English
Język Polski
Wpływ układu zakotwień i stężeń na charakterystyki dynamiczne rusztowań fasadowych
DOI:
https://doi.org/10.24425/ace.2023.147672Abstrakt
Rusztowania fasadowe to tymczasowe konstrukcje użytkowe wspomagające prace budowlane. Istotne jest zapewnienie bezpieczeństwa konstrukcji i pracowników, a także komfortowych warunków pracy ich użytkownikom poprzez zmniejszenie poziomów drgań docierających do nich. Podstawowe charakterystyki dynamiczne rusztowań fasadowych to częstotliwości drgań własnych oraz odpowiadające im postacie drgań. Pierwsza częstość drgań własnych w przypadku konstrukcji tego typu zazwyczaj mieści się w zakresie od 0,7 do 4 Hz, a więc są to wielkości zgodne z częstościami generowanymi przez wiele urządzeń działających na rusztowaniu, a także są one zbliżone do częstości rezonansowych części ciała ludzkiego. Częstotliwość drgań własnych uzależniona jest od rozmiarów rusztowania, jego masy oraz masy dodatkowej zgromadzonej na rusztowaniu (materiały budowlane, siatki ochronne i plandeki, użytkownicy rusztowania), a także od sztywności konstrukcji. Projektant pojedynczego rusztowania nie ma wpływu na elementy katalogowe systemu rusztowaniowego. Możliwe jest jednak zwiększenie sztywności rusztowania poprzez odpowiednio zaprojektowany system kotwienia konstrukcji rusztowania i przez prawidłowe stosowanie stężeń. Wymagany układ stężeń oraz rozstawy zakotwień w typowych rusztowaniach fasadowych można znaleźć w przepisach normowych lub katalogach producentów systemów rusztowań. Przeprowadzono obliczenia komputerowe przykładowego rusztowania fasadowego o średniej wielkości. Model metody elementów skończonych został stworzony w programie Autodesk Simulation Multiphysics 2013. Oryginalny model zawierał stężenia i zakotwienia zaproponowane przez projektanta konstrukcji rusztowania na podstawie wymagań producenta systemu. W kolejnych wariantach modyfikacji ulegała liczba pionów ze stężeniami, tj. z oryginalnej liczby pionów stężeń (3) pozostawiono 2 (rusztowanie słabo stężone), a następnie liczbę pionów stężeń zwiększono do 5 (rusztowanie przesztywnione). Podobnie, analizie poddano wpływ liczby zakotwień. Założono, że fragment konstrukcji pozostaje niezakotwiony, co wprowadzono do modelu przez eliminację 6 kotew w trzech etapach. Ostatni wariant modyfikacji oryginalnego sytemu zakotwień to równomierne usunięcie 10 spośród 36 ogółem punktów zakotwień. Wyniki obliczeń zostały zebrane w postaci pierwszych dziesięciu częstości drgań własnych. Analizowano także postacie drgań własnych, odpowiadające zbliżonym częstościom drgań. Zwiększenie liczby stężonych pól i większa liczba zakotwień powoduje zwiększenie częstotliwości drgań własnych. Nie jest to jednakowa zmiana dla wszystkich częstości i postaci. Stężenia mają większy wpływ na postaci związane z drganiami poziomymi wzdłuż fasady, podczas gdy liczba zakotwień wpływa istotnie na wartości związane z postaciami z przemieszczeniami prostopadle do fasady. Pozostawienie dużego obszaru pozbawionego zakotwień powoduje znaczne zmniejszenie przede wszystkim pierwszej częstości drgań własnych. Taka sytuacja jest niedopuszczalna, a mimo to spotykana w przypadku rusztowań zlokalizowanych przy istniejących budynkach, gdzie z powodów technologicznych kotwienie części konstrukcji jest utrudnione i czasem przez projektantów zaniedbywane. Należy również mieć na uwadze, że niedostateczne kotwienie i stężenie rusztowań fasadowych ma wpływ nie tylko na ich charakterystyki dynamiczne, ale także na wytężenie elementów konstrukcji. Może to prowadzić do stanów awaryjnych, mimo nieprzekroczenia dopuszczalnych wielkości obciążeń.Bibliografia
[1] J. Jia, Essentials of applied dynamic analysis. Berlin, Heidelberg: Springer, 2014, doi: 10.1007/978-3-642-37003-8.
[2] J. Bęc, E. Błazik-Borowa, P. Jamińska-Gadomska, and T. Lipecki, “Vibrational environment at scaffoldings”, in EEBP8, 2018 – Environmental Effects on Buildings and People, T. Lipecki and A. Flaga, Eds. Cracow-Lublin: Polish Association for Wind Engineering, 2018, pp. 85-86.
[3] J. Bęc, E. Błazik-Borowa, P. Jamińska-Gadomska, and T. Lipecki, “Vibrational characteristics of façade frame scaffoldings”, Archives of Civil Engineering, vol. 66, no. 3, pp. 467-484, 2020, doi: 10.24425/ace.2020.134408.
[4] T. Lipecki, P. Jamińska-Gadomska, J. Bęc, and E. Błazik-Borowa, “Façade scaffolding behaviour under wind action”, Archives of Civil and Mechanical Engineering, vol. 20, no. 1, 2020, doi: 10.1007/S43452-020-00034-0.
[5] T. Lipecki, P. Jamińska-Gadomska, and E. Błazik-Borowa, “Dynamic wind action on façade scaffoldings”, AIP Conference Proceedings, vol. 1922, no. 1, art. no. 110001, 2018, doi: 10.1063/1.5019104.
[6] P. Jamińska, “Analiza działania wiatru na układ budynek z rusztowaniem”, Budownictwo i Architektura, vol. 12, no. 2, pp. 111-118, 2013.
[7] T. Lipecki, P. Jamińska-Gadomska, and E. Błazik-Borowa, “Wind load on façade scaffolding without protective cover – Eurocode and in-situ measurement approaches”, Journal of Building Engineering, vol. 42, art. no. 102516, 2021, doi: 10.1016/J.JOBE.2021.102516.
[8] T. Lipecki, P. Jamińska-Gadomska, E. Błazik-Borowa, and J. Bęc, “Szacowanie oddziaływania wiatru na rusztowanie w świetle badań w skali rzeczywistej”, Fizyka Budowli w Teorii i Praktyce, vol. 9, no. 4, pp. 9-14, 2017.
[9] E. Blazik-Borowa, et al., “Analysis of the load bearing capacity of scaffoldings used in Poland”, IOP Conf Ser Mater Sci Eng, vol. 951, no. 1, doi: 10.1088/1757-899X/951/1/012023.
[10] P. Jamińska-Gadomska, Analiza oddziaływania wiatru na układ budynek-rusztowanie. Wydawnictwo Politechniki Lubelskiej, 2020.
[11] F. Wang, Y. Tamura, and A. Yoshida, “Wind loads on clad scaffolding with different geometries and building opening ratios”, Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, vol. 120, pp. 37-50, 2013, doi: 10.1016/J.JWEIA.2013.06.015.
[12] E. Błazik-Borowa and J. Bęc, “Influence of dynamic properties on scaffoldings safety”, Archives of Civil and Mechanical Engineering, vol. 21, no. 4, art. no. 144, 2021, doi: 10.1007/s43452-021-00295-3.
[13] P. Cyniak, I. Szer, J. Szer, T. Lipecki, and E. Błazik-Borowa, “Wpływ obciążenia dynamicznego na wytężenie konstrukcji rusztowania”, Journal of Civil Engineering, Environment and Architecture, vol. 64, no. 3, pp. 487-497, 2018, doi: 10.7862/rb.2017.140.
[14] M. Pieńko, A. Robak, E. Błazik-Borowa, and J. Szer, “Safety conditions analysis of scaffolding on construction sites”, International Journal of Civil and Environmental Engineering, vol. 12, no. 2, pp. 72-77, 2018.
[15] J. Bęc and E. Błazik-Borowa, “Dynamic properties of façade frame scaffoldings”, MATEC Web of Conferences, vol. 285, art. no. 00001, 2019, doi: 10.1051/matecconf/201928500001.
[16] M. Pieńko, A. Robak, and E. Błazik-Borowa, “Rusztowania budowlane – przepisy a praktyka”, Budownictwo i Architektura, vol. 15, no. 2, pp. 5-12, 2016.
[17] E. Błazik-Borowa, P. Jamińska-Gadomska, and M. Pieńko, “Influence of foundation quality on the stress in the elements of steel façade scaffolding”, Buildings, vol. 10, no. 7, pp. 1-13, 2020, doi: 10.3390/BUILDINGS10070130.
[18] M. Pieńko, A. Robak, and E. Błazik-Borowa, “Scaffoldings used during the renovation of the Metropolitan Cathedral of St. John The Baptist and St. John The Evangelist in Lublin”, Civil And Environmental Engineering Reports, vol. 19, no. 4, pp. 79-86, 2015, doi: 10.1515/ceer-2015-0054.
[19] ALTRAD-MOSTOSTAL, “Assembly Manual – MOSTOSTAL Plus Frame Scaffoldings”. [Online]. Available: http://www.altrad-mostostal.pl/wp-content/uploads/2020/02/instrukcje_rusztowania_ramowe_EN.pdf. [Accessed: 27. Apr. 2023].
[20] PN-EN 12810-2:2010 Rusztowania elewacyjne z elementów prefabrykowanych – Część 2: Specjalne metody projektowania konstrukcji. PKN, 2010.
[21] PN-EN 12811-1:2007 Tymczasowe konstrukcje stosowane na placu budowy – Cześć 1: Rusztowania – Warunki wykonania i ogólne zasady projektowania. PKN, 2007.
[22] PN-M-47900-2:1996 Rusztowania stojące metalowe robocze – Rusztowania stojakowe z rur. PKN, 1996.
[23] J. C. Rubio-Romero, M. Carmen Rubio Gámez, and J. A. Carrillo-Castrillo, “Analysis of the safety conditions of scaffolding on construction sites”, Safety Science, vol. 55, pp. 160-164, 2013, doi: 10.1016/j.ssci.2013.01.006.
[24] P. Jamińska-Gadomska, J. Bęc, T. Lipecki, and A. Robak, “Verification of the façade scaffolding computer model”, Archives of Civil Engineering, vol. 64, no. 1, pp. 41-53, 2018, doi: 10.2478/ace-2018-0003.
[25] P. Cyniak, E. Błazik-Borowa, J. Szer, T. Lipecki, and I. Szer, “The choice of boundary conditions and mesh for scaffolding FEM model on the basis of natural vibrations measurements”, AIP Conference Proceedings, vol. 1922, no. 1, art. no. 150002, 2018, doi: 10.1063/1.5019155.
Pobrania
Opublikowane
Jak cytować
Numer
Dział
