IDEA StatiCa návod – Stěna

V následujícím návodu si ukážeme, jak krok po kroku namodelovat a posoudit betonovou stěnu se dvěma otvory.

1 Nový projekt

Vytvoříme Nový projekt v aplikaci IDEA StatiCa Detail.

V Průvodci oblastí diskontinuit vybereme třídu Betonu a Výztuže a nastavíme tloušťku Krytí betonu. Z nabízených šablon vybereme Stěnu.

 

V následujícím okně vybereme topologii oblasti diskontinuit – Stěnu s okenním a dveřním otvorem.

 

2 Geometrie

Začneme s definicí Geometrie. Šest položek již bylo vytvořeno šablonou automaticky: stěna W1, dva otvory O1 a O2 a tři liniové podpory LS1-3.

Posuneme dveřní otvor O2 doprava změnou její X-pozice bodu 2.

 

V tomto příklade pracujeme s prefabrikovanou stěnou podepřenou dvěma liniovými podporami. Proto podporu LS3 jednoduše vymažeme jejím výběrem v seznamu a kliknutím na křížek .

 

Geometrie stěny nyní vypadá takto:

 

3 Zatížení

Nyní můžeme definovat Zatížení stěny. Jak vidíme, dva zatěžovací stavy a tři kombinace jsou již vytvořeny. Proto pouze upravíme jejich obsah.

 

V zatěžovacím stavu LC1 (stálý) najdeme dva Zatěžovací impulzy: svislé liniové zatížení LL1 na vrchní hranu 3 a vodorovné zatížení LL2 na levou hranu 4. Toto nastavení měnit nebudeme.

 

V Zatěžovacích impulzech stavu LC2 (proměnlivé zatížení) smažeme zatížení LL4.

 

Také upravíme zatížení LL3: hodnotu změníme na -15 kN/m.

 

Prohlédneme si tři vytvořené nelineární kombinace zatížení: C1 je kombinace pro posouzení MSÚ (mezní stav únosnosti), dále C2 je kvazi-stálá kombinace a C3 častá kombinace, obě pro posouzení MSP (mezní stav použitelnosti). Dílčí součinitele zatěžovacích stavů vstupující do kombinací mohou být upraveny v tabulce Kombinace v záložce Zatěžovací stavy a kombinace.

Jelikož nepotřebujeme vyhodnocovat jednotlivé zatěžovací stavy, ale pouze kombinace, necháme příslušné položky v seznamu stavů a kombinací vypnuté. Analýza bude provedena pouze pro zatržené položky – kombinace C1, C2 a C3.

 

4 Výztuž

 

Upravili jsme zatěžovací stavy a kombinace, můžeme tedy přejít k definici výztuže.

Použijeme Nástroje návrhu a zobrazíme si oblasti tahu a tlaku.

Lineární výpočet

Nejprve necháme proběhnout Lineární výpočet.

Abychom lépe viděli oblasti nejvyšších tlakových napětí, nastavíme v horní liště mezní hodnotu pro tlak na -1.4 MPa.

 

Topologická optimalizace

Druhou možností je použít Topologickou optimalizaci, která určí nejefektivnější části stěny pro daný objem materiálu.

Na následujícím obrázku je zobrazeno nejefektivnějších 40 % objemu stěny (červené části jsou tlačeny, modré taženy). Přepínání hodnoty efektivního objemu provádíme v horní liště.

 

Nyní přepneme do Zadání/úpravy na liště. Výsledky Nástrojů návrhu si můžeme ponechat vykreslené na pozadí, abychom věděli, kam umístit nosnou výztuž. Pokud chceme podkreslení vypnout, můžeme tak učinit v horní liště.

 

Použijeme již vytvořené položky výztuže, které jen mírně upravíme.

Jak vidíme na obrázku efektivního objemu z topologické optimalizace, nejdůležitější vložkou je šikmý prut. Jeho délka je však nedostatečná vzhledem k oblastem tahových napětí vytvořených mezi horním rohem dveřního otvoru a spodním rohem okenního otvoru.

 

Šikmý pruh prodloužíme tak, že na vložku klikneme přímo ve scéně, případně vybereme příslušnou řádek IB1 v seznamu. Změníme Úhel sklonu prutu a prodloužíme Délku nahoře. Oranžová šipka ve scéně směřuje od spodního k hornímu konci prutu.

 

Dále také prodloužíme pruty GB2 až k vrchnímu okraji stěny.

 

Vypneme zobrazení Nástrojů návrhu a přepneme zobrazení na Skutečný 3D v horní liště. Takto si můžeme prohlédnout skutečnou reprezentaci výztuže ve 3D pohledu.

 

5 Posudek

S hotovou výztuží přejdeme k výpočtu zatíženého modelu. Ten spustíme přepnutím se do Posudku v navigátoru vlevo a stisknutím tlačítka Posudek v horní liště. Výpočetní model se automaticky vytvoří a veškeré posudky se vyhodnotí.

 

V tabulce vlevo dole vidíme přehled všech posudků, množství aplikovaného stálého a proměnného zatížení a stav posudků (vyhověl/nevyhověl). V tabulce uprostřed můžeme najít detailní výsledky výpočtu. Na obrázku je vidět výsledek posouzení na mezní stav únosnosti betonu.

V liště nahoře je možné změnit limitní hodnotu pro vykreslení – zobrazíme červeně pouze ty části betonu, které jsou tlačeny více než -1 MPa.

 

V záložkách nad tabulkou můžeme měnit zobrazované posudky. V Souhrnu vidíme hlavní MSÚ/MSP výsledky. Pokud klikneme na řádek MSÚ/Pevnost výztuže, zobrazí se využití vložek (včetně označení nejkritičtějšího místa ve scéně).

 

Výsledky MSP zobrazíme vybráním příslušného řádku v tabulce (např. MSP/Omezení napětí).

 

Detailní výsledky pro MSÚ oceli a betonu otevřeme kliknutím na záložku Pevnost. U betonu můžeme změnou zobrazovaných veličin v horní liště vykreslit využití vzhledem k jeho pevnosti, hlavní napětí, přetvoření a také velikost redukčního součinitele k_c. Jak je vypsáno nad tabulkou, pro posouzení MSÚ byla uvažována kombinace C1.

 

Pro zobrazení obdobných veličin pro ocel, klikneme do řádku Výztuž. Změní se možnosti na liště a rozvinou se podrobné výsledky v tabulce. (napětí a přetvoření jednotlivých vložek včetně jejich celkového využití).

 

V Kotvení vidíme výsledky bond modelu a zakotvení vložek výztuže. Výsledky zahrnují kotevní síly, průběh síly ve výztuži po délce vložky, napětí v soudržnosti a prokluz vložky proti betonu. Zde je vyobrazena celková síla přenášena danou skupinou vložek GB4.

 

Výsledky MSP najdeme v záložkách Napětí, Trhliny a Průhyb. Pro mezní stav omezení napětí byla zohledněna nelineární kombinace C2 pro beton a C3 pro posouzení výztuže.

 

V záložce Trhliny vykreslíme spočítanou šířku trhlin (pro kombinaci C2). Tato šířka je porovnána s mezní hodnotou wlim.

 

Deformovaný tvar stěny zobrazíme v záložce Průhyb zapnutím příslušného tlačítka v horní liště.

 

6 Protokol

Všechny výsledky výpočtu můžeme také prohlédnout ve výstupním protokolu. Protokol můžeme upravit dle potřeby nebo exportovat do DOC/PDF formátu pomocí tlačítek v horní liště.

 

 

Navrhli jsme, optimalizovali a posoudili dle normy část nosníku s otvorem.

 

Klíčová slova:

beton, stěna, okenní otvor ve stěně, dveřní otvor ve stěně, kombinace zatížení, MSÚ, MSP, dimenzování, výztuž, topologická optimalizace, posudek, mezní stav, CSFM, pole napětí, nelineární analýza, přírůstek zatížení, tlakové změkčení, tahové zpevnění, pevnost, kotvení, omezení napětí, dotvarování, šířka trhliny, průhyb

 

Související články a návody:

How to design and code-check prefab wall

Zákaznické projekty

A solution for walls and details of concrete structures