A statikusok túl óvatosak, lusták, vagy csak simán beszariak? Mi mással lehetne azt magyarázni, ha túlméreteznek egy tartószerkezetet? Amikor lehetne kisebb a pillér, vékonyabb a födém, és lássuk be, annál az 5m kinyúlású konzolnál is láttunk már nagyobbat. Ha szeretnél bele látni egy statikus érvek és ellenérvek kavalkádjában lubickoló lelkébe, hogy milyen fázisokat járunk be egy tervezési feladat során, akkor eljött a Te időd!
Fekete-fehér vagy szürke?
Kívülálló szemmel a statikus munkája meglehetősen szögletesnek tűnhet: a fizika egyértelmű szabályai szerint számol, utána egyenes – ritka esetben íves – vonalakat húz, és kész is van a tartószerkezeti tervdokumentáció. De ha 5 véletlenszerűen kiválasztott statikust megkérdezel ugyan arról a dologról, akkor mind az 5 mást fog mondani. De miért? Mindegyiknek van szakirányú végzettsége, a szakmagyakorláshoz elengedhetetlen tervezői jogosultsága, és tegyük fel, hogy ugyanabban a gravitációs mezőben érvényes szabályszerűségekkel számolnak. A válasz az emberi tényező, és azért mond mindegyik mást, mert a tervezés nem egy fekete-fehér dolog.
De ez csak az egyik ok, sok más olyan körülmény van, ami munkáról munkára változik: a rendelkezésre álló tervezési idő, a beruházás tervezett költségkerete, az előkészítés során bevont szakemberek és mérnökök száma, a kivitelezés helyszíni körülményei, a kivitelező csapat felkészültsége, a rendelkezésre álló építéstechnológia, az elérhető építőanyagok, és így tovább.
De még ha az előbb felsorolt paraméterek mind meg is egyeznének, akkor is figyelembe kell venni azt a tényt, hogy egy adott műszaki kérdés megoldására több jó válasz is létezik. Az egyszerű kivitelezhetőség és a gazdaságosság figyelembe vételével a tervező választja ki a rendelkezésre álló információk alapján a legjobbnak gondolt megoldást. A statikus feladata és felelőssége azonban itt még nem ér véget. Az építéskor a beruházó és kivitelező felmerülő kérdéseit meg kell válaszolni, az esetleges változásokat pedig kezelni kell. A tervező jól felfogott érdeke, hogy megtalálja azt a megoldást, amit a beruházás minden szereplője elfogad. Nincs azonban egy kizárólagosan jó megoldás, a tervezés tehát inkább sokféle szürke, és csak nagyon ritkán fekete vagy fehér.
A szabvány szerint…
Hát jó, nem fekete-fehér, hanem szürke. De a szabvány segít, és mégiscsak egy mederbe tereli a sok megvadult statikust, nem? De, szerencsére igen, éppen ezért annak betartása bizonyos biztonságot is ad. A szabványtól bizonyos feltételek mellett el lehet térni, de nem véletlenül nem szeretjük ezt az utat választani.
De még ha nem is tér el az ember a szabványtól, vannak olyan esetek, amikor járatlan útra téved az ember, és valami olyan dolgot szeretne építeni, amit előtte más még nem. Akkor marad a (bármilyen méretarányú) modell építése, a próbaterhelés és tapasztalatok összegyűjtése, hogy a kivitelezés helyszínén már flottul menjenek a dolgok. De ez egyáltalán nem újkeletű dolog, Brunelleschi hasonló módon futott neki a firenzei dóm építésének. Ahol erre van szándék, idő és pénz, elég szép dolgok tudnak ebből kisülni (Forrás: www.archdaily.com Webb Yates Engineers).
A szabvány segít, egyszerűsít és átláthatóvá teszi a tervezés menetét. De nagyon nehéz megmagyarázni azt, hogy miért kell biztonsági tényezőket alkalmaznunk, vagy egy egy-két-há’ szintes családiházba miért kell a földrengés ellen vasbeton pilléreket tenni, amikor a százéves vályogházak is gond nélkül állnak. Ahogy a környezeti kitéti osztályokból adódó betonszilárdsági osztályt is sokan megmosolyogják, mikor 30-40-50 éve sokkal gyengébb betonminőségekből készítettek tartós szerkezeteket. Lám, akkor ez csak egy felesleges óvatoskodás, ugye? Egymás között, na, nekem elárulhatod… szokott jönni ilyenkor a noszogatás. De ami az egyik oldalon felesleges többletköltségnek és óvatoskodásnak tűnik, az a másik oldalon a hatályos szabvány betartása.
Ez a kettősség aztán a fenti kiragadott példától függetlenül végigkíséri a mindennapjainkat is. A szerkezet legyen kisebb, vékonyabb, egyszerűbb, olcsóbb, de mellette ne repedjen, süllyedjen, és ne akarjon össze-vissza alakváltozni. A mi feladatunk ennek a kényes egyensúlynak a megtalálása és fenntartása. Mindaddig, amíg lehet egyszerűsíteni, olcsóbbá tenni, vékonyítani és karcsúsítani, addig a statikus csak felesleges biztonsági játékot játszik, szórja a megrendelő pénzét, esetleg lusta, hogy áttervezzen valamit, meg amúgy is csak nyugodtan akar aludni.
Mivel a felelősség a statikus vállát nyomja, gyakorlatilag addig lehet gyötörni, amíg hagyja magát. És mindez nagyon hamar átfordul bizalomvesztésbe, egymásra mutogatásra és pereskedésbe, ha ezen a bizonyos vékony vonalon az ember hagyja magát átlökni. Akkor már vastagabb födém kellene, mélyebb alapozás, jobb anyagminőség, több csavar, vas, pillér, „mi megmondtuk már az elején”. Ezért van, hogy a statikus próbál olyan ésszerű tartalékot képezni, ami még gazdaságosan megvalósítható, és nem veszélyezteti az építészeti elképzelést, vagy a rendeltetésszerű használatot. Egy mérettel nagyobb acél szelvény, pár centi a vasbeton szerkezetnél vagy még néhány szál betonacél tényleg nem borítja fel a büdzsét, viszont rengeteg problémát meg tud oldani.
Ahol viszont megvan az összhang a beruházó-tervező-kivitelező háromszögben, ott szemet gyönyörködtető dolgok születnek. Ezen a honlapon például csupa ilyen projekt van, meleg szívvel ajánlom mindenkinek!
Mérnökfilozófiai kérdés, hogy mit hoz a jövő?
A tartószerkezetinket 50-100 éves időtartamra tervezzük, de számos szép példát lehet látni ennél idősebb épületre, hídra. Az építményekkel szemben támasztott követelményeink is folyamatosan változnak. Ha a gépjármű forgalomra tekintünk, és ezzel együtt mondjuk a hidak terhelésére, akkor látjuk, hogy a lovas kocsi óta eléggé megváltozott a világ. Mérnökfilozófiai szempontból hasonló kérdések merülnek fel egy felhőkarcoló tervezésénél is. Lehet készíteni szélcsatorna kísérleteket a környező felhőkarcolók modellezésével, hogy az áramlási sebességek változását figyelembe tudjuk venni, de egy olyan gyorsan változó és fejlődő városban, mint például Dubaj, 5-10 éven belül is jelentősen át tud alakulni a város képe. Akkor a jelenlegi állapotra kellene megtervezni, vagy számolni kell azzal, hogy esetleg egy-két épületet elbontanak, párat építenek? És ennek a biztonságnak, vagy túl- vagy alulméretezésnek a felelősségét ki vállalja magára?
De maradjunk egyszerűbb példánál. Egy családi ház átalakításánál is változhat úgy a funkció, hogy egy teraszfödém jóval nagyobb terhet kap egy utólagos beépítés miatt. A tervezés során figyelembe kell venni azokat a lehetőségeket is, amik nagy valószínűséggel bekövetkezhetnek. Az építtető eladhatja a házat, a terek és igények változhatnak, a forgalom megnőhet. Ha ebből a szempontból vizsgáljuk a kérdést, akkor igen, túlméretezzük a szerkezetet.
Az egyszerűség a barátunk!
De nem csak a fenti bizonytalanságok miatt szokta a statikus a minimumnál több betonacélt betervezni a vasbeton szerkezetbe. Ha elfogadjuk, hogy nem csak egyfajta teherállás lehetséges, hogy a járatos betonacél méreteken kívül nincs élet, és nem tervezünk be fi 9,26mm átmérőjű betonacélt, akkor is van egy olyan érv, ami a túltervezés mellett szól, és nem lustaságnak vagy gyávaságnak hívják. Ez pedig az egyszerűség. Ha azonos pillér keresztmetszetből készül 14 db, akkor valószínűleg senki nem fog 14 fajta vasalást lerajzolni hozzá. Egyrészt sokkal körülményesebb ennyi fajta vasat leszabni, berendelni, összeszerelni, és figyelni arra, hogy mindegyik armatúra pontosan arra a helyre kerüljön, ahol az a terven szerepel. A 14-ből elég csak kettőt felcserélni ahhoz, hogy ne feleljen meg az egyik pillér.
Egy födémlemez esetében is majdnem mindegy a költségeket tekintve, hogy 20 vagy 22 cm vastagságú, de tartószerkezeti szempontból nagyon nem. Ha igazán spórolósra vennénk, akkor csak és kizárólag ortogonális trajektória irányú vasalást terveznénk be, követve a lehető leghatékonyabb vasvezetési irányokat. Ezzel valamennyi vasmennyiséget lehet ugyan spórolni, de nem nehéz belátni, hogy az X és Y irányokba lerakott betonacélokkal mennyivel szaporább és egyszerűbb az élet. Tehát igen, ilyen esetekben szándékosan túlméretezzük a szerkezetet.
Tervezés közben jön meg az étvágy
De általában nem a miénk. Tegyük fel, hogy minden statikusnak egy rugóra jár az esze, a beruházás paramétereit (terv- és műszaki ellenőr, beruházó, kivitelező, rendelkezésre álló technológiák és építőanyagok) állandónak tekintjük, betartjuk a szabványt és az egyszerűsítés jegyében ésszerű kompromisszumokat kötünk, akkor is van egyfajta evolúciója a tervezésnek, ami miatt muszáj egy tartószerkezetet bizonyos mértékben túlméretezni.
#1 Vázlattervi mézeshetek
Ebben a fázisban mindent szabad, van elég hely a pilléreknek és merevítőfalaknak a garázs szinteken, nincsenek gépész áttörések, csak két egyszerű strang, és különleges igények sincsenek a terhek felvételekor. Ekkor kell általában gyorsan és pontosan olyan szerkezeti méreteket mondani, amit aztán csípőfogóval és mellbimbócsipesszel kérnek rajtunk számon.
#2 Finomodó igények
Az engedélyezési és kivitelezési fázisban aztán mindenki belerak apait-anyait, és az igények is elkezdenek változni, finomodni. Kicsit több parkolóhely, kisebb pillérméretek (jaj, ott mégsem lehet, váltsuk ki), nagyobb lakáselválasztó falak, zöldtető rétegrend, visszaugrasztott emeleti szintek. Szép lassan, de határozottan meg tudnak változni az elsőre felvett kiinduló paraméterek.
#3 Esztétika
A tervezés előre haladtával tisztulnak a részletek, készülnek a csomópontok, rétegrendek, burkolatok, látványtervek. Az egyébként teljesen jogosan felmerülő változásokat általában úgy kell menet közben tartószerkezeti szempontból kezelni, hogy a korábban kőbe vésett méretek ne változzanak. Illetve csökkenni csökkenhetnek. Kisebb gerenda, rétegrend, pillérméret. Ilyenkor értelemszerűen már nem lehet a födémvastagságokon sem változtatni, mert borítaná a homlokzatot, beépítési magasságot, mindent. Ebben a fázisban már rohamléptekkel égetjük el a vázlattervi mézeshetekben felhalmozott tartószerkezeti többletet.
#4 Gépész mészárlás
Mindig eljön a pont, amikor az ember már látja a fényt az alagút végén, a menet közben felmerülő problémák elől vagy ügyesen kitér, vagy szuperhősök módjára beleáll és megoldja. Ekkor szokott jönni a gépésztervező a négyzetméter nagyságrendű áttörési igényekkel, a sehol máshol nem vezethető légcsatornákkal, szellőzőkkel, le- és túlfolyókkal. Mivel ezek az igények is tökéletesen érthetők, ezeket is kiszolgálja az ember, és a maradék kis tartalékot is kicsavarja a rendszerből.
#5 Kivitelezés közben
A tervek elkészültek, a korábban betervezett ésszerű tartalékok elpárologtak, és a java még csak most jön. Egy be nem tervezett elektromos vagy gépészeti szerelvény, vagy a piacon éppen most nem kapható szelvény vagy anyagváltás miatt aztán a kivitelezés közben is szükség lehet arra, hogy reptében számoljon utána az ember, hogy akkor ez még belefér-e? De lehet egy rosszul sikerült betonozási ütem, vagy a kivitelezés során kitalált, költséghatékony házi betonozási szerelvény is, ami miatt az amúgy is kifacsart szerkezet kap még az élettől egy pofont.
#6 És idővel…
Új tulajdonosa lesz az épületnek, más igényekkel, vagy bővül a család és elkezdődik az átalakítás. Új csapattal, új tervezővel, új igények szerint. Ha van még tartalék a tartószerkezetben, és a beruházó is belátó, akkor jó eséllyel nem kell megerősíteni. Ha mégis, akkor az már egy másik történet.
A statikus mérnökség tehát nem fekete-fehér, nincsenek egyen megoldások. Talán az is érthető, hogy egy ilyen hosszú tervezési folyamatban a fenti forgatókönyvekkel mindig számol az ember. Ha tehát az a vád ér minket, hogy túlságosan biztonsági játékosok vagyunk, és túltervezünk mindent, akkor annak a fentiekben levezetett gondolatmenetben található meg az oka. Persze nem mindenki ennyire óvatos, és „a régen bezzeg minden jobb volt” véleménnyel is tudnánk vitatkozni. Így aztán a szakértői munkásságunknak is mindig van újabb és újabb alanya, de egy másik poszt témája.