Задача
Деревянное каркасное строительство отличается высокой степенью заводской готовности, короткими сроками строительства и сравнительно низким расходом ресурсов. Однако до сих пор его применение в основном сосредоточено на малоэтажных зданиях. Одной из задач многоэтажного деревянного строительства является эффективное повышение несущей способности и жёсткости диафрагм жёсткости без необходимости предусматривать дополнительные конструктивные слои или соединительные элементы.
В исследовательском проекте HELEPOLIS в RWTH Aachen University изучалось, насколько противопожарные обшивки, которые в любом случае требуются в многоэтажном деревянном строительстве, могут совместно с конструкционной обшивкой применяться для обеспечения горизонтальной жёсткости. Для этого сложное взаимодействие деревянных рёбер, нескольких слоёв плит, нелинейных соединительных элементов и анкеровки должно было быть экспериментально, аналитически и численно смоделировано.
Решение
Для численных исследований в RFEM была разработана модель конечных элементов. Деревянные рёбра моделировались стержневыми элементами, а слои обшивки и облицовки — элементами поверхности. Нелинейное поведение «нагрузка-деформация» соединительных элементов между плитами и деревянной рамой учитывалось с помощью высвобождений линий или непрерывных пружин. В качестве исходных данных использовались экспериментально полученные кривые «нагрузка-деформация» из испытаний соединительных элементов.
RFEM применялся, прежде всего, из-за простого определения нелинейных высвобождений линий и автоматического создания сетки. Благодаря этому можно было эффективно исследовать различные конструкции стен и конфигурации соединительных элементов и сравнивать численные результаты с испытаниями соединительных узлов, стеновых панелей и полных деревянных каркасных конструкций.
Исследования показывают, что дополнительные слои плит и их соединительные элементы существенно влияют на жёсткость и несущую способность деревянных каркасных стен. Этот вклад особенно важен для безопасности при сейсмическом расчёте, и его нельзя ни безоговорочно игнорировать, ни применять без подходящих расчётных моделей. Результаты исследований были преобразованы в практико-ориентированное руководство по расчёту с дополнительным расчётным инструментом.
Преимущества использования программного обеспечения Dlubal
- Эффективное нелинейное моделирование — Линейные шарниры и распределённые пружины непосредственно отображают поведение соединительного элемента на основе экспериментальных кривых «нагрузка-деформация»
- Гибкие параметрические исследования — Автоматическое создание сетки позволяет быстро исследовать различные конфигурации стен и расположения обшивки
- Проверенные численные результаты — Результаты RFEM были экспериментально подтверждены на уровне отдельного соединительного элемента, стеновой панели и всей несущей конструкции
- Перенос в практику — Результаты моделирования были непосредственно включены в опубликованное руководство по расчёту для практики деревянного строительства
- Платформа с возможностями API — API Dlubal позволяет интегрироваться в автоматизированные процессы проектирования несущих конструкций — актуально для будущих инструментов расчёта на основе ИИ
