1.3 Metody navrhování a posuzování konstrukcí a zpracování statických výpočtů

Současně s technologickým pokrokem se rozvinuly předpisy a normy, které mají konstrukce splňovat, aby byla zaručena požadovaná spolehlivost konstrukce. Názor na spolehlivost konstrukcí se vyvíjel v průběhu uplynulého století [1], [2], [3], [4], [5], [6], [7]. Rozsah a obsah norem se zvýšil více než 5× (obr. 1.1) v průběhu století. Současná metodika navrhování podle mezních stavů resp. posuzování konstrukcí vychází ze statistické pravděpodobnostní metody, která je v platných normách převedena na výpočet s pomocí tzv. dílčích součinitelů spolehlivosti. Součinitele jsou různé pro materiálové charakteristiky a pro zatížení konstrukcí.

Pro rekonstrukce dřívějších konstrukcí jsou zásadně používány normy současné, tj. od března 2010 jsou to evropské normy ČSN EN. Normy platné v době vzniku rekonstruované konstrukce slouží pouze k informaci, abychom věděli, kde jsou slabá nebo silná místa konstrukce, zejména s ohledem na spolehlivost konstrukce požadovanou v současnosti. Postup nezbytných činností při přestavbě (rekonstrukci) je uveden rovněž v [1] a také v příručkách [8] a [9] a v publikaci [15].

V současnosti je velmi vzácný případ návrhu nosné konstrukce bez využití výpočetních programů.

Doba výpočtů na logaritmickém pravítku při použití silové nebo deformační metody již nenávratně minula (obr. 1.2). Od sedmdesátých let se používají pro výpočty vnitřních sil resp. napjatosti v konstrukci výpočetní programy na sálových počítačích založené na metodě konečných prvků. Od rozšíření osobních počítačů (tj. cca od roku 1990) se používají tyto programy zcela masově. Ve světě i u nás jsou v běžné inženýrské praxi používány převážně programy řešící konstrukce s materiálově lineárním chováním (např. FEAT, NEXIS, FIN, STRAP, STRUDL, SAP, RSTAB, SCIA ENGINEERING (dříve ESA), SPACE FRAME).

Základem těchto programů je obvykle prostorový prutový rám doplněný o základní plošné prvky (obvykle o obecný čtyřúhelník).

Řešení geometricky nelineárního chování je běžným vybavením většiny těchto programů. Vliv geometricky nelineárních výpočtů je významný pro konstrukce větších rozpětí nebo výšky (cca od 30ti m).

Programy umožňují stanovit vnitřní síly a přetvoření konstrukcí působících v prostoru, což umožňuje navrhování konstrukcí zvláštních neobvyklých tvarů, bohužel někdy zcela proti smyslu působících sil. Výpočetní programy vesměs dosud neobsahují prověřené a bezchybné subroutiny pro návrh a posuzování styků ocelových a dřevěných konstrukcí. Materiálově nelineární chování, tj. zejména plastické chování podle Van Miesesova diagramu je obsaženo vesměs jen v rozsáhlých systémech, které se běžně ve statické praxi nepoužívají (ANSYS, ADINA, ABACUS, NASTRAN, PATRAN, NONSAP, DIANA, FINALGE atd.). Výkresová dokumentace je většinou zpracovávána pomocí výpočetních programů do různé míry automatizovaných.

Vzhledem ke zvýšení rychlosti a numerické přesnosti statických výpočtů zpracovaných pomocí výpočetních programů stoupl rovněž tlak od investorů na termíny zhotovení dokumentace až do neúnosné míry. Je třeba si uvědomit, že zástupci investora jsou obvykle lidé s minimálními znalostmi o statice, funkci konstrukcí a též o projektování. Vesměs se soustřeďují na ekonomickou nebo nejvýše funkční a architektonickou stránku projektu a spolehlivost konstrukce je pro ně obvykle nejasným pojmem.

Obr. 1.2 Osobní výpočetní technika:

a) logaritmické pravítko (1850 Francouz Ameede Mannheim)
b) elektronické kalkulátory (sedmdesátá léta)
c) sálové a osobní počítače (~1980 – dosud)

Můžeme tedy úvodem říci, že máme výrazně lepší pomůcky pro navrhování konstrukcí a nástroje pro zpracování výkresové dokumentace. Dále jsou k dispozici velmi podrobné normy, které jsou oprávněni používat pouze pracovníci s vysokou specializací, máme vysoce kvalitní technologie na zpracování materiálu a výrobu konstrukcí a je výrazně vyšší počet inženýrů statiků, než jich bylo před cca 70ti lety.

Přes tyto skutečnosti dochází stále k poruchám a haváriím konstrukcí, a to nejen konstrukcí již letitých, ale i zcela nových. Tato publikace se zabývá některými poruchami ocelových a dřevěných konstrukcí [11], [12], [18], [19], [20], [23], [24], [25]. Snaží se nalézt příčiny uvedenýchporuch, obdobné příčiny lze ale specifi kovat i u konstrukcí železobetonových eventuálně zděných.

Další informace najdete přímo v publikaci vydané nakladatelstvím GRADA s názvem Havárie, poruchy a rekonstrukce, kterou zpracoval Milan Vašek ...