Model ściany przyjęty w programie
Model ściany w konstrukcji szkieletowej
Model ściany w konstrukcji lekkiego szkieletu drewnianego
Sprężyste przemieszczenie poziome drewnianej ściany wykonanej w technologii szkieletowej, która obciążona jest siłą poziomą, może zostać obliczone jako suma następujących deformacji:
- przemieszczenie na łącznikach okładziny
- przemieszczenie okładziny
- przemieszczenie wynikające z przesunięcia ściany
- przemieszczenie wynikające z obrotu ściany
Porównanie z modelem powłokowym – studium przypadku
Zamodelowanie ściany w konstrukcji lekkiego szkieletu drewnianego za pomocą programu MES jest zadaniem dość skomplikowanym, zwłaszcza jeżeli chodzi o odwzorowanie sztywności poszycia i łączników. Poniżej przykładowe części z jakich można zamodelować taką ścianę, aby obliczyć jej sztywność poziomą:
- ramę ściany za pomocą elementów prętowych
- okładziny za pomocą elementów powłokowych
- łączniki okładzina-rama za pomocą elementów łączących pręty z powłoką
- złącza ściany za pomocą elementów łączących ścianę z podporą
Okno dialogowe do definicji ściany szkieletowej - rama
Zamodelowanie takiej ściany w TimberTech Buildings trwa zdecydowanie krócej i jest znacznie prostsze. Definicja parametrów całego elementu ściennego odbywa się w jednym oknie dialogowym.
Okno dialogowe do definicji ściany szkieletowej - okładziny
W tym przypadku porównane zostały wyniki uzyskane z TimberTech Buidlings oraz referencyjnego programu MES. Poniżej zestawiono dane wejściowe zadania:
- Długość ściany – 2 m
- Wysokość ściany – 3 m
- Szkielet drewniany stanowią elementy o grubości 160 mm i szerokości 100 mm w rozstawie 1000 mm
- Okładzina ściany to płyta OSB/2 o grubości 12,5 mm połączona z ramą za pomocą łączników o sztywności 918 N/mm każdy
- Rozstaw łączników przy zewnętrznych krawędziach okładziny wynosi 100 mm, a wewnątrz 200 mm
- Mocowanie z fundamentem realizowane za pomocą złączy kotwiących o sztywności 19977 kN/m oraz dwóch złączy kątowych o sztywności 52186 kN/m
Wyznaczone w zewnętrznym programie MES deformacje pokazano poniżej:
- deformacja okładziny względem drewnianej ramy
- deformacja panelu okładziny od ścinania
- deformacja na łącznikach wynikająca z przesunięcia ściany
- deformacja wynikająca z obrotu ściany
Porównanie wyników pomiędzy przedstawionymi sposobami modelowania ściany szkieletowej
Wartości uzyskane w programie TimberTech Buildings, gdzie zastosowano uproszczony model, w niewielkim zakresie odbiegają od analizy bardziej szczegółowej z użyciem elementów powierzchniowych. Różnica całkowitego przemieszczenia to w tym przypadku 3,5%.
Udział poszczególnych deformacji
Na podstawie powyższych wartości, można stwierdzić, że w całkowitej analizie udział deformacji wynikający z przesunięcia poziomego ściany jest znikomy, a deformacji łączników okładziny, jak i złączy zabezpieczających ścianę przed obrotem znaczny.
Schemat przyjętej ściany CLT do analizy porównawczej
Model ściany CLT
Sprężyste przemieszczenie poziome ściany z łączonych paneli CLT, która poddana jest siłom poziomym, wynika ze zsumowania deformacji:
- połączeń pionowych
- panelu od ścinania
- przesunięcia ściany jako ciała sztywnego (praca złączy kątowych)
- obrotu ściany jako ciała sztywnego (praca złączy kotwiących)
Porównanie z modelem powłokowym – studium przypadku
W przypadku powłokowego modelu ściany z paneli CLT, aby poprawnie oszacować jej sztywność poziomą, niezbędne jest zamodelowanie:
- obszaru ściany CLT za pomocą elementów powłokowych
- elementów łączących, które odwzorują połączenia pionowe pomiędzy poszczególnymi panelami CLT
- elementów łączących w miejscu przyjętych złączy kotwiących i kątowych
Okno dialogowe do definicji ściany CLT z połączeniami pionowymi
W programie TimberTech Buildings zamodelowanie takiej samej ściany jest znacznie szybsze i łatwiejsze. Ogranicza się jedynie do wybrania z biblioteki parametrów geometrycznych, materiałowych oraz połączeń ściany.
W analizowanym przypadku porównano wyniki uzyskane z TimberTech Buidlings oraz referencyjnego programu MES dla ściany z paneli CLT. Właściwości ściany:
- Długość ściany 7,5m
- Wysokość ściany 3m
- Grubość panelu 120mm (30V-20H-20V-20H-30V)
- Szerokość pojedynczego panelu – 1250 mm
- Połączenia pionowe paneli za pomocą deski zlicowanej połączonej za pomocą łączników w rozstawie 125 mm o sztywności 1881 kN/m każdy
- Ściana mocowana jest do podstawy za pomocą złącza kotwiącego o sztywności 19977 kN/m oraz dwóch złączy kątowych o sztywności 52186 kN/m każdy
Uzyskane postacie deformacji dla elementów powłokowych z referencyjnego programu MES zestawiono poniżej.
Deformacja łączników połączeń pionowych
Deformacja paneli od ścinania
Przemieszczenie poziome całej ściany na łącznikach w jej podstawie
Obrót całej ściany
Porównanie wyników pomiędzy przedstawionymi sposobami modelowania ściany z paneli CLT
Wyniki uzyskane za pomocą programu TimberTech Buildings, pomimo zastosowania prostszego modelu, odznaczają się bardzo dużą zbieżnością (maksymalne różnice na poziomie 2%), przy znacznie mniejszym nakładzie czasowym na definicję i analizę modelu.
Udział poszczególnych deformacji
Na podstawie powyższych wartości, można stwierdzić, że w całkowitej analizie udział deformacji wynikający z przesunięcia poziomego ściany jest znikomy, a deformacji łączników okładziny, jak i złączy zabezpieczających ścianę przed obrotem znaczny.