W latach 1995–2006 autor zorganizował cykl dwunastu konferencji na temat lekkich konstrukcji w budownictwie. W księgach konferencyjnych wydano 606 prac napisanych przez 634 autorów z 47 krajów. Podane niżej informacje mają więc silne poparcie w rzetelnej wiedzy.

Ważniejsze osiągnięcia
Doroczne sympozja IASS czy IABSE przedstawiają regularnie informacje o bardziej interesujących obiektach – budynkach, mostach, stadionach itp., będących często jeszcze w trakcie budowy. Ponadto konferencje LSCE (Lekkie Konstrukcje w Inżynierii Lądowej) organizowane co roku w Polsce w latach 1995–2005 dają doskonały przegląd stanu wiedzy w tej dziedzinie. Po zapoznaniu się z tymi materiałami możemy ostrożnie sprecyzować następujące wnioski:
 

• najchętniej obecnie stosowanymi materiałami są: stal, drewno, aluminium i kompozyty;
• żelbet w większości konstrukcji jest stosowany na: fundamenty, wypełnienie rur stalowych, form kompozytowych, a nawet bambusa (!) na elementy ściskane, słupy, mosty mniejszej rozpiętości itp.;
• na elementy składowe konstrukcji często są stosowane: liny, membrany (miękkie lub stalowe), pręty cienkościenne, kratownice i układy prętowo-cięgnowe;
• najwyższy (2007) budynek ma 508 m wysokości (Taipei 101);
• najdłuższe przęsło mostu ma rozpiętość 1990 m (Akashi-Kaikyo);
• najwyższy wiadukt zbudowany we Francji (wiadukt Millau) ma długość 2460 m, z cienkościennym stalowym pomostem jezdnym o szerokości 32 m, ma najwyższą
• cienkościenną, żelbetową podporę 244,58 m oraz stalowy pylon powyżej pomostu jezdnego o wysokości 88,92 m;
• największa rozpiętość stalowej kopuły prętowej przekrać
• największe przekrycie membranowe ma ok. 300 m rozpiętości – Millenium Dome, Londyn.

Schematy konstrukcyjne
W budownictwie ekstremalnym obserwuje się stosowanie prostych i sprawdzonych rozwiązań, lecz w innej skali. Ich zestawienie można ująć następująco:
 

• cienkie powłoki żelbetowe o grubości w zworniku nawet 1,5 cm (!) – projektowane przez Eislera
• łuki cienkościenne lub kratoweza nieco 200 m (USA);

Szklane elementy osłonowe
Pomimo dużej gęstości szkła jest ono chętnie stosowane, gdyż obok dobrego oświetlenia wnętrz stwarza poczucie nowoczesności, elegancji i lekkości obiektu.
Stosowane materiały
Stosując szczególnie nowe materiały należy zwrócić uwagę, że o ich wytrzymałości decydują, biorąc w dużym uproszczeniu, wspólnie dwa podstawowe ich parametry: moduł sprężystości i dopuszczalne odkształcenia. W najprostszym przypadku może to być dobrze wyjaśnione wzorem:
                                                     a =Ee
Ponadto na nośność całej konstrukcji ma wpływ stosunek modułu Younga E do gęstości materiału. Tak więc, drewno sosnowe ma niemal ten sam współczynnik                                  E/ρ jak metale - stal czy aluminium.
Następnym istotnym parametrem ekonomicznym projektowanej konstrukcji są koszty stosowanych materiałów i ich dostępność na rynku.
Do specjalnej kategorii konstrukcji należą ściany i dachy szklane itp. Klasyczne szkło jest obecnie specjalnego gatunku, najczęściej kilkuwarstwowe, zabezpieczone przeciw uderzeniom, przenikalności światła, ciepła i dźwięku. Płyty szklane mają wymiary do ok. 3 x 3 m. Najbardziej znane są tu konstrukcje projektowane przez J. Schlaicha.

Miękkie membrany (tekstylne) są produkowane przez kilka firm. Tu do istotnych zagadnień należą: trwałość, wstępne sprężenie, przewodność światła, ciepła i nawet dźwięku. Tu też bywają stosowane rozwiązania kilkuwarstwowe.
Ponownie obserwuje się powrót do stosowania drewna: naturalnego w postaci drągowiny (oszczędność materiału i robocizny) lub przede wszystkim klejonego i zbrojonego - odpornego na insekty, korozję, a nawet pożary,
Połączenia
Wykonanie konstrukcji wymaga połączenia w jedną całość wielu elementów. Powstaje problem zarówno ekonomiczny, jak i organizacyjny, aby jak najszybciej, najlepiej i najtaniej wykonać połączenia. Największą efektywność i jakość połączeń uzyskuje się w specjalistycznych wytwórniach, a nie na budowie. Z drugiej strony, nierzadkie są decyzje, aby na budowie bardzo odpowiedzialnych obiektów nie dokonywać połączeń śrubowych, lecz wykonywać spawanie i to ręczne! Tak wykonywano np. konstrukcję wysokościowca Taipei 101, dach Indoor Stadium w Singapurze i wiele innych. Często w konstrukcjach przewidziano połączenia zatrzaskowe. Jednocześnie dla przekryć dachowych dużej rozpiętości stosuje się łączenie prętów z węzłami raczej za pomocą elementów gwintowanych i śrub. Warto zauważyć, że koszt wykonania węzłów dachowej struktury prętowej może sięgnąć 60% ceny wykonania całej konstrukcji. Dlatego poszukuje się rozwiązań najprostszych technologicznie i najszybszych w montażu.

Kształtowanie konstrukcji
Jak pokazały różnorodne badania, kształt globalny powłoki żelbetowej lub prętowej ma ogromny wpływ na wartości i rozkład w niej sił przekrojowych. Toteż niezmiernie ważne są poszukiwania kształtu zapewniającego powłoce pracę „bezmomentową”. Jak wykazano, w praktyce doświadczalne określenie takiego kształtu jest bardzo szybkie i bardzo skuteczne, zastępując kosztowne i czasochłonne obliczenia numeryczne,
Podobne efekty można osiągnąć eksperymentując z bańkami mydlanymi i na wiele innych sposobów.
Innym ważnym technicznie sposobem wpływania na zmniejszenie koncentracji sił w konstrukcji prętowej jest stosowanie podpór wielo-punktowych,.
Mówiąc o określaniu kształtu globalnego konstrukcji, nie sposób nie wspomnieć o poszukiwaniu ciekawych form geometrycznych, a tym samym i efektów architektonicznych.

Stanowi to podstawę do defi niowania regularnych wielościanów wpisanych w kulę. Do najciekawszych prac w tej dziedzinie należą książki Gabriela [1], Makowskiego [4–6] Nooshina [7, 8] i publikacje Huybersa. Następnym krokiem przy projektowaniu jest opis numeryczny geometrii takich obiektów; tu bardzo pomocny jest język FOR-MIAN opracowany przez Nooshina i jego współpracowników [8].
                                                       prof. dr hab. inż. JAN B. OBRĘBSKI
                                              więcej na www.inzynierbudowanictwa.pl

powrót

Liczba wyświetleń: 692