Historyczna konstrukcja dachu firmy ALS Ingenieure GmbH & Co. KG
Studium przypadku

Cyfrowe ponowne obliczenie historycznej konstrukcji dachu: Wywiad z Patrickiem Hauckiem

Wyzwanie

W centrum projektu znajdowały się obliczenia statyczne oraz zgodne z normami wymiarowanie nowo projektowanej konstrukcji dachowej wieży kuchennej twierdzy Marienberg w Würzburgu. Istniejące elementy drewniane były zanieczyszczone środkami ochrony drewna zawierającymi substancje szkodliwe i musiały zostać całkowicie wymienione. Nową konstrukcję należało zrekonstruować zgodnie z historycznym pierwowzorem, z zastosowaniem słupa królewskiego – przy zachowaniu wymagań konserwatorskich oraz obowiązujących obecnie norm. Częściowo łukowa geometria konstrukcji nośnej stawiała przy tym szczególne wymagania modelowaniu.

Rozwiązanie

Inżynierowie z ALS wykorzystali RSTAB do obliczenia całej konstrukcji dachowej jako szczegółowego przestrzennego modelu prętowego 3D. Dzięki zastosowaniu sztywności sprężynowej do modelowania połączeń i podpór można było realistycznie odwzorować rzeczywiste warunki brzegowe oraz częściowo podatne połączenia między poszczególnymi elementami. Zarówno nośność elementów pojedynczych, jak i globalne zachowanie nośne układu zostały wykazane zgodnie z normami.

Korzyści

  • Modelowanie zbliżone do rzeczywistości: Odwzorowanie połączeń za pomocą sztywności sprężynowej umożliwia zróżnicowane uwzględnienie rzeczywistych warunków podparcia i połączeń historycznych konstrukcji.
  • Wymiarowanie zgodne z normami: RSTAB zapewnia pełne wykazanie nośności poszczególnych elementów oraz całego układu zgodnie z aktualnie obowiązującymi normami.
  • Efektywność w budynkach istniejących: Trójwymiarowe modelowanie prętowe redukuje nakład pracy obliczeniowej również w przypadku geometrycznie wymagających, łukowych konstrukcji nośnych.
  • Zintegrowane wykorzystanie oprogramowania: RSTAB i RFEM doskonale się uzupełniają – RSTAB dla układów prętowych i konstrukcji drewnianych, RFEM dla powierzchniowych konstrukcji żelbetowych i obliczeń metodą elementów skończonych.
  • Oszczędność czasu w codziennej pracy: Funkcje takie jak „przejęcie reakcji podporowych” oraz narzędzie Geo-Zones zauważalnie przyspieszają powtarzalne zadania w codziennej praktyce.

RSTAB jako pomost między ochroną zabytków a nowoczesnym projektowaniem konstrukcji

Decydujący punkt w tym projekcie nie polegał po prostu na obliczeniach. RSTAB służył jako interfejs między historyczną substancją a nową konstrukcją zgodną z normami. Dzięki przestrzennemu modelowaniu 3D w RSTAB można było połączyć wymagania projektowe i rzeczywistość konstrukcyjną w jednym wspólnym, wiarygodnym modelu.

Oprogramowanie wspierało współpracę w szczególny sposób: ochrona zabytków wnosiła swoje wytyczne dotyczące historycznego pierwowzoru, a projektant konstrukcji mógł bezpośrednio w RSTAB w zrozumiały sposób sprawdzać i oceniać warianty. W ten sposób wytyczne zgodne z zasadami ochrony zabytków zostały przełożone na rozwiązanie zoptymalizowane statycznie i możliwe do wykonania. Rezultat jest nie tylko zgodny z normami, lecz także ekonomiczny – a jednocześnie wierny historycznemu charakterowi obiektu.

Obliczać zamiast przybliżać – z RSTAB w przestrzennym modelu 3D

Przy konstrukcji dachowej wieży kuchennej zaleta szczegółowego trójwymiarowego obliczenia w RSTAB ujawniła się bardzo wyraźnie. Historyczna, miejscami zakrzywiona geometria konstrukcji nośnej nie mogłaby zostać odwzorowana w sposób odpowiadający rzeczywistości za pomocą uproszczonych podejść 2D.

Dzięki RSTAB całą konstrukcję dachową można było przedstawić jako przestrzenny model prętowy – łącznie z rzeczywistymi warunkami podparcia i połączeń poprzez sztywności sprężyn. To połączenie wierności modelu i wymiarowania zgodnego z normami sprawiło, że weryfikacja była wiarygodna i zrozumiała: zarówno nośność każdego pojedynczego elementu, jak i globalne zachowanie nośne układu mogły zostać bezpiecznie wykazane przy zachowaniu aktualnie obowiązujących norm.

Ważne funkcje podstawowe: przejmowanie sztywności sprężyn i reakcji podporowych

Oprócz zastosowania w projektach, oprogramowanie Dlubal przynosi zespołowi ALS Ingenieure przede wszystkim odczuwalną korzyść w codziennej pracy: powtarzalne zadania są wykonywane szybciej, bardziej standardowo i przy mniejszym nakładzie pracy ręcznej. Na pierwszy plan wysuwają się przy tym dwie funkcje:

  • Sztywności sprężyn dla połączeń i podpór (RSTAB): Dla biura funkcja ta jest niezbędna przy modelowaniu historycznych konstrukcji dachowych. Rzeczywiste warunki brzegowe oraz częściowo podatne połączenia między elementami można dzięki temu uwzględnić w sposób zróżnicowany – obliczenia konstrukcji istniejących w sposób zbliżony do rzeczywistości byłyby bez tej funkcji prawie niemożliwe.
  • Przejmowanie reakcji podporowych (RFEM): W budownictwie masywnym funkcja ta jest prawdziwą oszczędnością czasu: siły podporowe z modelu częściowego mogą być bezpośrednio przejęte jako obciążenia do modelu podrzędnego. Kroki robocze, które w innym przypadku wymagałyby ręcznie kilku godzin, zostają dzięki temu zautomatyzowane – workflow pozostaje szybki i zrozumiały.