VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY ŽELEZOBETONOVÁ KONSTRUKCE BYTOVÉHO DOMU REINFORCED CONCRETE LOAD-BEARING CONSTRUCTION

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 ŽELEZOBETONOVÁ KONSTRUKCE BYTOVÉHO DOMU REINFORCED CONCRETE LOAD-BEARING CONSTRUCTION DIPLOMOVÁ PRÁCE DIPLOMA THESIS AUTOR PRÁCE AUTHOR VEDOUCÍ PRÁCE SUPERVISOR BC. DAVID ILČÍK Ing. PAVEL ŠULÁK, Ph.D. BRNO 2016

2

3

4 Abstrakt Diplomová práce se zabývá návrhem a posouzením vybraných konstrukčních prvků bytového domu z hlediska mezních stavů únosnosti a použitelnosti. Posuzované části konstrukce jsou stropní deska ve druhém nadzemním, sloup a stěna v prvním nadzemním podlaží, schodiště a základová patka. Prvky jsou posouzeny dle platných norem ČSN EN ve statickém výpočtu, na který je vytvořena výkresová dokumentace. Vnitřní síly jsou vypočteny pomocí softwaru Scia Engineer, kde je vymodelována a zatížena konstrukce. Klíčová slova Bytový dům, lokálně podepřená monolitická deska, sloup, stěna, schodišťová deska, základová patka, železobeton, výztuž, zatížení, kombinace, vnitřní síly, metoda náhradních rámů, dimenzování, ohyb, protlačení, interakční diagram, únosnost základové půdy, sedání. Abstract The diploma thesis is aimed for design and assessment main load bearing elements of a apartment building on the ultimate and serviceability limit state. Assessed parts of construction are reinforced concrete slab over the second floor, column and shear wall in the first floor, stairway slab and foundation pad. The elements are assessed in a structural design report according valid standard. There is created drawings. Internal forces are calculated using software Scia Engineer, where is modeled and loaded the construction. Keywords Apartment building, locally supported monolithic slab, column, wall, stairway slab, foundation pad, reinforced concrete, reinforcement, load, combination, internal forces, method of replacement frames, design of structure, bending, punching, interaction diagram, load-bearing capacity of subsoil, settlement.

5 Bibliografická citace VŠKP Bc. Železobetonová konstrukce bytového domu. Brno, s., 331 s. příl. Diplomová práce. Vysoké učení technické v Brně, Fakulta stavební, Ústav betonových a zděných konstrukcí. Vedoucí práce Ing. Pavel Šulák, Ph.D.

6

7 Poděkování Tímto bych rád poděkoval vedoucímu práce panu Ing. Pavlu Šulákovi PhD. za strávený čas při odborných konzultací, trpělivost, poskytování cenných rad a znalostí v průběhu vypracování bakalářské práce. Další poděkování patří mým rodičům, rodině a přátelům za podporu v průběhu celého studia.

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 ŽELEZOBETONOVÁ KONSTRUKCE BYTOVÉHO DOMU REINFORCED CONCRETE LOAD-BEARING CONSTRUCTION TEXTOVÁ ČÁST DIPLOMOVÁ PRÁCE DIPLOMA THESIS AUTOR PRÁCE AUTHOR VEDOUCÍ PRÁCE SUPERVISOR BC. DAVID ILČÍK Ing. PAVEL ŠULÁK, Ph.D. BRNO 2016

9 Obsah 1 ÚVOD 3 2 POPIS OBJEKTU 3 3 POPIS KONSTRUKCE Konstrukční systém Stropní deska D Schodiště Sloup S Stěna ZS Základová patka ZP MATERIÁLY 5 5 ZATÍŽENÍ 6 6 KOMBINACE 6 7 ZÁVĚR 7 8 SEZNAM POUŽITÝCH ZDROJŮ Literatura Software SEZNAM POUŽITÝCH SYMBOLŮ SEZNAM PŘÍLOH 10 2

10 1 ÚVOD Cílem diplomové práce je staticky vyřešit vybrané prvky železobetonové monolitické konstrukce bytového domu. Řešené části konstrukce jsou stropní deska nad druhým nadzemním podlažím, sloup a stěna v prvním nadzemním podlaží, schodiště a základová patka. Práce obsahuje tři přílohy. V příloze P1 jsou podklady navrženého bytového domu. V příloze P2 se nachází statický výpočet, kde je navržena a posouzena výztuž zmiňovaných řešených prvků konstrukce. Veškeré výpočty jsou provedeny na základě platných norem ČSN EN. Výkresová dokumentace je ve třetí příloze P3. Pro výpočet vnitřních sil byl použit software Scia Engineer, který počítá metodou konečných prvků. 2 POPIS OBJEKTU Bytový dům s pěti nadzemních podlaží má jedno ose symetrický půdorys se zkosenými stěnami, jehož půdorysné rozměry jsou 17,20 x 33,95 m. Konstrukční výška činí 3,25 m. Hlavním komunikačním prostorem je chodba situována uprostřed budovy, která rozděluje objekt na dvě křídla. Vstup se nachází z jihozápadní strany. Pro překonání výškových úrovní je zde vytvořeno dvouramenné schodiště, které vede až po výstup na plochou střechu, a výtah. V prvním nadzemním podlaží jsou dva byty a skladovací místnosti pro obyvatele jednotlivých bytů. V každém ostatním podlaží jsou 4 byty. Plášť konstrukce je navržen z broušených cihel Porotherm 30 Profi zatepleným kontaktním zateplovacím systémem Etics s izolací z pěnového polystyrenu Isover EPS 100F tloušťky 140 mm. Jako dělící konstrukce bytů jsou použity akustické cihly Porotherm 25 AKU Z, které oddělují jednotlivé byty a hlavní chodbu, a Porotherm 11,5 AKU Z, které rozdělují byt dispozičně. 3 POPIS KONSTRUKCE 3.1 Konstrukční systém Konstrukční systém budovy je monolitický železobetonový skelet se ztužujícími stěnami, který slouží jako podpora pro křížem vyztuženou desku. Sloupy jsou založeny na základových patkách a stěny na základových pásech. 3

11 3.2 Stropní deska D1 Stropní deska je podepřena jednak lokálně sloupy a jednak liniově ztužujícími stěnami. Tloušťka desky je 250 mm a je vyztužena v obou směrech betonářskou výztuží. Deska je dimenzována z hlediska obou mezních stavů únosnosti a použitelnosti. Deska je vyšetřována ohyb, smyk (protlačení) namáhání a proti řetězovému zřícení. Na ohybové namáhání je u obou povrchů desky navržena ortogonální síť konstrukční výztuže (Ø10/150) na minimální stupeň vyztužení, která bude v místech extrémních momentů doplněna přídavnou výztuží průměru 10 a 14 mm. Problematika poškození desek protlačením je řešena použitím tzv. třmínkových lišt Schöck Bole. Výpočet je proveden dle softwaru společnosti Schöck a porovnán ručním výpočtem dle normy. Navržená výztuž na řetězové zřícení jsou 2 Ø18, která lěží na spodní výztuži na ohyb. 3.3 Schodiště Schodiště je tvořeno železobetonovými deskami dvou ramen spojené mezipodestou. Ramena mají nadbetonové stupně. Z důvodu omezení kročejového hluku jsou železobetonové desky ramen spojeny s mezipodestou pomocí prvků Schöck tronsole. Tyto prvky přenáší pouze smykové síly. Minimální výška prvků je 160 mm a to odpovídá i tloušťce desek. Mezipodesta je vetknuta do ztužující stěny ze dvou stran. Mezi konstrukcí a delšími stranami desek (podélnými) jsou vloženy Schöck Spárové desky PL. Schodiště je posouzeno z hlediska obou mezních stavů. Šířka ramene je 1300 mm a mezipodesty 1400 mm. Krycí vrstva je tloušťky 25 mm. 3.4 Sloup S4 Pro návrh a posouzení byl vybrán nejvíce namáhaný sloup v prvním nadzemním podlaží, jehož průřezové rozměry jsou 500 x 500 mm. Kombinace vnitřních sil jsou upraveny na účinky prvního a druhého řádu. Sloup je symetricky vyztužen osmi podélnými pruty 12 mm a příčnou výztuží (třmínky) průměru 6 mm po 180 a 100 mm. Pro ověření únosnosti sloupu je vytvořen interakční diagram. 4

12 3.5 Stěna ZS2 Ztužující stěna má tloušťku 250 mm. Svislá výztuž (Ø12/200) je stejně jako u sloupu namáhána na kombinaci ohybových momentů a normálových sil, proto byl vytvořen interakční diagram. Vodorovná výztuž (Ø8/200) slouží přenosu ohybových momentů ve vodorovném směru. Posudek je proveden na mezní stav únosnosti. 3.6 Základová patka ZP4 Základová patka se nachází pod nejvíce namáhaným sloupem S4. Půdorysné rozměry patky jsou 3 x 3 m a výška 1 m. Hloubka založení je 1,49 m. Podkladní beton tloušťky 100 mm je z betonu třídy C16/20 a krycí vrstva betonu je 50 mm. Pro mezní stav porušení STR a GEO je použit návrhový přístup 3 pro odvodněné podmínky (dlouhodobá únosnost). V tomto stavu je vyšetřeno napětí a únosnost základové spáry, ohyb a protlačení patky. Navržená výztuž (15 Ø18) je na sebe kolmá a v obou směrech rovnoměrně rozdělena na šířku patky. V mezním stavu použitelnosti je spočítáno sednutí patky. Únosnost základové spáry a sednutí je vypočteno na základě charakteristik zemin fiktivně vytvořeného geologického profilu. Výpočet byl ověřen v programu GEO5. 4 MATERIÁLY Beton C25/30 Na každý prvek konstrukce je použit beton C25/30 a ocel B550B. 5

13 Ocel B550B 5 ZATÍŽENÍ Stálé zatížení vlastní tíha skladby podlah a střešního pláště vnější a vnitřní zdivo Proměnné zatížení užitné zatížení (plné a šachy) příčky a sádrokartonový podhled (dlouhodobé) klimatické zatížení (sníh a vítr) Užitné zatížení má hodnotu pro stropní konstrukce 1,50 kn/m 2, schodiště 3,00 kn/m 2 a balkón 3,00 kn/m 2. Objekt se nachází ve sněhové a větrné oblasti II. Plošné zatížení sněhem je 0,80 kn/m 2. Z důvodu výškové členitosti budovy budou vznikat i návěje. Základní rychlost větru z mapy větrných oblastí je 25m/s. Z těchto zatížení bylo vytvořeno 18 zatěžovacích stavů. 6 KOMBINACE Pro návrhové hodnoty zatížení musí být provedeny kombinace zatěžovacích stavů. Pro mezní stav únosnosti jsou použity rovnice 6.10a a 6.10b. Kombinace jsou provedeny pomocí programu Scia Engineer na návrhovou situaci STR a GEO soubor B. 6

14 Pro mezní stav použitelnosti jsou použity následující kombinace. charakteristická kombinace častá kombinace kvazistálá kombinace 7 ZÁVĚR Výsledkem diplomové práce bylo navrhnout, posoudit a zpracovat výkresovou dokumentaci vybraných prvků železobetonové konstrukce bytového domu. Návrh a výpočet je proveden dle konstrukčních zásad a platných norem na mezní stav únosnosti a použitelnosti. Všechny navržené prvky konstrukce jsou vyhovující. Vnitřní síly a některé posudky jsou spočteny pomocí různých softwarů a následně ověřeny ručními výpočty. 7

15 8 SEZNAM POUŽITÝCH ZDROJŮ 8.1 Literatura 1) ČSN EN 1990 Eurokód: Zásady navrhování konstrukcí (Duben 2002) 2) ČSN EN Eurokód 1: Zatížení konstrukcí část 1-1: Obecná zatížení - Objemové tíhy, vlastní tíha a užitná zatížení pozemních staveb (Březen 2004) 3) ČSN EN Eurokód 1: Zatížení konstrukcí část 1-3: Obecná zatížení Zatížení sněhem (Červen 2005) 4) ČSN EN Eurokód 1: Zatížení konstrukcí - Část 1-4: Obecná zatížení - Zatížení větrem 5) ČSN EN Eurokód 2: Navrhování betonových konstrukcí část 1-3: Obecná pravidla a pravidla pro pozemní stavby (Listopad 2006) 6) ČSN Navrhování betonových konstrukcí pozemních staveb (Září 2010) 7) ZICH, Miloš a kolektiv. PŘÍKLADY POSOUZENÍ BETONOVÝCH PRVKŮ DLE EURO- KÓDŮ. Typos, tiskařské závody, s. r. o. Brno s. ISBN ) BAŽANT, Zdeněk. BETONOVÉ KONSTRUKCE I: Betonové konstrukce plošné část 1. Brno ) BAŽANT, Zdeněk. BETONOVÉ KONSTRUKCE I: Betonové konstrukce plošné část 2. Brno ) PROCHÁZKA, Jaroslav a kolektiv. NAVRHOVÁNÍ BETONOVÝCH KONSTRUKCÍ. PŘÍ- RUČKA K ČSN EN A ČSN EN , 1. vydání, Informační centrum ČKAIT, Praha Stran 338. ISBN ) HOLICKÝ, Milan a MARKOVÁ Jana. ZÁSADY NAVRHOVÁNÍ STAVEBNÍCH KON- STRUKCÍ. PŘÍRUČKA K ČSN EN 1990, 1. vydání, Informační centrum ČKAIT, Praha Stran 150. ISBN ) MASOPUST, Jan. NAVRHOVÁNÍ ZÁKLADOVÝCH A PAŽÍCÍCH KONSTRUKCÍ. PŘÍ- RUČKA K ČSN EN 1997, Informační centrum ČKAIT, Praha Stran 216. ISBN ) REMEŠ, Josef a kolektiv. STAVEBNÍ PŘÍRUČKA, 2. vydání, Grada Publishing, Praha Stran 248. ISBN ) WEIGLOVÁ, Kamila. MECHANIKA ZEMIN MODUL BF02 M02 VLASTNOSTI ZEMIN, Brno

16 15) MASOPUST, Jan a GLISNÍKOVÁ Věra. ZAKLÁDÁNÍ STAVEB MODUL M01, Brno ) ŠVAŘÍČKOVÁ, Ivana. Pomůcky. [online]. [cit ]. Dostupné z: 17) ŠIMŮNEK, Petr. Betonové konstrukce I - BL05. [online]. [cit ]. Dostupné z: 18) Ústav betonových a zděných konstrukcí. Podklady pro studenty. [online]. [cit ]. Dostupné z: 19) SCIA GROUP CZ, Nápověda. [online]. [cit ]. Dostupné z: 20) TIPKA, Martin a NOVÁK Josef. ANALÝZA METOD VÝPOČTU ŽELEZOBETONOVÝCH LOKÁLNĚ PODEPŘENÝCH DESEK. [online]. [cit ]. Dostupné z: pdf 21) ILČÍK, David. ŽELEZOBETONOVÁ NOSNÁ KONSTRUKCE BYTOVÉHO DOMU. Brno, s., 184 s. příl. Bakalářská práce. Vysoké učení technické v Brně, Fakulta stavební, Ústav betonových a zděných konstrukcí. Vedoucí práce Ing. Pavel Šulák, Ph.D. 8.2 Software Scia Engineer 15.1 Microsoft Office Word 2007 Microsoft Office Excell 2007 AutoCAD 2010 ArchiCAD 19 GEO5 Schöck Bole 9

17 9 SEZNAM POUŽITÝCH SYMBOLŮ E cm E s f ck f cd f ctm f ctk;0,05 ε c3 ε cu3 γ c f yk f yd ε yd γ s Modul pružnosti betonu Modul pružnosti oceli Charakteristická pevnost betonu v tlaku Návrhová pevnost betonu v tlaku Charakteristická pevnost betonu v tahu Charakteristická pevnost betonu v tahu (0,05 kvantil) Přetvoření betonu Přetvoření betonu Dílčí součinitel betonu pro mezní stav únosnosti Charakteristická pevnost oceli v tahu Návrhová pevnost oceli v tahu Přetvoření oceli Dílčí součinitel oceli pro mezní stav únosnosti 10 SEZNAM PŘÍLOH P1) PODKLADY P2) STATICKÝ VÝPOČET P3) VÝKRESOVÁ DOKUMENTACE 10