Az oslói Frederik Selmers vei 2 irodaház tartószerkezeti tervezése részletes statikai analízist igényelt. A cél a födémtárcsák valósághű viselkedésének leírása, a nemlineáris kapcsolatok pontos modellezése, a lépcsőzetes teherátadás figyelembevétele, valamint az előregyártott vasbeton elemek teljesítményének igazolása volt összetett teherátadási viszonyok mellett.
Az UPB rigai irodájának mérnökcsapata a FEM-Designszoftvert használta a feladathoz. A részletes globális stabilitási modell lehetővé tette a födémtárcsák nyírási teherátadásának, a húzott lehorgonyzásoknak és a falak közötti együttdolgozásnak a pontos vizsgálatát. Így a szerkezet biztonságos működése az építészeti kötöttségek, a gyártási korlátok és a homlokzati követelmények figyelembevételével is igazolható volt.
A projekt rövid áttekintése
A Frederik Selmers vei 2 egy kilencszintes irodaház, amely előregyártott vasbeton felszerkezettel és monolit vasbeton alszerkezettel készült.
1. ábra – Előregyártott vasbeton felszerkezet és monolit vasbeton alszerkezet. Kép: UPB.
Az oldalirányú stabilitást vasbeton merevítőfalak biztosítják. A falak közötti teherátadást a vízszintes és függőleges hézagokban kialakított húzott lehorgonyzások, tüskék és nyírókapcsolati részletek biztosítják.
Az épületben az üreges födémpallók az összekötő vasalással együtt merev födémtárcsaként működnek. Ezek a tárcsák adják át a vízszintes terheket a merevítőmag falaira. A számításban a következő nyírási teherbírási feltételezéseket vették figyelembe:
- 0.15 MPa az üreges födémpallók közötti hosszirányú hézagokban,
- 0.10 MPa az egyéb födémelemek közötti hézagokban.
Ahol ezek az értékek nem voltak elegendők, kiegészítő nyíróvasalást terveztek.
Az oszlopokat minden födémszinten csuklós kapcsolattal modellezték, a gerendák pedig jellemzően többtámaszú elemekként szerepeltek a modellben. A falakat vonalmenti megtámasztásokkal, az oszlopokat és gerendákat pontszerű támaszokkal vették figyelembe. Az alapozásnál alkalmazott nemlineáris támaszfeltételek biztosították, hogy a falak csak nyomást és nyírást adjanak át, míg a húzóerőket kizárólag a lehorgonyzások vegyék fel.
A statikai analízis 2024. április 29. és augusztus 13. között készült. A végleges műszaki tervek, beleértve a gyártmányterveket is, 2025 márciusában zárultak le.
A projekt megrendelője a HENT AS volt.
Előregyártott vasbeton szerkezetek modellezése FEM-Design-ban
A tartószerkezeti váz csuklós végű oszlopokból és gerendákból áll, amelyek között többtámaszú és egytámaszú elemek egyaránt megtalálhatók.
2. ábra – Oszlop- és födémtárcsa-modellezés.
Üreges födémpallók tárcsamerevsége
Az üreges födémpallókhoz egyedi merevségi mátrixot használtak. A modellben kizárólag a síkbeli, membrán jellegű merevség szerepelt; a síkra merőleges hajlítási és nyírási merevséget nem vették figyelembe.
3. ábra – Egyedi merevségi mátrix üreges födémpallókhoz. Kép: UPB.
Ez a modellezési megközelítés biztosította:
- az alátámasztó gerendák valósághű hajlítási és nyírási viselkedését,
- a terhek pontosabb eloszlását,
- a kézi számításokkal összhangban lévő eredményeket.
4. ábra – Gerendaelem nyíróerőábrája. Kép: UPB.
A függőleges terheket a modellben teherfelvevő felületekre vitték fel, amelyek közvetlenül a gerendákra és falakra adták tovább azokat.
5. ábra – Függőleges terhek. Kép: UPB.
Falkapcsolatok
Az előregyártott vasbeton falakat csuklós kapcsolatokkal modellezték. A vízszintes kapcsolatok nyomást és nyírást adnak át, míg a húzóerőket rácsrúdelemekkel modellezett lehorgonyzások veszik fel, amelyek csak húzás esetén aktiválódnak.
6. ábra – Vízszintes kapcsolatok. Kép: UPB.
7. ábra – A húzóerőket rácsrúdelemekkel modellezett lehorgonyzások veszik fel. Kép: UPB.
A függőleges falhézagok többsége szabad kapcsolatként szerepelt a modellben, néhány helyen azonban a globális stabilitási koncepció miatt merevített kapcsolatra volt szükség.
8. ábra – Függőleges kapcsolatok. Kép: UPB.
Mérnöki kihívások
- Nemlineáris alapozási kapcsolatok: a falak közvetlenül nyomást és nyírást adnak át, a húzóerőket azonban kizárólag a lehorgonyzások veszik fel.
- Födémtárcsák nyírási teherátadása Sa hézagok nyírási teherbírását folyamatosan ellenőrizni kellett, és ahol a határértékek nem teljesültek, kiegészítő vasalást terveztek.
- Húzott lehorgonyzások viselkedése: a merevítőmag sarkainál előírt merevségi korlátozások nagyobb elmozdulásokat és jelentősen magasabb húzóerőket eredményeztek a lehorgonyzásokban.
9. ábra – Húzóerők a lehorgonyzásokban. Kép: UPB.
- Üreges födémpallók fesztávkorlátai: az irodaszinteken akár 12 méteres fesztávok is előfordultak, ezért gondosan ellenőrizni kellett a kezdeti felhajlást és a feszítőpászmák kialakítását.
- Homlokzati elmozdulási követelmények: a tetőszinten elhelyezett üreges födémpallók egy kétszintes keretszerkezetet támasztanak alá, ezért a függőleges lehajlások szigorú ellenőrzésére volt szükség.
A feszített üreges födémpallók gyártási korlátainak és a homlokzati elmozdulási követelményeknek az ellenőrzéséhez a mérnökcsapat a PRE-Stress szoftvert használta.
Miért használta a mérnökcsapat a FEM-Design szoftvert?
A FEM-Design az UPB rigai irodájában a végeselemes analízis egyik alapvető eszköze, amelyet a mérnökök rendszeresen használnak projektjeikben. Az előregyártott vasbeton szerkezetek modellezésénél különösen fontosak voltak az alábbi funkciók:
- nemlineáris kapcsolatok részletes modellezése,
- üreges födémpallók valósághű membrán jellegű tárcsaviselkedésének figyelembevétele,
- az előregyártott elemek közötti lépcsőzetes teherátadás modellezése,
- a lehorgonyzásokban ébredő húzóerők áttekinthető megjelenítése,
- a végeselemes háló és a merevségi adatok testreszabható beállítása, beleértve a 0,6 méteres átlagos hálóelem-méretet.
10. ábra – A végeselemes modell 0,6 méteres átlagos hálóelemmérettel készült. Kép: UPB.
A FEM-Design intuitív felülete és rugalmas modellezési környezete lehetővé tette, hogy a csapat egy hónapon belül elkészítse a globális stabilitási modellt, a konzulens által kért módosításokkal együtt.
„A FEM-Design különösen egyszerűen használható, mégis hatékony végeselemes szoftver. Intuitív munkafolyamatot, gyors mindennapi számításokat és kiváló eredménymegjelenítést biztosít” – mondja Andrejs Podkoritovs, az UPB tartószerkezeti tervezője.
A FEM-Design hatása a munkafolyamatra
– Pontosság és kontroll
A csuklós kapcsolatok, a húzott lehorgonyzások és a födémtárcsa-merevség modellezése valósághű képet adott a szerkezet viselkedéséről.
– Gyors iteráció
A globális modell rövid idő alatt elkészült, a módosítások pedig gyorsan átvezethetők voltak. Ez megkönnyítette az egyeztetést a konzulensekkel és az alvállalkozókkal.
– Átlátható teherátadás
A nyomási, nyírási és húzási viselkedés szemléletes megjelenítése, beleértve a lehorgonyzások aktiválódását is, hozzájárult a tervezés megbízhatóságához.
– Illeszkedés az előregyártási munkafolyamathoz
A PRE-Stress és a FEM-Design együttes használata az előregyártott elemek gyárthatósági szempontjainak ellenőrzését is támogatta.
Ügyfélbemutató
Az UPB vezető lett ipari vállalatcsoport, több mint 30 év tapasztalattal a helyi és nemzetközi piacokon. Több mint 20 vállalatot fog össze, és integrált megoldásokat kínál a mérnöki tervezés, kivitelezés, műszaki szolgáltatások, energetika, gépgyártás, valamint acél-, beton- és üvegszerkezetek gyártása területén.
Andrejs Podkoritovs több mint 10 éves tapasztalattal rendelkező tartószerkezeti tervező. Szakterülete a kereskedelmi, lakóépület, középület és infrastrukturális projektek statikai számítása.
FEM-Design előregyártott vasbeton szerkezetek modellezéséhez
Ez a projekt jól szemlélteti, hogyan támogatja a FEM-Design az előregyártott vasbeton szerkezetek pontos és valósághű analízisét. A szoftver a födémtárcsák viselkedésének, a falak együttdolgozásának, a húzott lehorgonyzások aktiválódásának és a nagy fesztávú üreges födémpallók teljesítményének vizsgálatában is fontos szerepet kapott.
