Úvod
Schöck Isokorb® jsou speciální komponenty používané pro přerušení tepelných mostů v betonových konstrukcích. Tento modul se uplatňuje zejména v případě balkonu spojeného se železobetonovou deskou stropu. Při návrhu takového detailu je třeba zvážit vhodný numerický model. Článek popisuje několik metod možností výpočtu metodou konečných prvků v programu SCIA Engineer.
Definice modelu
Schöck Isokorb® je speciální prvek, který se skládá z ohýbaných vyztužených prutů přenášejících tah v detailu a HTE-kompaktního materiálu přenášejícího tlak. Izolační mezera mezi konstrukcí a balkonem je vyplněna tvrdým pěnovým polystyrenem. Tento prvek je schopen přenášet ohybové momenty a smykové síly v závislosti na zvoleném typu vyráběného modelu. Torzní momenty však nelze přenášet vůbec. Přenos vnitřních sil závisí na stanovené tuhosti komponenty.
Obr. - Modelové schéma Isokorbu převzaté z [1].
Obecně existují tři možnosti, jak v programu SCIA Engineer správně vytvořit model s Isokorbem:
- Oddělíme z modelu část balkonu a výsledné reakce aplikujeme na betonovou desku budovy.
- Použijeme liniový kloub s vhodnou tuhostí.
- Použijeme nelineární kontaktní kloub.
Doporučení pro Isokorb [1]
Technické informace podle normy EN1992-1-1 [2] pro Schöck Isokorb® obsahují pokyn pro modelování metodou konečných prvků. Společnost Schöck doporučuje následující postup pro navrhování prvků Schöck Isokorb®:
- Oddělte vnější prvek od nosné konstrukce budovy.
-
Určete vnitřní síly na vnějším prvku s ohledem na hodnoty tuhosti pružiny pomocí následujících doporučených přibližných hodnot pružin pro Schöck Isokorb®:
- 10 MNm/rad/m pro rotační pružinu
-
250 MN/m² pro svislou pružinu
Obr. - Modelové schéma Isokorbu převzaté z [1].
- Vyberte typ pružiny Schöck Isokorb® včetně stanovených návrhových hodnot pro smykovou sílu vEd a moment mEd.
-
Vypočtené smykové síly vEd a momenty mEd aplikujte jako vnější zatížení na hranu nosné konstrukce (např. stropní desky).
Obr. - Modelové schéma Isokorbu převzaté z [1].
Případová studie
Modelování a porovnání výsledku je demonstrováno na desce o tloušťce 250 mm a rozměrech 3,0 x 6,0 m z betonu C25/30, na kterou navazuje balkon ze stejného materiálu a stejné tloušťky o rozměrech 2,0 x 4,0 m. Na celou konstrukci působí rovnoměrné stálé zatížení 1,0 kN/m2 a proměnné zatížení 1,5 kN/m2.
Metoda 1 - Oddělení části balkonu od modelu a aplikování výsledných reakcí na betonovou desku budovy
První metoda je založena na oddělení balkonu od zbytku konstrukce a správném definování podpory na spojovací hraně. Na základě získané reakce se zatížení aplikuje na zbytek konstrukce s opačným znaménkem. Tuhosti podpory jsou patrné z následujícího obrázku.
Poznámka: Určení reakce od balkonu a redefinice zatížení na hlavní podlahu se musí provést pro každý zatěžovací stav samostatně.
Následně se určí reakce na balkonu a přenesou se na hlavní desku.
Zatěžovací stav - trvalý
Zátěžový stav - proměnný
Jak je vidět, tato metoda je poměrně pracná, protože vyžaduje ruční zásah při odečítání reakcí a zadávání zatížení na desku. Proto se podíváme na další, efektivnější metodu.
Metoda 2 - Použití liniového závěsu s vhodnou tuhostí
Uživatelsky přívětivějším přístupem, jak definovat skutečné chování Isokorbu, je použití liniového kloubu se speciálními vlastnostmi v jednom společném modelu. Liniový kloub se definuje v hraně balkonu s následujícími doporučenými parametry. Pro přenos smykové síly (uz) i ohybového momentu (fix) se použijí pružné tuhosti.
Metoda 3 - Použití nelineárního kontaktního kloubu
Předchozí metody vycházejí z lineární analýzy. Třetí metoda využívá tzv. kontaktů, které jsou ve skutečnosti nelineární funkcí liniového kloubu.
Na základě předpokladů jsou nelineární funkce pro svislý posun a rotaci definovány následovně. Jak je znázorněno na obrázku, kloub se chová odlišně v tlaku a v tahu. Ve skutečnosti nedochází k přenosu zatížení v tlaku a chování v tahu je lineární. Abychom získali výsledky založené na těchto nelineárních funkcích, je nutné definovat nelineární kombinaci a spustit nelineární výpočet.
Nelineární funkce posunu
Diskuse k výsledkům
Na následujících obrázcích jsou porovnány výsledky všech tří metod. Nejprve se podíváme na ohybové momenty v konstrukci. Ohybové momenty jsou u všech tří metod téměř stejné, jak je vidět na následujícím obrázku pro lineární výpočet.
Kromě toho je rozdíl ohybových momentů mezi lineárním a nelineárním výpočtem také velmi malý, jak je uvedeno níže.
Model 2 - lineární výpočet
Také v případě průhybů nastává pro lineární výpočet dobrá shoda výsledků (viz níže).
Při porovnání výsledků po nelineárním výpočtu lze však u třetí metody pozorovat vysoké průhyby, což je způsobeno absencí skutečné výztuže při nelineárním výpočtu, která bude mít v tomto případě na průhyb významný vliv.
Závěry
V tomto článku byly demonstrovány tři možné metody modelování prvků Schöck Isokorb®. Jak bylo ukázáno, lze použít všechny tři metody, ale s různou mírou náročnosti při modelování. První metoda vyžadovala ruční zadání hodnot reakcí z volného balkonu na hlavní desku, což by mohlo být zdrojem chyb. Třetí nelineární metoda vyžaduje definici skutečné výztuže v konstrukci, aby se získal správný průhyb balkonu. Druhá metoda je proto dobrým kompromisem, neboť používá lineární kloub s doporučenými hodnotami tuhosti, který poskytuje dobré výsledky při malé náročnosti modelování.
Odkaz
[1] Schöck Isokorb® - Technické informace; https://www.schoeck.com/view/2664/Technical_Information_Schoeck_Isokorb_...
[2] EN1992-1-1 - Eurokód 2: Navrhování betonových konstrukcí - Část 1-1: Obecná pravidla a pravidla pro budovy.