Filozofia pojęć technicznych (131). Kratownica


19-12-2018 17:54:13

Najważniejszym pytaniem technicznym w historii budownictwa było: jak z małych elementów wznosić wielkie struktury nośne. Tworząc konstrukcje pełne, wynaleziono mury, łuki, sklepienia itd. Konstrukcje szkieletowe musiały bazować na drewnie. Budowano, opierając się na doświadczeniu, intuicji i rozmiarach bali drewnianych. W Europie Zachodniej już w końcu średniowiecza drewna zaczynało brakować. Pomyślano o oszczędności.

I tak w 1560 r. francuski architekt Philibert de L'Orme wynalazł tzw. dach krążynowy. Z krótkich desek łączonych w łuki wznoszono żebra kopulastego dachu łączone w poprzek płatwiami. Takie przekrycie nie wymagało podparcia słupami. Można je uważać za pierwocinę myślenia o strukturach kratowych. Pojawiły się one dopiero wraz z produkcją stali oraz technologią walcowania. Początkowo stosowano proste kraty. Kratownicą nazwano konstrukcję z prętów prostych, połączonych przegubowo w węzłach, z siłami przyłożonymi wyłącznie w węzłach. Ma ona wiele zalet; wszystkie pręty są ściskane lub rozciągane wzdłuż osi. Można więc wykorzystać maksymalną wytrzymałość materiału, nie występują tu momenty zginające, co wynika z geometrii. Kratownica jest lekka i można z niej budować dźwigary o wyrafinowanych kształtach.

Przyglądając się np. mostowi Tczewskiemu Carla Lentze z 1857 r., najdłuższemu wtedy mostowi w Europie, który niestety czcił Krzyżaków, czy też zdjęciom mostu Kierbedzia zauważymy, że użyto ram stalowych łączonych gęstą siecią cienkich płaskowników. To jeszcze nie jest prawdziwa kratownica. Jednak prof. Stanisław Kunicki na łamach Przeglądu Technicznego 1926 właśnie Kierbedziowi przypisuje forsowanie nowoczesnej kratownicy o dużych polach obliczanej sposobami, które inżynierowie znają dziś pod nazwą metod Rittera, Cremony czy Culmanna. Luigi Cremona, matematyk włoski i polityk opublikował swoją metodę wykreślną w drugiej połowie XIX w. korzystając z pracy Pierre Varignona z 1725 r., matematyka francuskiego, który podał metodę obliczania sił w takich układach zanim kratownice się pojawiły. Prof. Kunicki uważa za największe osiągnięcie ich wprowadzenie do dźwigarów wspornikowych, tzw. belek ciągłych Gerbera. Przechodzi do porządku nad faktem, że ceną tej innowacji była śmierć ponad 100 osób (!) w dwóch katastrofach w trakcie budowy słynnego mostu Quebec Bridge w Kanadzie.

Kratownice były w centrum innej katastrofy, największej - rozpadu wież nowojorskiego World Trade Center 11 września 2001 r. Właśnie one miały przyczynić się do upadku 110-piętrowych obiektów i śmierci kilku tysięcy osób. Konstrukcja WTC składała się z trzech elementów: osłony zewnętrznej z 236 słupów stalowych na każdym poziomie, połączonych w 3-piętrowe segmenty, środkowego rdzenia z 47 kolumn z prostokątnych rur z utwardzonej stali o boku od ponad 1,3 m do ok. 90 cm na górze i grubości ponad 2 cali. Słupy środkowe połączone były z osłoną kratownicami przestrzennymi pokrytymi izolacją przeciwogniową, na których spoczywały żelbetowe stropy. Aluminiowe samoloty najpierw przebiły zewnętrzny pancerz, następnie wyłamały część słupów wewnętrznych, których nie przebije żaden pocisk karabinowy. Pod wpływem pożaru na kilku piętrach dolne pasy kratownic straciły wytrzymałość na rozciąganie i złożyły się, wciągając do środka zewnętrzne elementy osłony. Budynki zawaliły się równo i ruchem jednostajnie przyspieszonym od góry do dołu. Powietrze wypierane przez walące się stropy wyrzuciło część kilkutonowych segmentów na odległość 200 m. Niższy budynek WTC 7 nawet nie potrzebował samolotu- i tak zapalił się i równo zawalił. Przytaczam tu w skrócie wersję, jaką proponują niektórzy znakomici architekci. Bez komentarza. Wersja z kratownicami w roli głównej dla niektórych pozostaje zagadką. Są zbyt przydatne, by nie były dalej powszechnie stosowane. Ale przed twórcami zabezpieczeń ogniowych stoją niezwykle palące zadania.

Zygmunt Jazukiewicz

Komentuje Waldemar Rukść

eNOT.pl - Portal Naczelnej Organizacji Technicznej | eNOT.pl