Statická analýza založená na prvcích nebo 3D konstrukční analýza? Software pro statickou analýzu a návrh konstrukcí je obvykle založen na jednom z těchto dvou přístupů výpočtu a navrhování konstrukcí. Čím se tyto dva přístupy liší? Jak se vzájemně doplňují? A co to znamená pro výběr při hledání vašeho vhodného softwaru pro statickou analýzu a navrhování? Odpovědi najdete v tomto článku.
 

Shrnutí

> Při analýze založené na prvcích se ověřování, výpočty a návrhy konstrukce provádějí na základě zatížení působících na jednotlivé komponenty.

> Oproti tomu při statické analýze pomocí 3D modelů se celá nosná konstrukce modeluje, analyzuje a navrhuje jako ucelený systém, obvykle pomocí metody konečných prvků.

> Oba přístupy se vzájemně doplňují a společně pokrývají různé požadavky na statickou analýzu a návrh konstrukcí.
 

Profesionální a výkonný software pro statickou analýzu a návrh konstrukcí je pro statiky nepostradatelným nástrojem již desítky let. Počítačem podporované modelování, výpočty a navrhování umožňují inženýrům plnit stále rostoucí požadavky průmyslu na hospodárnost, efektivitu, spolehlivost a digitální spolupráci. Software pro statickou analýzu a návrh konstrukcí nejen zajišťuje posouzení v souladu s normami a legislativou, ale také poskytuje spolehlivé výpočty v nejkratším možném čase. Navíc v době, kdy se architektonické návrhy stávají stále sofistikovanějšími a složitějšími, umožňuje statikům proměnit tyto kreativní návrhy ve skutečnost.

Za prvé je důležité si uvědomit, že ne všechny programy pro statickou analýzu jsou stejné. Je to dáno především tím, že ve statické analýze a navrhu nosných konstrukcí existují dvě legitimní, ale zásadně odlišné přístupy. Software pro statickou analýzu a navrhování je obvykle založen na jednom z následujících dvou přístupů:

> Analýza založená na prvcích a navrh konstrukcí: Tradiční, prvkově orientovaná statická analýza a návrh se řídí filozofií provádění statických posudků, výpočtů a návrhů konstrukce na základě zatížení působících na jednotlivé prvky. Každý prvek je považována za samostatný element s vlastní geometrií, materiály a zatížením.

> 3D analýza a navrh konstrukcí: Při statické analýze a návrhu konstrukce pomocí 3D modelu se naopak celá nosná konstrukce modeluje, analyzuje a navrhuje jako ucelený systém, obvykle pomocí metody konečných prvků. To umožňuje statikům zohlednit globální vzájemné působení sil mezi všemi součástmi prvky systému jako celku.

Protože statická analýza zaměřená na prvky posuzuje každý prvek zvlášť, lze prvky vypočítat a navrhovat s mimořádnou přesností, vysokou úrovní detailů a vysoce specializovanými posudky. Statik rozhoduje, které prvky konstrukce jsou vhodné pro přenos zatížení do základů, a jsou proto klasifikovány jako nosné.
 

Mezi výhody statické analýzy orientované na prvky patří:

> Efektivita a úspora času: Posouzení jednotlivých prvků výrazně snižuje náročnost modelování a výpočtu. Kromě toho statik může navíc seskupit související prvky (např. betonové sloupy ve stejném podlaží) a vypočítal pouze jeden prvek jako reprezentanta ostatních. Není tedy nutné ověřovat každý prvek zvlášť.

> Kontrolovatelnost a věrohodnost: Výsledky výpočtu jsou přehledné a velmi snadno pochopitelné. Každé posouzení se jednoznačně vztahuje ke konkrétnímu prvku, což umožňuje vytvořit obzvláště jasné, věrohodné a dobře kontrolovatelné výsledky a dokumentaci pro všechny zúčastněné strany – včetně autorizovaného inženýra odpovědného za jejich kontrolu.

> Vysoká úroveň detailu: Změny lze provádět a ověřovat přímo na jednotlivém prvku s vysokou mírou detailu, nezávisle na celém systému. Pokud změny nezpůsobí významné interakce mezi jednotlivými prvky, jsou úpravy návrhu jednodušší než u 3D modelu.

Díky těmto vlastnostem využívají staticiprvkově orientovanou statickou analýzu především u konvenčních konstrukcí v tradiční pozemní výstavbě, kde je přenos zatížení jasně definován a přímočarý. Tento přístup se osvědčil při návrhu obytných a kancelářských budov i rodinných domů, protože ve srovnání se složitější statickou analýzou pomocí 3D modelů poskytuje rychleji ověřitelné a kontrolovatelné výsledky.

Při statické analýze pomocí 3D modelů jsou nosné konstrukce modelovány, počítány a navrhovány jako ucelený systém, což umožňuje zohlednit globální interakce mezi jednotlivými prvky. Tento komplexní pohled na nosnou konstrukci umožňuje statikům provádět posouzení celé konstrukce, složité dynamické analýzy (např. posouzení při zemětřesení) a přesně zohledňovat nelineární chování konstrukce.

Mezi výhody 3D analýzy konstrukcí patří:

> Složité geometrie: U konstrukcí volného tvaru nebo budov s nepravidelným rastrem je přenos zatížení často nejasný. Pro přesnou a hospodárnou statickou analýzu jsou 3D modely nezbytné, protože realisticky znázorňují nejen složité interakce mezi prvky a jejich vzájemné závislosti, ale také celkový tok sil a zatížení.

> Dynamické analýzy: Metoda konečných prvků umožňuje provádět dynamické analýzy interakce celého systému – například v případě zatížení zemětřesením, větrem, vibracemi nebo teplotními účinky. Lze tak identifikovat lokální nestability a globální poruchy stability konstrukce.

> Automatický přenos zatížení: Protože je systém posuzován jako celek, reakce konstrukčních prvků se automaticky přenášejí jako zatížení na prvky pod ním. Změny provedené na jednom prvku ve 3D modelu mají automaticky okamžitý vliv na celý systém.

Složité volně tvarované konstrukce, jako jsou tenkostěnné skořepiny, membránové konstrukce, výškové budovy nebo mosty, lze spolehlivě navrhovat pomocí softwaru pro 3D statické výpočty a návrh a počítat metodou konečných prvků. Pokud je tok sil a zatížení nejasný a interakce mezi prvky významná, přístup statické analýzy zaměřené na prvky naráží na své limity a nepostradatelným nástrojem se stává statická analýza celého 3D systému. Nicméně statická analýza orientovaná na prvky může být dokonalým doplňkem 3D statické analýzy, například pro posuzování složitých uzlů nebo jednotlivých prvků odděleně od celého systému pomocí velmi specifických posudků.

Tyto dva přístupy ke statické analýze a návrhu konstrukcí si navzájem nekonkurují. Naopak, díky svým odlišným výhodám se vzájemně dokonale doplňují a při společném použití pokrývají různé požadavky statické analýzy a návrhu konstrukcí. To představuje výhodný výchozí bod pro majitele firem nebo manažery, protože jim to umožňuje vybrat z široké nabídky taková softwarová řešení, která nejlépe odpovídají jejich potřebám. Zároveň je však nutné si nejprve ujasnit, pro jaké typy konstrukcí chcete poskytovat projekční služby a jaké požadavky musí software pro statickou analýzu a návrh konstrukcí splňovat. 
 

Při stanovování svých požadavků si odpovězte na následující klíčové otázky:

> Typy konstrukcí: Jak složité jsou konstrukce navrhované v mé moje projekční kancelář? Navrhuji pouze jednoduché, konvenční konstrukce, nebo i konstrukce se složitou geometrií?

> Ověřování: Jaký typ a formu statických posudků potřebuji zpracovávat? Stačí jednoduché nelineární posouzení jednotlivých prvků, nebo je třeba zohlednit vzájemné působení k prvků? Je dostačující zjednodušené seismické posouzení, nebo je nutný 3D návrh na účinky zemětřesení?

> Materiály: Jaké materiály jsou v mých projektech běžně používány a dokáže software pro statickou analýzu modelovat všechny používané stavební materiály?

> Obor: Zaměřuje se moje projekční kancelář výhradně na pozemní stavby y, nebo musí software pro statickou analýzu splňovat také požadavky inženýrského stavitelství (např. stavební jámy, hlubinné základy nebo mosty)?

Každý stavební projekt klade na inženýrskou firmu, a tedy i na rozsah softwaru pro statickou analýzu, jedinečné požadavky. Nejprve důkladně analyzujte své potřeby, abyste zúžili výběr softwaru na řešení, které vás pro vaše projekty nejlépe vybaví. Zvažte také kombinaci softwaru pro statickou analýzu zaměřenou na prvky a statickou analýzu s využitím 3D modelů, abyste mohli využít výhod obou přístupů.

Vyžádejte si bezplatnou ukázku