi considerate mari atunci când diametrul lor depășește 0,25 ori înălțimea inimii. Când golul este suficient de mic pentru a menține comportamentul de tip grindă (cu alte cuvinte, dacă se aplică teoria obișnuită a grinzilor), atunci golul poate fi denumit mic. 

Dacă mecanismul de preluare a încărcărilor pentru încovoierea pură a grinzii nu este modificat de prezența golului, capacitatea la încovoiere la starea limită ultimă nu este influențată.

Tensiunea principală în beton și tensiunea în armături pentru un gol în mijlocul deschiderii

Pe baza teoriei elasticității, tensiunea de forfecare maximă este atinsă în zona centrală a secțiunii transversale. Datorită soluției neliniare, în cadrul metodei CSFM (Metoda Câmpului de Tensiuni Compatibil) se poate observa redistribuirea tensiunilor către zona în care există suficientă energie pentru transferul încărcărilor. Aceasta înseamnă că golurile din vecinătatea reazimelor afectează capacitatea portantă mai mult decât golurile din mijlocul deschiderii, unde acționează momentul încovoietor maxim.

Tensiunea principală în beton și tensiunea în armături pentru trei goluri în secțiunile critice la încovoiere și forfecare

Goluri mari

Prezența golurilor mari în grinzile din beton armat necesită o atenție deosebită în faza de analiză și proiectare, din cauza reducerii atât a rezistenței, cât și a rigidității grinzii și a fisurării excesive la nivelul golului datorată concentrării ridicate a tensiunilor. În practică, golurile sunt amplasate în apropierea reazimelor, unde forfecarea este predominantă. 

Experimentele au arătat că o grindă cu armătură insuficientă și detaliere necorespunzătoare în zona golului cedează prematur într-un mod fragil. Mecanismul de cedare constă în mod evident din patru articulații plastice, câte una la fiecare capăt al tălpilor superioare și inferioare. 

Observațiile experimentale privind modul final de cedare au condus la dezvoltarea unei metode de analiză pentru predicția rezistenței ultime a unei grinzi cu un gol dreptunghiular mare. Aceasta se bazează pe analiza la sarcina de colaps, în care cerințele fundamentale de echilibru, curgere și mecanism sunt satisfăcute simultan.

Articulații plastice și fisuri în vecinătatea articulațiilor plastice

Similar cu o grindă cu goluri mici, introducerea unui gol mare în zona de încovoiere pură a unei grinzi nu va afecta capacitatea sa la moment, cu condiția ca înălțimea blocului de tensiuni de compresiune ultimă să fie mai mică sau egală cu înălțimea tălpii comprimate și ca cedarea prin instabilitate a tălpii comprimate să fie prevenită prin limitarea lungimii golului, care trebuie analizată cu atenție.

Analiza de flambaj, primul mod de deformare și factorul critic

Rezumat

Golurile în grinzi, pereți și plăci reprezintă o problemă curentă pentru inginerii structuriști. Lumea modernă dorește structuri transparente, înalte și zvelte, care aduc beneficii atât din punct de vedere economic, cât și din perspectivă ecologică. O înțelegere clară a mecanismului de cedare și prevenirea acestuia reprezintă esența proiectării structurilor înalte, transparente și elegante. Pe lângă aceasta, se economisește și înălțimea structurală necesară pentru conducte, țevi sau alte instalații. 

Metoda de calcul CSFM utilizată pentru analiza acestor tipuri de structuri a fost testată și verificată în mod riguros. Aflați mai multe despre verificările elementelor structurale sau aprofundați cunoștințele accesând Baza teoretică pentru verificarea conform Eurocode

CSFM este o metodă transparentă care oferă inginerului structurist controlul asupra comportamentului structurii. Pentru a afla mai multe despre metodă și aplicarea sa, consultați webinarul nostru despre Proiectarea betonului armat prin CSFM.

Încercați GRATUIT

Nu ezitați să validați CSFM și utilizarea sa pentru calculul fisurilor în structurile din beton prin propriile mijloace. Testați cea mai recentă versiune a IDEA StatiCa Concrete timp de 14 zile, complet GRATUIT. Și, bineînțeles, așteptăm cu interes feedback-ul dumneavoastră! Suntem întotdeauna dornici să aflăm despre experiența dumneavoastră. 

Sperăm că ați savurat lectura acestui articol.