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

Historyczna konstrukcja dachu przeliczona cyfrowo: Wywiad z Patrickiem Hauckiem

Wyzwanie

Projekt skupiał się na analizie konstrukcyjnej oraz zgodne z normami wymiarowanie 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 pionowej podpory centralnej – przy zachowaniu wymagań konserwatorskich oraz obowiązujących obecnie norm. Częściowo łukowa geometria konstrukcji nośnej stawiała przy tym szczególne wymagania dla modelowania.

Rozwiązanie

Inżynierowie z ALS wykorzystali RSTAB do obliczenia całej konstrukcji dachowej jako szczegółowego przestrzennego modelu szkieletowego 3D. Dzięki zastosowaniu sztywności sprężystych 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 sprężystych 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 istniejących budynkach: Trójwymiarowe modelowanie prętów redukuje nakład pracy obliczeniowej również w przypadku geometrycznie wymagających, łukowych konstrukcji nośnych.
  • Zintegrowane wykorzystanie oprogramowania: RSTAB i RFEM doskonale się uzupełniają – RSTAB dla układów szkieletowych 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-Zone zauważalnie przyspieszają powtarzalne zadania w codziennej praktyce.

RSTAB jako pomost między konserwacją zabytków a nowoczesnym projektowaniem konstrukcji

Decydującym aspektem tego projektu nie były jedynie obliczenia. RSTAB pełnił rolę interfejsu między historyczną substancją a nową konstrukcją spełniającą wymagania normowe. Dzięki przestrzennemu modelowaniu 3D w programie RSTAB udało się połączyć wymagania projektowe i rzeczywistość konstrukcyjną w jednym spójnym, wiarygodnym modelu.

Oprogramowanie wspierało współpracę w szczególny sposób: konserwatorzy zabytków wnosili swoje wytyczne dotyczące historycznego pierwowzoru, a projektant konstrukcji mógł bezpośrednio w RSTAB analizować i oceniać różne warianty. W ten sposób wymagania konserwatorskie zostały przełożone na rozwiązanie zoptymalizowane statycznie i możliwe do wykonania. Efekt końcowy jest nie tylko zgodny z normami, ale także ekonomiczny — przy jednoczesnym zachowaniu historycznego charakteru obiektu.

Obliczanie zamiast przybliżania – przy użyciu programu RSTAB w przestrzennym modelu 3D

W przypadku konstrukcji dachowej wieży kuchennej bardzo wyraźnie ujawniła się przewaga szczegółowych obliczeń trójwymiarowych w programie RSTAB. Historyczna, częściowo wygięta geometria konstrukcji nośnej nie mogłaby zostać w sposób wiarygodny odwzorowana przy użyciu uproszczonych metod 2D.

Dzięki RSTAB możliwe było odwzorowanie całej konstrukcji dachowej jako przestrzennego modelu prętowego – wraz z rzeczywistymi warunkami podparcia i połączeń zamodelowanych za pomocą sztywności sprężystych. To połączenie dokładności modelu i wymiarowania zgodnego z normami sprawiło, że analiza nośności była wiarygodna i przejrzysta: zarówno nośność każdego pojedynczego elementu, jak i globalne zachowanie nośne systemu mogły zostać bezpiecznie wykazane zgodnie z obowiązującymi normami.

Kluczowe funkcje bazowe: Import sztywności sprężystych i reakcji podporowych

Poza zastosowaniem w projektach oprogramowanie Dlubal przynosi zespołowi ALS Ingenieure przede wszystkim wymierne korzyści w codziennej pracy: powtarzalne zadania są realizowane szybciej, bardziej standardowo i przy mniejszym nakładzie pracy ręcznej. Na pierwszy plan wysuwają się 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 uwzględniać w sposób zróżnicowany – obliczenia istniejących konstrukcji w sposób zbliżony do rzeczywistości byłyby bez tego rozwiązania praktycznie niemożliwe.
  • Import reakcji podporowych (RFEM): W konstrukcjach żelbetowych funkcja ta znacząco oszczędza czas: siły podporowe z modelu częściowego mogą być bezpośrednio przenoszone jako obciążenia do modelu kolejnego etapu. Kroki robocze, które w innym przypadku wymagałyby kilku godzin ręcznego wprowadzania danych, zostają w ten sposób zautomatyzowane – a cały proces pozostaje szybki i przejrzysty.