A dániai Aarhusban található ARoS Művészeti Múzeum „Dome” installációja összetett mérnöki megoldásokat igényelt. Mads Suikkanen, a COWI tartószerkezeti tervezője a kupola vasbeton szerkezetének statikai számításaiért felelt. A FEM-Design szoftvert a geometriai modellezéshez, a pontos teherfelvételhez és azoknak a területeknek a meghatározásához használta, ahol a betonvasalás optimalizálható volt.
A projekt rövid áttekintése
A szerkezet 16 méter magas, az alapnál 40 méter átmérőjű, és 8 méterrel nyúlik a terepszint alá. A Dome belső oldala az installáció részeként üvegszálas anyagból készült, míg a külső teherhordó szerkezet vasbeton, amelyet a környező talaj megtámasztására terveztek.
A kupola alján 1,2 méter mély, 4–4,6 méter széles körgyűrű alap készült, amelyet a szerkezet vasbeton falaival együtt, monolit módon betonoznak.
A projekt befejezését 2025-re tervezték.
Mérnöki kihívások
A tervezés során a projektcsapatnak több kihívással is szembe kellett néznie, különösen a terhelési viszonyok miatt. A szerkezetet eltérő talajfeltöltésekből származó terhek érték, emellett kapcsolódott ahhoz a föld alatti folyosóhoz is, amely a meglévő múzeumépületet köti össze a Dome-mal.
A kupola tetején egy könnyű acélszerkezet kapott helyet, amely egy síneken mozgatható fedelet tart. A fedél szükség esetén lezárja a Dome-ot, nyitott állapotban pedig az acélszerkezetben rejthető el. Ugyanez a szerkezet egy gépészeti helyiséget is magában foglal.
A különböző szerkezeti kapcsolatok és teherhatások miatt szoros együttműködésre volt szükség más szakági szereplőkkel is, többek között geotechnikusokkal a talajterhek meghatározásához, valamint az acélszerkezet és a mozgatható fedél beszállítóival a kapcsolódó terhek számításához.
A FEM-Design szerepe
A projekt kezdetén Mads Suikkanen megvizsgálta, melyik szoftver lenne a legalkalmasabb a statikai számításokhoz. A FEM-Design mellett döntött, mert felhasználóbarát felületet kínál, és egyszerűbb terhek esetén olyan eredményeket adott, amelyek jól egyeztek a kézi számításokkal.
1. ábra – FEM-Design eredmények összehasonlítása kézi számításokkal. Copyright: COWI A/S
A szoftver a meglévő munkafolyamatokhoz is jól illeszkedett: lehetővé tette a 2D kiviteli tervek importálását, valamint az eredmények exportálását további feldolgozásra.
„Én feleltem a kupola vasbeton szerkezetének statikai számításaiért. Ez magában foglalta az alapozást, a vasbeton héjszerkezetet, valamint a kupolához kapcsolódó vasbeton falakat és födémeket” – fogalmaz Mads Suikkanen.
A projekt szempontjából különösen hasznos FEM-Design funkciók
- Betonvasalás optimalizálása: a FEM-Design pontosan megmutatta, mely területeken lehetett optimalizálni a vasalást, különösen a kupola felső részén, ahol a rúdkiosztás és a betonozhatóság kritikus szempont volt.
- Geometriai modellezés: a poláris sokszorozás és a vonalfelosztás segítségével a mérnökök a kupola görbületét pontosan követő szegmenskiosztást tudtak létrehozni.
2. ábra – Geometriai modellezés FEM-Design-ban. Copyright: COWI A/S
- Tervek importálása: a részletes kiviteli tervek importálása elengedhetetlen volt a kupola környezetében jelentkező összetett terhek megfelelő felviteléhez.
- Teherkezelő eszközök: a „Címke” funkció és a héjelemek eredménymegjelenítése segítette a kupolára ható terhek eloszlásának szemléltetését és elemzését.
3. ábra – A kupolára ható terhek. Copyright: COWI A/S
A munkafolyamat a Dome FEM-Design modelljének elkészítésével indult, 2D kiviteli rajzok alapján. A statikai számítások lezárása után a vasalási tervek 2D-ben készültek el, majd a kivitelező a teljes szerkezetet 3D-ben modellezte a megvalósításhoz.
A FEM-Design gyors analízise lehetővé tette, hogy a mérnökök azonosítsák azokat a területeket, ahol a vasalás csökkenthető vagy éppen növelendő volt a szerkezeti viselkedés optimalizálása érdekében. A FEM-Design az alapozás vasalásának optimalizálásában is szerepet kapott. A kupola körüli gyűrűalap különböző területein külön vizsgálták, hogy az egyes irányokban mekkora vasalásra van szükség.
4. ábra – A kupola körüli gyűrűalap vasalásának optimalizálása. Copyright: COWI A/S
„A FEM-Design gyors analízisének köszönhetően könnyen azonosíthatók voltak azok a területek, ahol a vasalás optimalizálható. Ez különösen fontos volt, mivel a vasalási terv egyedi betonacélokkal készült, a kupola felső részén pedig a rúdkiosztást a betonozhatóság szempontjából is gondosan meg kellett tervezni.” – teszi hozzá Mads Suikkanen.
„Kifejezetten szeretek FEM-Design-nal dolgozni bonyolult vasbeton szerkezeteknél. Olyan eredményeket ad, amelyeket később kézi számításokkal is jól lehet közelíteni, ez pedig megbízhatóvá teszi a szoftvert. Nagyon jó élmény volt a FEM-Design használata ennél a vasbeton kupolánál, és más összetett betonszerkezetek tervezésénél is magabiztosan alkalmaznám” – zárja Mads Suikkanen.
Ügyfélbemutató
Mads Suikkanen több mint öt éve dolgozik tartószerkezeti tervezőként a COWI aarhusi irodájában. Nemzetközi projektekben szerzett tapasztalatot különböző szerkezettípusok tervezésében, kiemelten vasbeton és acélszerkezetek területén. A FEM-Design szoftverrel először az Aarhusi Egyetemen folytatott tanulmányai során találkozott.
A COWI A/S nemzetközi tanácsadó vállalat, központja a dániai Lyngbyben található. A cég összetett infrastrukturális, építési és környezetvédelmi projektekben nyújt szakértői szolgáltatásokat, és világszerte támogat fenntartható, innovatív fejlesztéseket.
A betonvasalás optimalizálása gyorsan és átfogóan elvégezhető FEM-Design-nal
Akár teljes 3D modellezési környezetben dolgozik, akár egyes elemeket vizsgál 2D-ben, a FEM-Design támogatja a betonvasalás optimalizálásának teljes folyamatát. A szoftverrel rövid idő alatt készíthetők átgondolt, ellenőrizhető és megbízható tervek.
