Algoritmy pro návrh a analýzu membránových konstrukcí

Lanové a membránové konstrukce jsou považovány za velmi štíhlé a estetické stavební konstrukce. Jejich zčásti velmi složité tvary vyznačující se dvojitou křivostí lze stanovit pomocí vhodných algoritmů pro form-finding. Ein möglicher Lösungsansatz ist hier zum Beispiel die Formensuche über das Gleichgewicht zwischen der Oberflächenspannung (vorgegebene Vorspannung und zusätzliche Last wie Eigengewicht, Druck etc.) und den gegebenen Randbedingungen.

Membránové konstrukce během projekční činnosti vyžadují speciální přístup, který respektuje jejich odlišnost od konvenčních staveb. Nedílnou součástí navrhování těchto staveb je proces hledání vhodných předepjatých tvarů a generování střihových vzorů. Text stručně popisuje dva zásadní procesy při navrhování membránových konstrukcí. Záměrem je přiblížit jejich fyzikální povahu a demonstrovat jednotlivá tvrzení doprovodnými příklady.

Přídavný modul RF-FORM-FINDING umožňuje v programu RFEM stanovit rovnovážné tvary membránových a lanových prvků. In diesem Berechnungsprozess sucht das Programm für die Membran- und Seilelemente eine geometrische Lage, in der die Oberflächenspannung/Vorspannung der Membranen und Seile im Gleichgewicht mit den natürlichen und geometrischen Randreaktionen steht. Dieser Prozess heißt Formfindung (nachfolgend FF genannt). Die FF-Berechnung wird in RFEM global in den "Basisangaben" eines Modells im Register "Optionen" aktiviert. Nach Aktivierung werden in RFEM ein Lastfall beziehungsweise ein Berechnungsprozess mit dem Namen RF-FORMFINDUNG angelegt und für die Seil- und Membraneingabe zusätzlich FF-Parameter zur Definition der Oberflächenspannung und Vorspannung freigeschaltet. Die Aktivierung der FF-Option bedeutet für das Programm, dass vor der reinen strukturellen Berechnung der Schnittgrößen, Verformung, Eigenwerte etc. immer zuerst der Formfindungsprozess gestartet und für die Folgeberechnung ein entsprechend vorgespanntes Modell vorgegeben wird.

V programu RFEM existuje možnost propojit plochy s typy tuhosti „Membrána“ a „Membrána ortotropní“ s materiálovými modely „Izotropní nelineární elastický 2D/3D“ a „Izotropní plastický 2D/3D“ (přídavný modul {%/#/cs/produkty/pridavne-moduly-pro-rfem-a-rstab/ostatni/rf-mat-nl RF-MAT NL]] ).

Tato funkce umožňuje modelovat například nelineární deformační chování ETFE fólií.

Typem zatížení Kumulace vody můžete zohlednit účinky deště na vícenásobně zakřivené plochy se zohledněním posunů analýzou velkých deformací.

Při této numerické aplikaci deště se analyzuje příslušná geometrie plochy a stanoví se, jaká část deště stéká a jaká se kumuluje v loužích neboli vodních kapsách na ploše. Z velikosti louže pak vyplývá odpovídající svislé zatížení pro statickou analýzu.

Tuto funkci lze použít například na analýzu přibližně vodorovných geometrií membránových střech zatížených deštěm.

K názornému videu

Ve srovnání s přídavným modulem RF-FORM-FINDING (RFEM 5) jsou v addonu Form-finding pro RFEM 6 přidány následující nové funkce:

• Zadání všech okrajových podmínek pro zatížení určující tvar v jednom zatěžovacím stavu
• Uložení výsledků form-findingu jako počátečního stavu pro další analýzu modelu
• Automatické přiřazení počátečního stavu form-findingu generátorem kombinací ke všem zatěžovacím situacím jedné návrhové situace
• Dodatečné geometrické okrajové podmínky určující tvar pro pruty (délka bez zatížení, maximální svislý průvěs, svislý průvěs v dolním bodě)
• Dodatečné okrajové podmínky pro zatížení určující tvar pro pruty (maximální síla v prutu, minimální síla v prutu, vodorovná tahová složka, tah na konci i, tah na konci j, minimální tah na konci i, minimální tah na konci j)
• Typ materiálu „Tkanina“ a „Fólie“ v databázi materiálů
• Paralelní form-findingy v jednom modelu
• Simulace po sobě jdoucích stavů form-findingu ve spojení s addonem Analýza fází výstavby (CSA)