Modelování rámové stěny

Úvod

Tato část ukazuje srovnání mezi modelováním stěny lehkého rámu pomocí softwaru na principu konečných prvků a modelování pomocí softwaru TimberTech Buildings. Cílem tohoto srovnání je vypočítat a porovnat několik složek tuhosti daných prvky tvořícími stěnu.

Rámová stěna je vyrobena z dřevěných sloupků a vazníků vyztužených opláštěním velkoplošnými konstrukčními deskami, používanými k přenosu vodorovného zatížení do základů.

Pružný horizontální posun lehké rámové stěny vystavené účinku horizontální síly lze získat sečtením následujících složek deformace:

Modelování pomocí softwaru pro výpočty metodou konečných prvků

Modelování lehkých rámových stěn na bázi dřeva pomocí softwaru pro výpočty metodou konečných prvků je velmi náročné a komplikované. Jak je znázorněno na následujícím obrázku, pro správné vyhodnocení vodorovné tuhosti stěny musíte použít:

Modelování pomocí softwaru TimberTech Buildings

Modelování s TimberTech Buildings je velmi jednoduché a rychlé. Uživatel definuje pro každý typ stěny  geometrické a mechanické vlastnosti.

Případová studie

V této případové studii je srovnána stěna o délce 2 m a výšce 3 m vymodelovaná a posouzená softwarem TimberTech Buildings a softwarem pro výpočty metodou konečných prvků. 

Stěna má následující vlastnosti:

• rám má tloušťku 160 mm, šířka sloupků je 100 mm a rozteč sloupků je 1000 mm;
• opláštění je z OSB/2 o tloušťce 12,5 mm. Tuhost hřebíků je 918 N/mm. Rozteč vnějších kotev je 100 mm a rozteč vnitřních kotev je 200 mm;
• stěna je uchycena k základu kotvou o tuhosti 19977 kN/m a dvěma úhelníky s tuhostí 52186 kN/m.

Z výše uvedené tabulky je patrné, jak jsou výsledky analytického modelu implementovaného v TimbertechBuildings velmi podobné výsledkům získaným pomocí softwaru na výpočty metodou konečných prvků. I přes jednodušší modelování stěny bylo dosaženo tuhosti stěny, která je velmi blízká tuhosti získané pomocí softwaru pro výpočty metodou konečných prvků.

V tabulce výše je vidět, že příspěvek deformace daný posuvem tuhého tělesa je zanedbatelný. Na druhou stranu jsou velmi důležité deformace upevňovacích prvků a kývání tuhého tělesa (spojení kotvou).

Modelování stěny z CLT

Úvod

Tato část ukazuje srovnání mezi modelováním CLT stěny pomocí softwaru na výpočty metodou konečných prvků a modelování pomocí softwaru TimberTech Buildings. Cílem tohoto srovnání je vypočítat a porovnat několik složek tuhosti daných prvky tvořícími stěnu.

Pružné horizontální posunutí napojované CLT stěny vystavené účinku horizontální síly lze získat součtem následujících složek deformace:

• deformace kloubů;
• smyková deformace panelu;
• posun tuhého tělesa (úhelníky);
• rotace tuhého těla (kotva).

Modelování pomocí softwaru pro výpočty metodou konečných prvků

Jak je znázorněno na následujícím obrázku, pro správné vyhodnocení vodorovné tuhosti stěny je nutno použít:

• prvky "deskostěny" pro modelování CLT panelů;
• prvky "vazby" pro modelování spojů mezi CLT panely;
• prvky "vazby" pro simulaci úhelníků a kotev.

Modelování pomocí softwaru TimberTech Buildings

Modelování napojované CLT stěny pomocí TimberTech Buildings je velmi jednoduché a rychlé. Uživatel musí definovat geometrické a mechanické vlastnosti pro každou typologii stěny.

Případová studie

V této případové studii je srovnána spojovaná CLT stěna o délce 7,5 m a výšce 3 m vymodelovaná a posouzená softwarem TimberTech Buildings a softwarem na výpočty metodou konečných prvků.

CLT stěna má následující vlastnosti:

• panely mají tloušťku 120 mm (30 V - 20 H - 20 V - 20 H - 30 V) a délku 1250 mm;
• panely jsou spojeny pomocí styčné desky. Spojovací prvky mají rozteč 125 mm a tuhost 1881 kN/m;
• stěna je uchycena k základu kotvou o tuhosti 19977 kN/m a dvěma úhelníky s tuhostí 52186 kN/m.

Z výše uvedené tabulky je patrné, jak jsou výsledky analytického modelu implementovaného v TimbertechBuildings velmi podobné výsledkům získaným pomocí softwaru na výpočty metodou konečných prvků. I přes jednodušší modelování stěny jsme dosáhli tuhosti stěny, která se velmi blíží tuhosti získané pomocí softwaru konečných prvků.