Wyzwanie
Lekkie drewniane konstrukcje szkieletowe wyróżniają się wysokim stopniem prefabrykacji, krótkim Czasem budowy i stosunkowo niskim Wykorzystaniem zasobów. Jednak ich zastosowanie koncentruje się dotychczas głównie na budynkach o niewielkiej liczbie Kondygnacji. Wyzwaniem dla wielokondygnacyjnych Konstrukcji drewnianych jest efektywne zwiększenie Nośność i Sztywność Ścian usztywniających, bez konieczności dodawania dodatkowych warstw konstrukcyjnych czy Elementów łączących.
W Projekcie badawczym HELEPOLIS na Uniwersytecie RWTH w Akwizgranie badano zatem, w jakim stopniu wymagane w budownictwie wielokondygnacyjnym okładziny przeciwpożarowe mogą być uwzględniane razem z poszyciem statycznym do poziomego usztywnienia. W tym celu konieczne było eksperymentalne, analityczne i numeryczne odwzorowanie złożonego współdziałania żeber drewnianych, kilku warstw płyt, nieliniowych Elementów łączących i Zakotwień.
Rozwiązanie
Do badań numerycznych opracowano Model elementów skończonych w programie RFEM. Żebra drewniane zamodelowano za pomocą Elementów prętowych, a warstwy poszycia i okładzin za pomocą Elementów powierzchniowych. Nieliniowe zachowanie zależności obciążenie-odkształcenie Elementów łączących między płytami a szkieletem drewnianym uwzględniono za pomocą Zwolnień liniowych lub ciągłych sprężyn. Jako dane wejściowe posłużyły eksperymentalnie wyznaczone krzywe obciążenie-odkształcenie z badań Elementów łączących.
RFEM został wykorzystany w szczególności ze względu na prostą definicję nieliniowych Zwolnień liniowych i automatyczne Generowanie siatki. Dzięki temu można było efektywnie badać różne układy ścian i konfiguracje Elementów łączących oraz porównywać wyniki numeryczne z wynikami badań pojedynczych połączeń, paneli ściennych i kompletnych struktur szkieletowych.
Badania pokazują, że dodatkowe warstwy płyt i ich Elementy łączące znacząco wpływają na Sztywność i Nośność ścian szkieletowych. Wkład ten jest szczególnie istotny dla bezpieczeństwa w Projektowaniu sejsmicznym i nie może być ani ogólnie pomijany, ani uwzględniany bez odpowiednich Modeli obliczeniowych. Wyniki badań zostały przeniesione do praktycznego poradnika projektowego z uzupełniającym narzędziem obliczeniowym.
Korzyści wynikające z zastosowania oprogramowania Dlubal
- Efektywne modelowanie nieliniowe — Przeguby liniowe i rozłożone sprężyny odwzorowują zachowanie Elementów łączących bezpośrednio na podstawie eksperymentalnych krzywych obciążenie-odkształcenie
- Elastyczne Analizy parametryczne — Automatyczne Generowanie siatki umożliwia szybkie badanie różnych konfiguracji ścian i rozmieszczenia poszycia
- Zweryfikowane wyniki numeryczne — Wyniki z RFEM zostały potwierdzone eksperymentalnie na poziomie pojedynczego Elementu łączącego, Ściany tarczowej i całego ustroju nośnego
- Transfer do praktyki — Wyniki modelowania zostały bezpośrednio włączone do opublikowanej Wytycznej projektowej dla praktyki budownictwa drewnianego
- Platforma z obsługą API — API Dlubal umożliwia integrację z zautomatyzowanymi procesami projektowania konstrukcji - istotne dla przyszłych narzędzi projektowych opartych na sztucznej inteligencji
