ŽELEZOBETONOVÝ MONTOVANÝ OBJEKT PRECAST CONCRETE BUILDING

Transkript

1 VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY FAKULTA STAVEBNÍ ÚSTAV BETONOVÝCH A ZDĚNÝCH KONSTRUKCÍ FACULTY OF CIVIL ENGINEERING INSTITUTE OF CONCRETE AND MASONRY STRUCTURES ŽELEZOBETONOVÝ MONTOVANÝ OBJEKT PRECAST CONCRETE BUILDING BAKALÁŘSKÁ PRÁCE BACHELOR'S THESIS AUTOR PRÁCE AUTHOR VEDOUCÍ PRÁCE SUPERVISOR RADIM HUBENÝ Ing. JAN PERLA BRNO 2015

2 VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ FAKULTA STAVEBNÍ Studijní program Typ studijního programu Studijní obor Pracoviště B3607 Stavební inženýrství Bakalářský studijní program s prezenční formou studia 3608R001 Pozemní stavby Ústav betonových a zděných konstrukcí ZADÁNÍ BAKALÁŘSKÉ PRÁCE Student Radim Hubený Název Vedoucí bakalářské práce Datum zadání bakalářské práce Datum odevzdání bakalářské práce V Brně dne Železobetonový montovaný objekt Ing. Jan Perla prof. RNDr. Ing. Petr Štěpánek, CSc. Vedoucí ústavu prof. Ing. Rostislav Drochytka, CSc., MBA Děkan Fakulty stavební VUT

3 Podklady a literatura Podklady: Situace, řezy, půdorysy, IGP Základní normy (včetně všech změn a doplňků): ČSN EN 1990: Zásady navrhování konstrukcí ČSN EN 1991: Zatížení konstrukcí (část 1-1, 1-3 až 1-7) ČSN EN : Navrhování betonových konstrukcí. Obecná pravidla a pravidla pro pozemní stavby ČSN : Navrhování betonových konstrukcí pozemních staveb Literatura: podle doporučení vedoucího bakalářské práce Zásady pro vypracování Návrh železobetonového montovaného skeletu výrobního objektu. Posouzení proveďte s využitím výpočetní techniky a získané výsledky ověřte zjednodušenými metodami. Ve výpočtu zohledněte montážní i provozní stav. Požadované výstupy: Textová část (obsahuje průvodní zprávu a ostatní náležitosti dle níže uvedených směrnic). Přílohy textové části: P1. Použité podklady P2. Statický výpočet (v zadaném rozsahu bakalářské práce). P3. Výkresová část: - výkres skladby; - směrné detaily jako podklad pro vypracování dodavatelské dokumentace; - výrobní výkresy vybraných prvků. Prohlášení o shodě listinné a elektronické formy VŠKP (1x). Popisný soubor závěrečné práce (1x). Bakalářská práce bude odevzdána v listinné a elektronické formě podle směrnic a 1x na CD. Struktura bakalářské/diplomové práce VŠKP vypracujte a rozčleňte podle dále uvedené struktury: 1. Textová část VŠKP zpracovaná podle Směrnice rektora "Úprava, odevzdávání, zveřejňování a uchovávání vysokoškolských kvalifikačních prací" a Směrnice děkana "Úprava, odevzdávání, zveřejňování a uchovávání vysokoškolských kvalifikačních prací na FAST VUT" (povinná součást VŠKP). 2. Přílohy textové části VŠKP zpracované podle Směrnice rektora "Úprava, odevzdávání, zveřejňování a uchovávání vysokoškolských kvalifikačních prací" a Směrnice děkana "Úprava, odevzdávání, zveřejňování a uchovávání vysokoškolských kvalifikačních prací na FAST VUT" (nepovinná součást VŠKP v případě, že přílohy nejsou součástí textové části VŠKP, ale textovou část doplňují) Ing. Jan Perla Vedoucí bakalářské práce

4 Abstrakt Bakalářská práce se zabývá řešením všech zatěžovacích stavů, návrhem a posouzením vybraných prvků železobetonového montovaného objektu. Součástí práce je vymodelování objektu ve výpočtovém programu RFEM a projektová dokumentace. Dimenzován je průvlak, vaznice, a sloup. Ve výpočtu je zohledněn montážní i provozní stav. Klíčová slova železobetonový montovaný objekt, železobeton, výztuž, vaznice, průvlak, sloup, zatížení, dimenzování Abstract The bachelor thesis deals with solutions for all load cases, design and assessment selected elements of precast concerete building. As the part of the thesis is modeling of object in software RFEM and design documentation. Structural elements of design are beam, purlin, column. In the calculation takes into account installation and operational status. Keywords precast concerete building, reinforced concrete, reinforcement, purlin, beam, column, load, dimensioning

5 Bibliografická citace VŠKP Radim Hubený Železobetonový montovaný objekt. Brno, s., 114 s. příl. Bakalářská práce. Vysoké učení technické v Brně, Fakulta stavební, Ústav betonových a zděných konstrukcí. Vedoucí práce Ing. Jan Perla

6 Prohlášení: Prohlašuji, že jsem bakalářskou práci zpracoval(a) samostatně a že jsem uvedl(a) všechny použité informační zdroje. V Brně dne podpis autora Radim Hubený

7 Poděkování Tímto bych chtěl poděkovat především vedoucímu mé bakalářské práce Ing. Janu Perlovi za spoustu odborných rad, informací a také za ochotu mi kdykoliv poradit. Také svým rodičům, za podporu během celého studia. Děkuji.

8 VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY FAKULTA STAVEBNÍ ÚSTAV BETONOVÝCH A ZDĚNÝCH KONSTRUKCÍ FACULTY OF CIVIL ENGINEERING INSTITUTE OF CONCRETE AND MASONRY STRUCTURES ŽELEZOBETONOVÝ MONTOVANÝ OBJEKT PRECAST CONCRETE BUILDING A) PRŮVODNÍ ZPRÁVA BAKALÁŘSKÁ PRÁCE BACHELOR'S THESIS AUTOR PRÁCE AUTHOR VEDOUCÍ PRÁCE SUPERVISOR RADIM HUBENÝ Ing. JAN PERLA BRNO 2015

9 Obsah: 1. Úvod Konstrukční systém Popis objektu Konstrukční systém stavby Materiálové charakteristiky Zatížení ZS ZS ZS ZS ZS ZS6 ZS Kombinace Návrh vybraných prvků Vaznice Průvlak Sloup Závěr Seznam použitých zdrojů, literatury Literatura, normy Seznam použitých programů Seznam použitých zkratek a symbolů Seznam příloh textové části... 5

10 1. Úvod Tato bakalářská práce se zabývá návrhem a posouzením vybraných železobetonových prvků u zadaného objektu. Jedná se o železobetonový prefabrikovaný skelet, který bude využíván jako prodejna. Součástí práce je konstrukční řešení (tvar a okrajové podmínky), návrh obvodových plášťů na účinky klimatických zatížení a určení všech zatěžovacích stavů na celou budovu. Vnitřní síly v jednotlivých prvcích byly vypočítány pomocí programu RFEM, v němž byla budova vymodelována ve 3D. Výsledky vnitřních sil jsem zkontroloval ručním výpočtem. Dimenzování se týkalo vybraných prvků z části prodejny a to vaznice, průvlaku, a sloupu. Dále vypracovaná výkresová dokumentace tvaru a vyztužení. 2. Konstrukční systém 2.1. Popis objektu Stavba se nachází ve městě Slavkov u Brna v průmyslové zóně, půdorysné rozměry jsou 37,5 x 41,5 m a výšková kóta nejvyššího bodu nad úrovní upraveného terénu je 7,6 m. Objekt se dělí na část prodejny a zázemí. Zázemí je částečně dvoupodlažní. Střecha je pultová se spádem 2%, ukončená nízkou atikou. Pro vynesení skladby střešního pláště jsem zvolil trapézový plech. Sokl do úrovně 700 mm nad upraveným terénem je vytvořen betonovými sendvičovými panely. Obvodový plášť je navržen ze sendvičových PUR panelů KINGSPAN, jejichž zatížení vynáší sloupy. Samonosná skleněná fasáda z hliníkových profilů s výplňovými skleněnými panely je založená na základových prazích. Ve 2NP se nachází technické a skladovací prostory Konstrukční systém stavby Konstrukční systém je železobetonový prefabrikovaný skelet s obousměrnými rámy. Podélný rám je tvořen průvlaky výšky 1300 mm a šířky 400 mm, které jsou uloženy na konzolkách sloupu. Sloup o hraně 400 mm je vetknut do kalichové patky. Prostorovou tuhost zachytí vaznice uložením na sloupy a vytvoří příčný rám. Poté jsou v různých osových vzdálenostech doskládány na průvlak. Vzdálenost příčných vazeb je 15,03 m. Průvlaky i vaznice jsou na koncích prutu kloubově uloženy. Pro 2NP jsem zvolil systém průběžných průvlaků s přerušenými sloupy. Podlahová konstrukce je poskládána ze stropních panelů SPIROLL a uložena na ozubech průvlaků. Pro bakalářskou práci bylo zadání zjednodušeno a to tím, že všechny kalichové patky srovnáme do jedné úrovně a nebudou součástí řešení bakalářské práce. Konstrukční systém mohl být libovolně zvolen s tím, že zachováme polohu sloupů. Celá konstrukce zastřešená, bez přesahů. 3. Materiálové charakteristiky Beton 30/37 Charakteristická pevnost betonu v tlaku: fck = 30 MPa Dílčí součinitel spolehlivosti materiálu: γc = 1,50 Návrhová pevnost betonu v tlaku: f cd = f ck = 20 Mpa γc Charakteristická pevnost betonu v tahu (5% kvantil): fctk;0,05= 2,0 MPa Mezní poměrné přetvoření betonu: εcu3 = 3,5 1

11 Beton 35/45 Charakteristická pevnost betonu v tlaku: fck = 35 MPa Dílčí součinitel spolehlivosti materiálu: γc = 1,50 Návrhová pevnost betonu v tlaku: f cd = f ck = 23,33 Mpa γc Charakteristická pevnost betonu v tahu (5% kvantil): fctk;0,05= 2,2 MPa Mezní poměrné přetvoření betonu: εcu3 = 3,5 Vyztuž B500B Charakteristická mez kluzu oceli: fyk = 500 MPa Dílčí součinitel spolehlivosti materiálu: γc = 1,15 Návrhová mez kluzu oceli: Návrhová hodnota modulu pružnosti oceli: 4. Zatížení f yd = f yk = 434,78 Mpa γc Es = 200 GPa Na konstrukci působí tři druhy zatížení: stálé, proměnné a užitné ZS1 Zatížení stálé od vlastní tíhy betonových prvků konstrukce. Objemová tíha železobetonu je 25 kn/m ZS2 Ostatní stálé zatížení obsahuje vlastní tíhu obvodových konstrukcí, střešního pláště a skladby podlahy ZS3 Technologické podvěsy jako užitné zatížení, jejichž hodnotu jsem zvolil na 0,3 kn/m ZS4 Užitné zatížení ve druhém nadzemním podlaží uvažuji 5 kn/m 2 pro kategorie D a 0,5 kn/m 2 přídavné užitné zatížení pro SDK příčky. Užitné zatížení na střeše dle kategorie H střechy nepřístupné s výjimkou běžné údržby a oprav. V zatěžovacích stavech neuvažuji ZS5 Dalším zatížením je proměnné. V první řadě zatížení sněhem. Objekt se nachází ve Slavkově u Brna, spadá do sněhové oblasti II a intenzita zatížení byla stanovena na 0,8 kn/m 2. Atika je nízká, proto neuvažuji navátý sníh v její oblasti ZS6 ZS13 Jako druhé proměnné, je zatížení větrem. Objekt spadá do větrné oblasti II, kategorie terénu III a maximální dynamický tlak je 0,598 kn/m 2. Zatížení větrem bylo rozděleno do několika zatěžovacích stavů. Uvažuji možnost působení větru ze všech čtyř stran konstrukce s tím, že při každém působení větru na stěnu, můžou nastat dva případy zatížení na střechu. V prvním případě může na střechu v oblasti I nastat sání, ve druhém tlak. Podrobný řešení zatěžovacích stavů je v příloze P1-statický výpočet. 2

12 5. Kombinace Pro mezní stav únosnosti jsem použil kombinační rovnici 6.10a a 6.10b, tak aby byly vytvořeny co nejnepříznivější účinky. Všechny zatížení v modelu jsou v charakteristických hodnotách a kombinuji až výsledné vnitřní síly. Kombinace byly provedeny ručním výpočtem. Kombinační rovnice pro MSÚ dle ČSN EN 1990: 6.10a 6.10b j 1 γ G,J G k,j + γ Q,1 ψ 0,1 Q k,1 + i>1 γ Q,i ψ 0,i Q k,i j 1 ξγ G,J G k,j + γ Q,1 Q k,1 + i>1 γ Q,i ψ 0,i Q k,i Hodnoty dílčích součinitelů zatížení pro MSÚ: ξ = 0,85 Pro nepříznivé: γg = 1,35; γq = 1,5 Pro příznivé γg = 1,0; γq = 0 Hodnoty součinitel ψ pro kombinace zatížení: Sníh ψ0 = 0,5 Vítr ψ0 = 0,6 Užitné 2np ψ0 = 0,7 Kombinační součinitele pro technologické podvěsy byl zvolen. ψ0 = 0,9 Kombinační rovnice pro MSP 6.16b G k,j + ψ 2,i Q k,i j 1 i 1 6. Návrh vybraných prvků 6.1. Vaznice Vaznice byla navržena jako symetrický T- průřez se zkosenými hranami. Šířka pásnice 350 mm, výška pásnice 200 mm, zkosení pásnice o 25 mm. Šířka stojiny 200 mm, výška stojiny 700 mm. Celková skladebná délka nosníku je 15,23 m. Uložená jako prostý nosník se vzdáleností podpor 14,93 m na sloup, nebo na průvlak. Napětí mezi prvky je roznášeno pomocí elastomerové ložiska a vaznice je zajištěna trny. Osová vzdálenost vaznic je proměnná. Pro vaznici je použit beton C35/45 a betonářská výztuž B500B. Stupeň vlivu prostředí XC1. Třída konstrukce S4. Posouzení vaznice na mezní stav únosnosti z kombinace bylo zřejmé, že normálová síla v prutu je zanedbatelná, proto byla posouzena jen na prostý ohyb. Na výsledný návrhový ohybovým moment z kombinací byla navrhnutá podélná výztuž 2Ø20 ve dvou řadách nad sebou a uprostřed stojiny doplněna 1Ø16. Pomocí obálky tahových sil byla podélná výztuž ve druhé řadě zkrácena. Smyková výztuž byl navržena, dle konstrukčních zásad v podobě dvoustřižných třmínků Ø8. Druhým kritériem pro po podélnou výztuž bylo řešení náběhu (d-oblast). D-oblast byla řešena pomocí dvou modelů v podobě náhradní příhradoviny, kde 3

13 tažené pruty tvořila výztuž a tlačené pruty beton. Pro bakalářskou práci byla uvažovaná zjednodušená forma řešení. Posouzeny byly jen tažené pruty a na vnitřní síly navrhnuta výztuž. Pro zakotvení výztuže do podpory byla použita kotevní koncovka Lenton. Mezní stav použitelnosti nosník splnil podmínky pro limitní průhyb od vlivu kvazistálého zatížení a smršťování. Posouzení šířky trhlin vyhoví i podmínkám na vzhled. Posouzení bylo provedeno i na výrobní proces a přepravu vaznice. A pro uložení a montáž vaznice posouzení elastomerových ložisek, trnů a montážních úchytů Průvlak Průvlak byl navržen jako symetrický T- průřez se zkosenými hranami. Šířka pásnice 400 mm, výška pásnice 200 mm, zkosení pásnice o 25 mm. Šířka stojiny 200 mm, výška stojiny 1100 mm. Celková skladebná délka nosníku je 15,4 m. Uložený jako prostý nosník se vzdáleností podpor 15,15 m na konzolku u sloupu. Přenášené napětí je rozneseno pomocí elastomerového ložiska a stabilita je zajištěna trny. Osová vzdálenost průvlaku je 15,03 m a 6,27 m. Pro průvlak je použit beton C35/45 a betonářská výztuž B500B. Stupeň vlivu prostředí XC1. Třída konstrukce S4. Posouzení průvlaku na mezní stav únosnosti z kombinace vnitřních sil bylo zřejmé, že normálová síla v prutu je zanedbatelná není potřeba posuzovat kombinace ohybového momentu a normálové síly. Při vektorovém součtu výsledných kombinací ohybových momentů ve svislém a vodorovném směru, vyšlo naklonění zatížení od svislice zanedbatelně malé, proto neposuzuji šikmý ohyb. Posouzení bylo provedeno jen na prostý ohyb. Pro výsledný návrhový ohybovým moment z kombinací byla navrhnuta podélná výztuž 10Ø25 a 3Ø20 celkově v pěti řadách nad sebou. Pomocí obálky tahových sil byla podélná výztuž zkrácena. Smyková výztuž v podobě dvoustřižných třmínků Ø8 je rozdělena, dle konstrukčních zásad po 400mm. Postup řešení d-oblasti je stejný jako u vaznice. Pro zakotvení výztuže do podpory byla použita kotevní destička o rozměrech. Mezní stav použitelnosti stejně jako u vaznice nosník splnil podmínky pro limitní průhyb. Šířka trhlin vyhověla. Posouzení průvlaku ve výrobním a montážním procesu stejný postup jako u vaznice Sloup Sloup je navržen jako čtvercový průřez o šířce 400 mm. Výška sloupů je proměnná a sloup bude vetknutý v kalichové patce. Pro sloup je použit beton C30/37 a betonářská výztuž B500B. Stupeň vlivu prostředí XC1. Třída konstrukce S4. Posouzení sloupu - kombinace vnitřních sil byly vytvořeny pro extrémy: Min M odpovídající N; Max M odpovídající N; Min N odpovídající M; Max N odpovídající M. Ve sloupu byla navržena výztuž 8Ø20. Třmínky dvoustřižné Ø8. Pro posouzení byly vypočítány jen potřebné body interakčního diagramu - 2,3 a Z. Posuzuji v příčném a podélném směru. Kritická délka je uvažovaná jako 1,5 násobek délky sloupu. Sloup byl posouzen ve výrobním a montážním procesu, navrženy montážní úchyty a otvor pro zvednutí sloupu. 7. Závěr Ve statickém výpočtu jsem navrhl a posoudil vybrané prvky, zmíněné v textu, na mezní stav únosnosti a mezní stav použitelnosti. A posouzení výrobního a montážního stavu prefabrikátu. Podrobný postup návrhu a dimenzování obsahuje statický výpočet, který je hlavní přílohou bakalářské práce (příloha P1). Posouzení bylo provedeno dle platných norem. Pro řešení vnitřních sil byl použit 3D model ve výpočetním programu RFEM 5.0. Na základě posouzení těchto prvků, jsem vypracoval výrobní výkresovou dokumentaci (příloha P2). 4

14 8. Seznam použitých zdrojů, literatury 8.1. Literatura, normy [1] ČSN EN 1990: Zásady navrhování konstrukcí, ČSNI 03/2004 [2] ČSN EN : Zatížení konstrukcí - Obecná zatížení - Část 1-1 : Objemové tíhy, vlastní tíha a užitná zatížení budov, ČSNI 03/2004 [3] ČSN EN Eurokód 1: Zatížení konstrukcí - Část 1-3: Obecná zatížení - Zatížení sněhem. Praha: Český normalizační institut, [4] ČSN EN Eurokód 1: Zatížení konstrukcí - Část 1-4: Obecná zatížení - Zatížení větrem. Praha: Český normalizační institut, 2007: Zatížení konstrukcí [5] ČSN EN : Navrhování betonových konstrukcí - Obecně - Část 1-1 : Obecná pravidla pro pozemní a inženýrské stavby, ČSNI 7/2007 [6] ZICH, Miloš a kol. Příklady posouzení betonových prvků dle eurokódů. Praha: Dashöfer, 2010, 145 s. ISBN [7] SEMRÁD, Karel a SZÜCS, Csaba. Řešené příklady betonových konstrukcí pomocí příhradové analogie. Vypracováno v rámci projektu FRVŠ 2311/2009/G1 [8] Časopis beton. Časopis beton [online] dostupné z: Seznam použitých programů AutoCAD 2015 RFEM 5.0 MS Office Word 2013 MS Office Excel Seznam použitých zkratek a symbolů Gk - zatížení stálé Qk zatížení proměnné γg dílčí součinitel zatížení ψ0 kombinační součinitel pro mezní stav únosnosti ψ2 kombinační součinitel pro kvazistálou kombinaci PUR - polyuretan 2NP druhé nadzemní podlaží SDK sádrokarton ZS zatěžovací stav 10. Seznam příloh textové části P1 STATICKÝ VÝPOČET P2 VÝKRESOVÁ DOKUMENTACE P3 - POUŽITÉ PODKLADY 5