Jak poprawnie projektować systemy usztywniające konstrukcje obiektów?

budowa konstrukcji

Projektowanie sztywności budynków to jeden z najważniejszych aspektów w zakresie projektowania konstrukcji. Pod uwagę bierze się zarówno stateczność globalną jaką muszą wyróżniać się konstrukcje budowlane, zapewnienie nośności oraz użytkowalności. Wpływ obciążeń poziomych może być na tyle ważny w przypadku obiektów kilkupiętrowych, że konieczne jest dokonanie analizy sztywności elementów odpowiadających za usztywnienie. Co warto wiedzieć na ten temat?

Systemy usztywniające konstrukcje obiektów – najważniejsze informacje

Na temat projektowania sztywności budynków wciąż mówi się dość mało. Warto wspomnieć, że na konstrukcje budowlane oddziałuje zarówno grawitacja, obciążenie pionowe, poziome (np. wiatr czy czynniki sejsmiczne) oraz odkształcenia wymuszone (np. temperatura czy skurcz betonu). Jeżeli chodzi o rodzaje systemów usztywniających wyróżniamy przede wszystkim stężenia, ściany i trzony oraz układy ramowe. Oprócz tego istnieją układy mieszane, które zakładają, że np. z jednej strony znajdują się ramy, zaś z drugiej ściany i stężenia. Ich zadaniem jest zmniejszenie sił działających na budynek.

Poprawnie wykonany system usztywniający może mieć różną formę. Jedną z bardziej popularnych jest zastosowanie czterech bardzo symetrycznych ścian o równym rozkładzie. W takim przypadku nie ma możliwości powstania sił wzbudzonych w stropie. Innym przykładem jest rdzeń ze ścianą po dwóch przeciwnych stronach. Zaletą drugiego rozwiązania jest dużo większa sztywność rdzenia. Jeszcze inną opcją jest zastosowanie trzonu, który jest zlokalizowany w środku. Jest to proste rozwiązanie, które sprawdza się dobrze zwłaszcza przy mniejszych obiektach.

Podstawowe zalecenia dotyczące projektowania systemów usztywniających

Zaczynając pracę nad projektowaniem systemów usztywniających konstrukcje budowlane warto pamiętać o kilku podstawowych kwestiach. Przede wszystkim są to trzy ściany obejmujące dwa kierunki i nieprzecinające się (dotyczy to momentu skręcającego). Ważne jest możliwie najbardziej równomierne rozłożenie. Na stateczność obiektów wpływa w największym stopniu wiatr, dalej imperfekcje, efekty II-rzędu, obciążenia sejsmiczne i dynamiczne czy niezrównoważone parcie gruntu lub wody.

Projektując systemy usztywniające należy zacząć od analizy stateczności konstrukcji. Na tym etapie trzeba wziąć pod uwagę wpływ efektów II-rzędu, a także stateczność względem przesuwu i obrotu. Pozwoli to określić czy sztywność wszystkich elementów jest wystarczająca. Na początku należy jednak sprawdzić globalne odkształcenia wywołane zginaniem, które są zazwyczaj decydującym przypadkiem. Oprócz tego można sprawdzić globalne odkształcenia wywołane ścinaniem, choć są one zwykle pomijane. Jeśli chodzi o efekty II-rzędu, można je pominąć jeśli wynoszą one mniej niż 10% odpowiednich efektów I-rzędu. Kolejnym krokiem jest określenie obciążeń poziomych na poszczególne kondygnacje (czyli obciążeń wiatrem, imperfekcji, efektów II-rzędu i niezrównoważonych składowych sił poziomych – parcia gruntu, wody, elementów ukośnych itp.). 

Następnie rozkładamy dane obciążenia kondygnacji na poszczególne elementy usztywniające, a zatem na każde ściany, w zależności od ich sztywności. W dalszym etapie konieczne jest określenie stanu granicznego nośności (bierzemy pod uwagę ściskanie, rozciąganie i ścinanie) i użytkowalności (przy uwzględnieniu odchylenia budynku od pionu, drgań oraz innych czynników).