Vzdělávací centrum v Tallinu
O projektu
Vzdělávací centrum v Tallinu je čtyřpodlažní stavba, která má nahradit zastaralé zařízení moderní multifunkční budovou. Budova se rozkládá na ploše 13 566 m², je vysoká 18 metrů a jako primární materiály obsahuje kombinaci betonu, oceli a zdiva. Svislý nosný systém se skládá převážně z betonových sloupů a zděných stěn, které zajišťují tuhost objektu. Vodorovné nosné prvky tvoří dutinové panely podepřené prefabrikovanými nosníky.
Čtvrté podlaží a střešní konstrukce je ocelová nadstavba. Budova je založena na 831 pilotách o celkové délce 21 000 metrů. Celkový objem betonu použitého v konstrukci bez pilot činí 3 560 m³ a ocelové komponenty váží přibližně 430 000 kg.
\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Architektonická vizualizace vzdělávacího centra}}}\]
Technické výzvy
Jednou z hlavních výzev v tomto projektu byl návrh 80,7 metrů dlouhého prolamovaného nosníku. Tento nosník v posledním patře má celkem šest polí, přičemž nejdelší rozpětí dosáhlo 27,49 metru. Poslední pole nosníku bylo navíc navrženo jako konzola, na které je zavěšena část betonové desky.
\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Řez na prolamovaném nosníku v softwaru IFC reader}}}\]
Po vyhodnocení všech vstupů projektanti Martin Truuts a Karl Kimmel rozhodli, že optimálním řešením by byl právě prolamovaný nosník. Jeho konstrukce přirozeně poskytuje otvory pro průchod potrubního systému, zatímco jeho vysoká efektivní výška umožňuje značnou nosnost při relativně minimálním použití materiálu. Díky tomu bylo možno minimalizovat použití sloupů, což byl jeden z hlavních požadavků architekta.
Výzvou při návrhu prolamovaného nosníku bylo zajištění stability konstrukce proti klopení a jiným tvarům boulení. Jelikož se jedná o spojitý nosník, byla nezbytná stabilizace spodní příruby u podpor. K řešení tohoto problému se obvykle používají vzpěrky, ale toto řešení nebylo vhodné kvůli umístění ventilačních trubek a požadavkům na dispozici. Proto byly pro stabilizaci použity střešní vazníky, které jsou připojeny kolmo na prolamovaný nosník.
Řešení a výsledky
Jak ale zajistit, aby střešní vazník připojený k horní části prolamovaného nosníku stabilizoval jeho spodní přírubu? Díky robustnímu přípoji bylo dosaženo toho, že ohybová tuhost vazníku zajistila stabilitu spodní příruby. Ve výsledku se ze střešního vazníku stal spojitý nosník stabilizující hlavní průvlak.
Estonia
Aby inženýři vyřešili problémy se stabilitou a začlenili tuhost přípojů do návrhu, integrovali do svého pracovního postupu sadu aplikací IDEA StatiCa – Checkbot, Member a Connection. Inženýři Karl Kimmel a Martin Truuts použili následující postup:
Tvorba globálního modelu: Proces začal vytvořením globálního modelu v softwaru Robot Structural Analysis (RSA), kde byla zavedena zatížení a kombinace zatížení.
Integrace BIM Link: Karl poté pomocí BIM propojení importoval celou konstrukci, včetně vnitřních sil všech kombinací zatížení, do IDEA StatiCa Checkbot.
\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Model importovaný do Checkbotu s vnitřními silami}}}\]
Návrh přípoje a výpočet tuhosti: V IDEA StatiCa Connection byly navrženy jednotlivé přípoje a byla vypočtena tuhost těchto přípojů. Tato tuhost byla poté znovu zavedena do modelu RSA, což ovlivnilo diagram ohybového momentu prolamovaného nosníku a chování souvisejících sloupů.
\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Návrhy přípojů použité v modelu v aplikaci Member}}}\]
Modelování prvků: Model byl poté znovu vytvořen od nuly v aplikaci IDEA StatiCa Member. Všechny nosníky byly modelovány jako "analyzované prvky" s použitím prvků skořepiny pro detailní reprezentaci. Přípoje byly namodelovány a přiřazeny k příslušným přípojům a na model byla aplikována kritická zatížení pro finální analýzu.
\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Různé pohledy na model v aplikaci Member}}}\]
Analýza prvků: V IDEA StatiCa Member, tvary vybočení a odpovídající kritické faktory vzpěru byly identifikovány pomocí lineární analýzy boulení. Kritickým tvarům vybočení byly poté přiřazeny počáteční imperfekce a dále analyzovány pomocí geometricky a materiálově nelineární analýzy s imperfekcemi (GMNIA). Tento proces byl iterativní a postupně upravoval slabá místa v návrhu.
Karel a Martin analyzovali přibližně šest tvarů boulení, z nichž většina byly globální tvary boulení. Lokální tvary vybočení byly eliminovány vhodným návrhem výztuh.
\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Průhyby na prvcích z analýzy GMNIA}}}\]
Výsledky: Jakmile byl návrh zdokonalen na uspokojivou úroveň, analýza GMNIA potvrdila, že deformace, napětí a plastické namáhání konečného návrhu jsou přijatelné.
\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Vizualizace deformace při zatížení}}}\]
Dvojitá kontrola a ověření: Pro zajištění přesnosti byly vnitřní síly porovnány mezi RSA a IDEA StatiCa Member, což poskytlo dvojitou kontrolu výsledků.
Estonia
Statici v tomto projektu využili možnosti aplikace IDEA StatiCa Member, počínaje stabilitní analýzou (LBA) a poté geometricky a materiálově nelineární analýzou s imperfekcemi (GMNIA), což je nejpokročilejší typ analýzy pro statické zatížení. V GMNIA jsou všechny potenciální nedokonalosti – jako je měnící se tloušťka plechu, nerovnost, zbytková napětí, nehomogenity materiálu a vychýlení podpěr – reprezentovány ekvivalentními geometrickými imperfekcemi. Tyto imperfekce se nastavují pomocí tvarů vybočení vypočítaných pomocí nástroje LBA, přičemž uživatel pro daný tvar vybočení vybere maximální amplitudu výchylky.
Inženýr Karl Kimmel navíc použil aplikaci IDEA StatiCa Member pro požární analýzu nosníků. Tato komplexní analýza pomohla posoudit nosníky v podmínkách požáru, což zkompletovalo a dále posílilo celkový návrh.
Závěr
Projekt nového vzdělávacího centra v Tallinu je důkazem síly pokročilého stavebního inženýrství a inovativního designu. Díky využití schopností IDEA StatiCa byl inženýrský tým společnosti EstKonsult schopen překonat významné výzvy a dodat robustní, flexibilní a moderní zařízení, které splňuje potřeby komunity. Tento projekt ukazuje, jak je důležité používat nejmodernější nástroje a techniky v kombinaci s inovativním inženýrským myšlením ve stavebnictví k dosažení ambiciózních architektonických vizí a zajištění bezpečnosti a funkčnosti složitých konstrukcí.
Dominik Barič
Vyzkoušejte IDEA StatiCa zdarma
