Badania laboratoryjne i analizy numeryczne dotyczące konstrukcji elewacji ze stali austenitycznych

Abstrakt

Współczesne konstrukcje metalowo-szklane notują bardzo intensywny rozwój w obszarze rozwiązań materiałowych, pełnionych funkcji w budynku oraz efektów wizualnych związanych z architekturą realizowanych obiektów. W artykule przedstawiono badania struktury elewacyjnej budynku wysokiego użyteczności publicznej, która została zaprojektowana w postaci rusztu ze stali nierdzewnej i kompozytowych paneli z betonu zbrojonego włóknami. Głównym celem niniejszej pracy była ocena nośności, bezpieczeństwa i trwałości projektowanych rozwiązań, poprzez badania laboratoryjne i analizy numeryczne. Badania laboratoryjne prowadzono na trójwymiarowym stanowisku badawczym, na fragmencie elewacji w skali rzeczywistej, który zbudowano w laboratorium z materiałów i okładzin zastosowanych na realizowanym obiekcie. Fragment elewacji badany w laboratorium został przygotowany przez wykonawców realizujących ocenianą fasadę budynku, co pozwoliło odwzorować standard wykonania taki jak na obiekcie. Warunki brzegowe oraz przyjęte obciążenia odpowiadały wartościom oddziaływań, wyznaczonym na etapie projektowania elewacji wieżowca, przy czym oddziaływania wiatru były weryfikowane uzupełniającymi badaniami w tunelu aerodynamicznym. Przeprowadzono również badania materiałowe stali nierdzewnej, mające na celu określenie rzeczywistych parametrów wytrzymałościowych zastosowanego materiału. Badania przeprowadzono bezpośrednio przed rozpoczęciem realizacji konstrukcji fasady budynku. Wyniki badań eksperymentalnych wykorzystano do walidacji modelu numerycznego odwzorowującego badany fragment elewacji Trójwymiarowy model zbudowano z wykorzystaniem metody elementów skończonych co pozwoliło na odpowiednie odwzorowanie zarówno geometrii, parametrów materiałowych jak i zachowania się analizowanego fragmentu elewacji. Szczególny nacisk położono w artykule na określenie charakterystyki pracy konstrukcji wsporczej elewacji w kontekście odkształceń plastycznych stali nierdzewnej oraz wynikające stąd mechanizmy zniszczenia elementów tej konstrukcji. W tym celu przeprowadzono badania materiałowe stali nierdzewnej w celu określenia parametrów takich jak granica proporcjonalności i granica plastyczności. W artykule wskazano na specyficzny charakter pracy wsporników konstrukcji wsporczej przy uwzględnieniu występowania odkształceń plastycznych charakterystycznych dla stali nierdzewnej. W pracy przedstawiono też mechanizm zniszczenia badanego fragmentu elewacji w przypadku jego przeciążenia.