Innehållsförteckning
Bläddra bland kategorierna
Toppförfattare
Beräkning av draghållfastheten hos kedjor och dragstänger i en kulturhistorisk byggnad
Att bevara Italiens historiska arv är avgörande för att skydda vår kulturella identitet. Casa Desanti-Bossi i Novara är ett viktigt inslag i Italiens rika historia. Idag säkerställer förstärkningssystem, särskilt dragstänger, den strukturella stabiliteten hos detta arv och uppfyller moderna krav på säkerhet och användbarhet.
Engineering Controls Srl använde Dewesoft för att analysera dragstängernas resonansfrekvenser. De övervakade även strukturen och dess stödsystem, vilket hjälper till att förebygga skador och minska underhållskostnader.
Engineering Controls Srl är ett italienskt företag inom byggnadsteknik som grundades 1988. Verksamheten omfattar civil-, geoteknisk- och vägprojektering genom laboratorietester och materialundersökningar på plats. Företaget beslutade att övervaka och analysera den stora villan i Novara, Casa Desanti-Bossi. Villan ritades av den berömda arkitekten Alessandro Antonelli och är en symbol för italiensk nyklassicistisk arkitektur.
Byggnation och historisk utveckling
Alessandro Antonelli (14 juli 1798 – 18 oktober 1888) är känd för sina betydelsefulla byggnader, däribland Mole Antonelliana i Turin, som är uppkallad efter honom. Han ritade även katedralen i Novara och basilikan San Gaudenzio i Novara.
Casa Desanti-Bossi, som byggdes mellan 1857 och 1861, utmärker sig genom sin balans mellan monumentala former och dekorativa detaljer. Antonelli utformade huset i Novara som en ny typ av bostad för medelklassen. Det återspeglade samhällsförändringarna under 1800-talet, en period präglad av ekonomiska, sociala och kulturella förändringar i takt med att moderniteten tog form.
Ursprungligen ägd av familjen Desanti har Casa Bossi bytt ägare och funktion flera gånger. År 1880 köpte Cavaliere Carlo Bossi byggnaden, och hans namn har sedan dess förblivit förknippat med den. Efter att den sista arvingen i familjen Bossi avled 1951 överläts byggnaden till en internatskola, Civico Istituto Dominioni. Senare, 1990, donerades den till kommunen Novara. År 1980 klassades Casa Bossi som ett monument, vilket erkände dess historiska och konstnärliga betydelse.
Byggnaden är ett utmärkt exempel på nyklassicism men innehåller också inslag som förebådar romantiken och övergången till en mer industriell byggproduktion. Antonelli skapade ett verk som kombinerar nya bostadsutrymmen med traditionella dekorationer. Casa Bossi speglar de kulturella förändringarna under denna tid.
Strukturella problem och försämring
Under åren har Casa Bossi gradvis försämrats. Icke ursprungliga ingrepp, såsom att andra byggnader har anslutits till fasaderna, har dolt vissa dekorativa detaljer. Samtidigt har bristande underhåll lett till att många delar av byggnaden har förfallit. Först under de senaste decennierna har samhället och myndigheterna insett behovet av strukturella och bevarande åtgärder.
År 2010 initierade lokalsamhället och FAI projekt för att återutveckla byggnaden. FAI är en ideell stiftelse som grundades 1975 för att skydda och främja Italiens historiska, konstnärliga och landskapsmässiga arv. Ett av de mest betydelsefulla projekten är “Casa Bossi – Centro Culturale Urbano e Sistema Antonelliano”, som syftar till att omvandla byggnaden till ett kulturcentrum. Projektet omfattade strukturella förstärkningsåtgärder och införande av teknologier för övervakning och hantering av utrymmen, med respekt för den ursprungliga stilen.
För mer information, besök FAI:s webbplats.
Förstärkning av bågar och valv
Interiören består av murade bågar och valv. Dessa är vanliga i äldre byggnader för att bära upp de övre våningarna. Med tiden kan dock dessa strukturella element försämras. Denna process, som ofta påskyndas av vatteninträngning, vibrationer, jordbävningar eller överbelastning, leder till sprickor, deformationer och delvisa kollapser. Interna spänningar kan äventyra den övergripande stabiliteten, särskilt när pelare eller strävverk inte tillräckligt motverkar de horisontella krafterna.
Förstärkning med dragstänger
En vanligt använd teknik för att motverka stabilitetsproblem är förstärkning med dragstänger. Ingenjörer installerar dessa metallelement, eller ibland avancerade material, för att ta upp sidokrafter. Detta hjälper till att fördela laster och stabilisera konstruktionen. Dragstänger kan appliceras på olika sätt:
Inuti bågen eller valvet: De döljs i murverket och bevarar byggnadens estetik.
På valvens extrados: Integrerade med samverkande skikt i betong eller kompositmaterial.
Kombinerat med nya strukturer: Nya strukturer kopplar samman bågar med ramar eller övre bjälklag. Detta gör att valven fungerar som “hängande” element, vilket minskar trycket på pelarna.
Dessa åtgärder använder ofta nya material som fiberarmerade bruk eller epoxihartser. De förbättrar bärförmågan utan att förändra konstruktionens historiska och arkitektoniska värde.
Även om dessa element förstärker strukturen är de fortfarande utsatta för nedbrytande faktorer som påverkar dragspänningen. Nedbrytningen kan gälla både materialet i sig och infästningspunkterna för dragstängerna. Därför övervakade Engineering Controls Srl dragspänningen i dragstängerna. Detta kunde göras på två sätt:
1 . Statisk metod
Denna metod baseras på kedjans statiska jämvikt och beaktar:
Kedjans egenvikt: Kraften från den linjära massan på grund av gravitationen.
Kedjans geometri: Längd, nedböjning (krökning) och typ av infästning (stöd eller fast inspänning).
Yttre laster: Krafter som verkar på konstruktionen, till exempel vind eller fördelade laster.
Ingenjörer beräknar dragkraften med hjälp av formler från den stela kroppens mekanik. De analyserar sambandet mellan vikt, längd och krökning i en katenär kedja.
Formel för dragkraft i katenära kedjor:
Där:
T är den maximala dragkraften (spänningen),
q är den utbredda lasten (t.ex. vikt per längdenhet),
L är kedjans längd,
f är kedjans nedböjning.
2. Dynamisk metod (modal analys)
Denna metod använder kedjans dynamiska respons för att uppskatta dragkraften. Den är användbar när krafter, till exempel vind eller trafik, utsätter kedjan för vibrationer. Stegen omfattar:
Mätning av egenfrekvenser: Sensorer som accelerometrar eller geofoner kan identifiera svängningsfrekvenserna.
Jämförelse med teoretiska modeller: Ekvationer för ett vibrerande system används för att beräkna den dragkraft som krävs för att kedjan ska vibrera vid specifika frekvenser.
Samband mellan dragkraft och frekvens:
Där:
T är dragkraften,
m är kedjans linjära massa,
L är kedjans längd,
f är egenfrekvensen för ett visst svängningsläge.
Analysuppställning för dragstänger – Casa Desanti-Bossi
Engineering Controls Srl genomförde dynamiska tester för att studera dragspänningen i dragstängerna i Casa Desanti-Bossi.
Ingenjörerna konfigurerade systemet enligt följande:
Insamlingsprogramvara: DewesoftX
Datainsamlingssystem (DAQ): DEWE-43A
Enaxlig accelerometer: MMF KS48C
Programvara för modal analys: Dewesoft Artemis OMA
Syftet med analysen var att fastställa dragspänningsvärden genom att variera antaganden om infästningen av dragstängerna. Ingenjörerna erhöll spänningsvärdena från resonansfrekvenserna genom att använda OMA-analys av dragstängernas vibrationer som orsakades av omgivande störningar.
Beräkningsprocedurer för dragkraft
Dragkraftsvärdena för kedjan erhölls genom att följa väldefinierade steg under analysen av dragstängerna:
1. Identifiering av kedjans parametrar
De geometriska och mekaniska egenskaperna hos stålkedjan är:
Ø (diameter): 2,40 cm
A (tvärsnittsarea): 4,52E-04 m²
Specifik vikt: 7830 daN/m³
Elasticitetsmodul (E): 1,96E+10 daN/m²
Dessa värden definierar materialets hållfasthet och elastiska beteende vid belastning.
2. OMA-analys av dragstången
Efter att Engineering Controls Srl samlat in värden från accelerometern identifierar ingenjörerna de resonansfrekvenser där kedjan naturligt oscillerar. Även om analysen syftade till att bestämma resonansfrekvenserna skulle en enkel FFT inte ha varit tillräcklig för att fastställa dessa frekvenser.
Varje oscillerande element i strukturen som är direkt kopplat till dragstången utgör en källa till spektralt brus vid identifieringen av dragstångens resonansfrekvenser. Av denna anledning var modal analys, med studier av dragstångens modformer, nödvändig för att utesluta störfrekvenser i spektrumet.
Färgade indikatorer representerar stabila (gula) och instabila (röda) moder.
Frekvenserna på X-axeln visar kedjans resonanspunkter, markerade med vertikala linjer.
3. Beräkning av dragkraften i kedjan
Engineering Controls Srl presenterade beräkningen av dragkraften (T) för två infästningsfall:
Stöd–stöd: kedjan är upplagd i båda ändar.
Fast inspänning–fast inspänning: kedjan är styvt fixerad i ändarna.
Varje infästningssätt ger olika dragkraftsvärden (mätta i daN). Dessa värden visar de interna krafter som krävs för att hålla kedjan i jämvikt.
Analytiska formler kan användas för att beräkna dragkraften i en kedja utifrån dess naturliga vibrationsfrekvenser, baserat på vissa förenklade antaganden. Det antas att:
Kedjan har enhetliga geometriska egenskaper längs hela sin längd.
Kedjans dragstyvhet är försumbar.
Ändinfästningarna är styva och inte deformerbara.
Ingenjörerna bestämde dragkraften T utifrån sambandet med systemets naturliga vibrationsfrekvenser. För svängningsläge n beror egenfrekvensen fₙ på flera faktorer, bland annat:
Kedjans längd (L)
Elasticitetsmodul (E)
Linjär vikt (Pₗ)
Tyngdacceleration (g)
Infästningskoefficient (kₙ)
Där:
n är det aktuella svängningsläget,
J är tröghetsmomentet för kedjans tvärsnitt.
Slutsatser
Casa Desanti-Bossi är fortfarande en plats av stort kulturellt och symboliskt värde, trots pågående problem med förfall. Samhället i Novara arbetar för att återställa byggnaden till dess forna skönhet genom att kombinera ny teknik med respekt för historien.
Det är mycket viktigt att övervaka byggnadsdelar och stödsystem. Detta bidrar till att skydda arvet från långsam och naturlig nedbrytning.
De analyser som utförts på dragstängerna är grundläggande för denna övervakningsprocess. De kräver instrument och metoder som inte skadar strukturen under analysen.
Rapporterna från Engineering Controls Srl visar det arbete som utförts för att skydda konstruktionen. Specialiserade ingenjörsföretag kan tolka symtomen korrekt. Denna typ av analys är därför avgörande för att:
Utvärdera konstruktionens säkerhet.
Identifiera möjliga kritiska problem, till exempel överbelastning eller instabilitet.
Planera underhålls- eller förstärkningsåtgärder.
Tack till Engineering Controls Srl och ingenjörerna som genomförde analyserna för att de delade materialet som presenteras i denna artikel. Särskilt tack till:
Geometer Davide Gondolo
Ingenjör Alessandro Gaiotti
Arkitekt Diego Dutto