Předpjaté lanové systémy pro skleněné fasády Numerická analýza, návrh a robustnost systému

Abstract

Disertace zkoumá chování rovinných skleněných fasád s předpjatými lanovými sítěmi prostřednictvím modelů řešených metodou konečných prvků s důrazem na jejich strukturální integritu za různých podmínek. Řešeny byly případy s různými velikostmi skleněných tabulí, spolu s podrobným zkoumáním jejich konstrukčních součástí včetně předpjatých lan, skleněných tabulí, bodovým držením zasklení a šroubů. S využitím softwaru ANSYS 2021 R2 byly modely validovány na dostupných experimentech, potvrzujících výsledky numerického přístupu. Analýza zahrnovala posouzení citlivosti sítě konečných prvků, optimalizaci konfigurace sítí pro různé fasádní prvky a dopad různých úrovní předpětí nebo průměrů lan na chování fasády při zatížení větrem. Významná část výzkumu se zaměřila na účinky ztráty předpětí v lanech a analyzovala scénáře, kdy lana ztratila 33 %, 66 % nebo celou kapacitu původní síly předpětí. Výzkum v konečném důsledku představuje komplexní pohled na strukturální chování předpjatých skleněných fasád s lanovou sítí a poskytuje nahlédnutí pro optimální návrhový přístup, důsledky ztráty předpětí a odolnost takových konstrukcí za různých podmínek. Zjištění naznačují, že zatímco lanové sítě mají značné bezpečnostní rezervy, pečlivé zvážení předpětí lan a potenciál ztráty předpětí je zásadní pro zajištění dlouhodobého fungování a bezpečnosti systémů prosklených fasád.

The Thesis investigates the behaviour of planar prestressed cable-net glass facades through the analysis of finite element (FE) models, emphasizing their structural integrity under various conditions. Various models were considered, featuring different sizes of glass panes and total facade dimensions, alongside a detailed examination of their construction components, including prestressed cables, glass panes, glazing support attachments, and bolts. Using ANSYS 2021 R2 software, the models were validated against experimental data, confirming the accuracy of the numerical approach. The analysis covered aspects like mesh sensitivity, optimal mesh configurations for various facade elements, the impact of different prestressing levels and cable diameters on facade performance under wind loads. A significant part of the investigation focused on the effects of prestressing loss in cables, analysing several scenarios, where cables lost 33%, 66% or the full capacity of their initial prestressing force. In general, the research presents a comprehensive view of the structural behavior of prestressed cable-net glass facades, providing insights into optimal design practices, the implications of prestressing loss, and the resilience of such structures under varied conditions. The findings suggest that while cable-nets have considerable safety margins, careful consideration of cable prestressing and the potential for prestressing loss is crucial for ensuring the long-term performance and safety of glass facade systems.