Historická střešní konstrukce od ALS Ingenieure GmbH & Co. KG
Případová studie

Digitální výpočet historické střešní konstrukce: rozhovor s Patrickem Hauckem

Výzva

Projekt se zaměřil na statické výpočty a posouzení nové střešní konstrukce pro kuchyňskou věž pevnosti Marienberg ve Würzburgu v souladu s platnými normami. Stávající dřevěné prvky byly kontaminovány konzervačními prostředky obsahujícími škodlivé látky, a proto bylo nutné je kompletně vyměnit. Nová konstrukce měla být zrekonstruována podle historického vzoru v empírovém stylu – v souladu s požadavky na ochranu památek a platnými normami. Částečně zakřivená geometrie konstrukce představovala při modelování zvláštní výzvu.

Řešení

Inženýři ze společnosti ALS využili program RSTAB k výpočtu celé střešní konstrukce jako detailního 3D prostorového modelu příhradového vazníku. Díky použití pružinových tuhostí pro modelování spojů a podpor bylo možné realisticky zohlednit skutečné okrajové podmínky i částečně pružné spoje mezi jednotlivými konstrukčními prvky. Jak únosnost jednotlivých prvků, tak celkové chování konstrukčního systému byly navrženy v souladu s normami.

Výhody

  • Realistické modelování: Modelování spojů s využitím tuhosti pružin umožňuje podrobně zohlednit skutečné podporové podmínky a podmínky spojů v historických konstrukcích.
  • Posouzení podle norem: RSTAB umožňuje kompletní posouzení jednotlivých konstrukčních prvků i celé konstrukce na mezní stav únosnosti podle aktuálně platných norem.
  • Efektivita u stávajících konstrukcí: Trojrozměrné modelování příhradových konstrukcí snižuje výpočetní náročnost i u geometricky složitých, zakřivených konstrukcí.
  • Kombinované použití softwaru: RSTAB a RFEM se dokonale doplňují – RSTAB pro rámové a příhradové konstrukce a dřevěné konstrukce, RFEM pro posouzení železobetonu a konečných prvků.
  • Úspora času v každodenní práci: Funkce jako „Import podporových reakcí“ a nástroj pro stanovení oblastí zatížení výrazně urychlují opakující se úkoly v každodenní praxi.

RSTAB jako most mezi památkovou péčí a moderním navrhováním konstrukcí

Klíčovým aspektem tohoto projektu nebyl pouze výpočet. Program RSTAB sloužil jako spojovací článek mezi historickou konstrukcí a novým návrhem splňujícím normy. Díky prostorovému 3D modelování v programu RSTAB bylo možné sjednotit konstrukční požadavky a skutečný stav konstrukce do jediného spolehlivého modelu.

Tento software umožnil jedinečnou formu spolupráce: tým pro ochranu památek poskytl své specifikace vycházející z historického modelu, zatímco statik mohl přímo v programu RSTAB transparentním způsobem testovat a vyhodnocovat různé varianty. Tímto způsobem se specifikace splňující požadavky na ochranu památek proměnila v konstrukčně optimalizované a realizovatelné řešení. Výsledek je nejen v souladu s normami, ale také efektivní – a zároveň zachovává historický charakter budovy.

Výpočet místo aproximace – s programem RSTAB v prostorovém 3D modelu

Výhoda podrobného trojrozměrného výpočtu v programu RSTAB se projevila zejména u střešní konstrukce kuchyňské věže. Historickou, částečně zakřivenou geometrii konstrukce nebylo možné přesně modelovat pomocí zjednodušených 2D postupů.

Program RSTAB umožnil modelovat celou střešní konstrukci jako prostorový příhradový model – včetně reálných podmínek podpory a spojů vyjádřených tuhostmi pružin. Díky této kombinaci přesnosti modelu a posouzení v souladu s normami byla analýza spolehlivá a přehledná: bylo tak možné spolehlivě analyzovat únosnost jednotlivých konstrukčních prvků i celkové chování konstrukčního systému v souladu s platnými normami.

Hlavní funkce: Import tuhosti pružin a podporových reakcí

Kromě konkrétních projektových aplikací přináší software Dlubal týmu ALS Ingenieure hmatatelnou výhodu zejména v každodenní práci: opakující se úkoly se provádí rychleji, normovanějším způsobem a s menším manuálním úsilím. Zejména vynikají dvě funkce:

  • Tuhost pružin pro spoje a podpory (RSTAB): Pro projekční kanceláře je tato funkce při modelování historických střešních konstrukcí nepostradatelná. Lze tak detailně zohlednit reálné okrajové podmínky a částečně pružné spoje mezi konstrukčními prvky – bez této funkce by bylo prakticky nemožné provést výpočet stávajících konstrukcí, který by se blížil realitě.
  • Import podporových reakcí (RFEM): U betonových konstrukcí tato funkce výrazně šetří čas: podporové síly z dílčího modelu lze přímo importovat jako zatížení do navazujícího modelu. Pracovní kroky, jejichž ruční provedení by jinak trvalo několik hodin, jsou tak automatizovány, což zajišťuje rychlý a přehledný pracovní postup.