ALS Ingenieure GmbH & Co. KG 的历史屋顶结构
案例研究

历史屋顶结构数字化重算:帕特里克·豪克访谈

挑战

本项目的重点是对维尔茨堡马林贝格城堡厨房塔新建屋盖结构进行静力计算和按规范设计。现有木构件受到含污染物木材防护剂的污染,必须完全更换。新结构应参照历史原型,采用帝王柱进行重建——同时满足文物保护要求和现行有效规范。部分呈曲线形的承重结构几何形态对建模提出了特殊要求。

解决方案

ALS 的工程师使用 RSTAB 对整个屋盖结构进行计算,将其作为一个详细的三维杆系模型。通过采用弹簧刚度来模拟节点和支座,可以贴近实际地再现真实边界条件以及各构件之间部分柔性的连接。无论是单个构件的承载力,还是整个体系的整体受力性能,都已按规范得到验证。

优势

  • 贴近实际的建模: 通过弹簧刚度来模拟连接,可对历史结构中实际的支承与连接条件进行更为细致的考虑。
  • 按规范设计: RSTAB 可按照现行有效规范,对单个构件及整个体系的承载力提供完整验算。
  • 既有建筑中的高效性: 三维杆系建模即使在几何形状复杂、呈曲线的承重结构中,也能降低计算工作量。
  • 软件组合应用: RSTAB 与 RFEM 可完美互补——RSTAB 适用于杆系和木结构,RFEM 适用于面状钢筋混凝土和有限元计算。
  • 日常工作中的时间节省: “采用支座反力”和 Geo-Zones 工具等功能,可显著加快日常实践中的重复性任务。

RSTAB作为文物保护与现代结构设计之间的桥梁

该项目的关键并不仅仅是进行一次计算。RSTAB充当了历史既有结构与符合规范的新建结构之间的接口。通过在RSTAB中的空间三维建模,规划要求与结构现实得以在一个共同且可靠的模型中汇总。

该软件以一种特殊方式支持了协作:文物保护方提出了其对历史原型的要求,结构工程师则能够直接在RSTAB中对方案进行可追溯的检查与评估。就这样,一个符合文物保护要求的前提被转化为一个经过结构优化且可实施的解决方案。其结果不仅符合规范,而且经济,并且始终忠实于建筑的历史特征。

从近似到精确计算——使用RSTAB进行空间三维模型计算

在厨房塔的屋顶结构中,RSTAB中详细的三维计算优势表现得十分明显。历史性的、部分呈曲线的结构几何形状若采用简化的二维方法,无法真实反映。

借助RSTAB,整个屋盖结构可以作为空间杆系模型进行建模——包括通过弹簧刚度体现的真实支承和连接条件。这种模型真实性与符合规范的设计相结合,使验算更具可靠性和可追溯性:构件的单体承载力以及体系的整体受力行为,都可以在满足现行规范的前提下得到可靠证明。

重要基础功能:导入弹簧刚度与支座反力

除了项目应用之外,Dlubal软件还为ALS Ingenieure团队在日常工作中带来了显著优势:重复性任务可以更快、更标准化地完成,并减少手动工作量。以下两项功能尤为突出:

  • 连接和支座的弹簧刚度(RSTAB): 对该事务所而言,这一功能在历史屋盖结构建模中不可或缺。真实边界条件以及构件之间部分柔性的连接都可以据此进行差异化考虑——若没有这一功能,对既有结构进行接近实际的计算几乎是不可能的。
  • 导入支座反力(RFEM): 在混凝土结构中,这一功能真正节省时间:来自子模型的支座力可直接作为荷载导入下级模型。原本需要人工耗时数小时的工作步骤因此得以自动化——工作流程仍然快速且清晰可追溯。