CONCEPTUL DE SISTEM IN CONSTRUCTII

Conceptul de sistem in constructii.

Sistemul cladire si subsistemele sale. Descompunerea ierarhica a sistemului-cladire.

1. Conceptul de sistem in constructii.

Folosirea conceptului de sistem in constructii este utila datorita complexitatii si diversitatii acestuia, atat la nivel de calcul in regim static si/sau dinamic, cat si la nivelul conformarii de detaliu si de ansamblu.

Definim sistemul constructie sau sistemul cladire ca un ansamblu sau un agregat de parti - elemente sau subsisteme - interconectate intre ele, precum si cu mediul exterior.

Acest agregat, care are de indeplinit o functionalitate umana sau tehnologica, poate fi modelat printr-un set de multimi de baza cuprinzand caracteristici fizico-mecanice si printr-un set de relatii de influenta, conexiune si retroactiune.

Aceasta revine la definirea componentelor urmatorului octuplu:

unde n este numarul gradelor de libertate (dinamice).

Semnificatia fiecarei componente este urmatoarea:

, intervalul de timp sau multimea valorilor timpului in care are loc evolutia complexa a sistemului ;

X = multimea starilor fizico-mecanice pe care le parcurge sistemul     in intervalul de timp T. Aceste stari pot fi deplasari, viteze sau acceleratii , eforturi sectionale M, N, T, , deplasari punctuale D q, tensiuni s t sau deformatii specifice e g

A = actiunile la care este supus sistemul     sau, altfel spus, multimea unor valori specifice de intrare in sistem;

P = clasa incarcarilor admise de sistem , modelate prin functii de intrare diferite: forte F, deplasari D, variatii de temperatura Dt. Generic se noteaza:

R = raspunsul sistemului ef(T) sau multimea valorilor de iesire ca raspuns actiunilor A aplicate sistemului ;

E = clasa functiilor de iesire din sistem e(T), care sunt fizic posibile (masurabile): deplasari, viteze, acceleratii, eforturi sectionale sau deplasari punctuale, tensiuni sau deformatii specifice.

= functia de tranzitie cauzala a starilor

    = functia de iesire instantanee a starilor

In mod esential, conceptul de sistem include comportarea in timp a acestuia. In acest sens, sistemul cladire are o evolutie care este pusa in evidenta de starile prin care acesta trece. Starile sistemului cladire sunt determinate de starile succesive ale subsistemelor si elementelor sale. Este de remarcat pozitia centrala pe care o ocupa conceptul de subsistem in alcatuirea sau abordarea sistemica a calculului si comportarii constructiilor si, totodata, in descompunerea ierarhica a sistemului cladire in care principalul criteriu de descompunere adoptat este functional-structural. In baza acestui criteriu, fiecare subsistem in care descompunem ansamblul cladire indeplineste un rol principal pe langa altele de importanta secundara.

Aspecte teoretice mai dezvoltate se pot urmari in studiul Analiza sistemica a structurilor, Daniel Stan, Buletinul Stiintific al I.C.B., Nr. 1, 1990. In monografia Constructii si mediu, Daniel Stan, Editura MATRIX ROM, Bucuresti, 2004, sunt dezvoltate mai multe aspecte legate de abordarea sistemica. Monografia Concepte si ecuatii fundamentale in analiza sistemica, Daniel Stan, Editura DIOGENE, Bucuresti, 2004, se ocupa in intregime de conceptul de sistem in constructii. In paragraful urmator sunt prezentate numai cateva aspecte necesare dezvoltarilor care urmeaza, referitoare la elementele si subsistemele structurale.

Sistemul cladire si subsistemele sale. Descompunerea ierarhica a sistemului-cladire.

Abordarea sistemica permite descompunerea ierarhica a sistemului cladire in parti alcatuitoare, cu posibilitatea de evidentiere a relatiilor dintre ele si a starilor pe care le parcurg in timp.

Descompunerea ierarhica se bazeaza, pe de o parte, pe raportul dintre sistem si subsistem si, pe de alta parte, pe raportul dintre sistem si propria sa structura. Orice ansamblu sau agregat de parti in raport cu structura sa este un sistem indeplinind o anumita functiune, mai mult sau mai putin complexa.

Totusi, aceste sisteme, cu functiuni bine definite si, in acelasi timp, diferite intre ele, considerate in raport cu intregul sistem cladire caracterizat prin complexitatea functiunilor sale, devin subsisteme. Descompunand fiecare subsistem in partile sale se obtin elementele care-l alcatuiesc. La randul lor, aceste elemente se descompun, dupa caz, in componente.

Structura descompunerii ierarhice in care s-a adoptat criteriul structural-functional este prezentata in detaliu in monografia Constructii si mediu.

Prin descompunere ierarhica se intelege descrierea constructiei dupa urmatoarele niveluri:

A.        Sistemul cladire;

B.        Subsistemele structurale;

C.       Elementele structurale;

D.       Componentele.

A.    Sistemul cladire este ansamblul complex al intregii constructii, amplasata intr-un mediu exterior adiacent, reprezentat prin actiunile sale asupra constructiei si caruia aceasta ii raspunde intr-un mod specific. Actiunile in constructii sunt prezentate in Partea a treia.

B.    Subsistemele ce se obtin in cazul unui sistem cladire la un prim stadiu de descompunere sunt:

a.    spatiile inchise;

b.    structura de rezistenta;

c.    inchiderea-anvelopa;

d.    compartimentarile interioare;

e.    instalatii si echipamente.

a. Spatiile inchise rezulta prin compartimentarile interioare, atat in plan vertical, pe inaltime, cat si in plan orizontal. Spatiile inchise asigura functionalitatea cladirii conform destinatiei sale. Compartimentarile pe inaltime se asigura cu plansee, iar compartimentarile in plan cu pereti. Spatiile inchise raspund destinatiei cladirii prin parametrii functionali pe care ii indeplinesc conform unor exigente de performanta impuse: temperatura, umiditate, intensitate luminoasa, calitate a aerului etc. In vederea asigurarii acestor parametri functionali, conformarea functionala a sistemului-cladire si a subsistemelor instalatii/echipamente are rol esential.

b. Structura de rezistenta este decompozabila in mai multe moduri, conducand la diverse subsisteme sau subansambluri. Subsistemul structurii de rezistenta este de fapt un ansamblu spatial foarte complex care asigura rezistenta si stabilitatea cladirii, permitand functionalitatea acesteia si raspunzand la actiunile mediului inconjurator sau la cele ale procesului de exploatare in conditiile unui nivel de siguranta stabilit anterior. Daca se ia ca reper cota 0.00 a pardoselei de la parter si consideram structura de rezistenta aflata sub aceasta cota, rezulta infrastructura, in timp ce ansamblul spatial aflat deasupra ei alcatuieste suprastructura. La randul lor, aceste mari subsisteme spatiale pot fi descompuse in subsisteme (subansamble) plane, elemente si componente.

c. Inchiderea sau anvelopa este subsistemul care separa spatiul interior de mediul exterior inconjurator. Acest subsistem este alcatuit din elemente ale structurii de rezistenta, deci elemente portante si elemente de umplutura si finisaj, deci neportante. De fapt anvelopa este constituita din zona de infrastructura in contact direct cu trenul de fundare, din peretii exteriori de fatada si din acoperis, fiecare dintre aceste trei subansamble trebuind sa raspunda diferit, conform specificului si pozitiei actiunilor exterioare. Anvelopei i se impun exigente diferite: izolare termica si fonica, etanseitate si izolare la patrunderea apei si aerului, estetice, de rezistenta si stabilitate etc. Este subsistemul care trebuie sa raspunda celui mai complex set de exigente si care necesita diversitatea cea mai mare de solutii constructive.

d. Compartimentarile interioare sunt in plan orizontal si in plan vertical. In plan orizontal se realizeaza cu pereti, care pot fi structurali sau nestructurali, respectiv despartitori, iar pe inaltime se realizeaza cu plansee. Compartimentarile interioare nu sunt expuse mediului exterior. Ele au rolul functional in sistemul cladire de a defini spatiile inchise (interioare). Totodata, compartimentarile interioare pot apartine sau nu, partial sau integral, subsistemului complex al structurii de rezistenta.

e. Instalatii si echipamente. Functionalitatea sistemului cladire se asigura, pe de-o parte, prin crearea de spatii corespunzatoare destinatiei alese si, pe de alta parte, prin crearea conditiilor de locuire si anume: termice, fonice, acustice, de ventilare si conditionare a aerului, de iluminare etc. Toate aceste conditii de locuire conduc la - si impun - un ansamblu complex de instalatii si echipamente corespunzatoare: instalatii de incalzire, instalatii sanitare, instalatii electrice si de ventilare, automatizari etc. Fiecare dintre acestea sunt subsisteme sau subansamble bine definite si distincte intre ele ale sistemului cladire. Instalatiile si echipamentele sunt neportante in raport cu sistemul cladire, aceasta fiind caracteristica lor principala in acest context. Fiind insa mase si avand deci un caracter inertial, trebuie sa raspunda unor exigente de conformare si alcatuire antiseismica. Totodata, instalatiile si echipamentele se conecteaza de elementele sistemului cladire sau de subsisteme ale acestuia. In raport cu tipul acestor elemente, cu importanta lor in sistemul cladire, pe de o parte, si cu tipul si caracteristicile instalatiilor conectate, pe de alta parte, se impun exigente diferite acestor conexiuni, de exemplu: regimul static sau dinamic de functionare al echipamentelor, temperatura dezvoltata la contactul cu elementele de constructie, pozitia in raport cu elementele portante etc.

In monografia Constructii speciale pentru instalatii sunt prezentate exemple de constructii care raspund in mod direct unor exigente precise impuse de instalatii si echipamente concrete.

C.    Elementele sunt parti cu functiuni specifice bine definite si diferite intre ele    ce intra in alcatuirea subsistemelor. In raport cu modul de descompunere ierarhica, elementele se definesc atat referitor la pozitie cat si referitor la complexitate. Astfel un subsistem structural spatial se poate descompune transversal si/sau longitudinal. Elementele care rezulta din aceasta descompunere sunt cadrele transversale si/sau longitudinale.

D.    Componentele intra in alcatuirea elementelor si sunt cele mai simple parti in care pot fi descompuse acestea. Considerand cazul subsistemului orizontal al planseului, modul de descompunere ierarhica conduce la elemente ca: intrados, element de rezistenta, extrados. In raport cu pozitia acestui subsistem-planseu in sistemul cladire, cu destinatia cladirii, cu functionalitatea planseului putem avea diferite alcatuiri ale fiecarui element. Intradosul poate fi o simpla tencuiala de finisaj uzual sau un subansamblu ornamental cu variate posibilitati de iluminare, ventilare etc. Elementul de rezistenta poate fi o placa din beton armat monolit sau prefabricat, o structura metalica sau de lemn, mixta etc. Extradosul poate fi o pardoseala de interior uzuala, calda sau rece, sau o stratificatie complexa de terasa. Deci aceste elemente pot avea alcatuiri diverse, simple sau complexe. Din punct de vedere al sistemului cladire si folosind acest exemplu, pardoseala este un element de finisaj decompozabil in componentele: strat suport si strat de uzura, alcatuit fiecare din materiale diferite, dupa caz. Admitand si o retea de incalzire inclusa in elementul pardoseala, aceasta este o componenta a pardoselei. Totusi, reteaua de incalzire mentionata este propriu-zis un sistem complex care poate fi descompus, la randul lui, in parti din ce in ce mai simple. Aceasta descompunere este insa o problema interna care tine de domeniul subsistemului instalatii si echipamente, parte principala in descompunerea ierarhica a sistemului cladire.