NK I - Základy navrhování

Transkript

1 NK I - Základy navrhování Přednášky: Doc. Ing. Karel Lorenz, CSc., Prof. Ing. Milan Holický, DrSc., Ing Jana Marková, Ph.D. FA, Ústav nosných konstrukcí, Kloknerův ústav Cvičení: Ing. Naďa Holická, CSc., Fakulta stavební Ing. Jana Markova, Ph.D., Kloknerův ústav - Zásady navrhování - Zatížení - Uspořádání konstrukce - Zakládání staveb - Zděné konstrukce Program přednášek 1 Metoda navrhování nosných konstrukcí, definice mezních stavů 2 Zatížení stavebních konstrukcí stálé, proměnné, návrhové situace, 3 4 Uspořádání nosné konstrukce, odpovídající statická schémata, tok sil 5 určování silových účinků v jednotlivých prvcích, patrové a halové objekty 6 prostorová tuhost, mezní stav stability polohy 7 Zakládání staveb plošné a hlubinné základy, vlastnosti základové půdy 8 mezní stavy únosnosti a použitelnosti, 9 návrh plošných základů 10 Zděné konstrukce materiály, návrhové vlastnosti, nosné prvky 11 uspořádání zděných prvků zdivo prosté, vyztužené, předpjaté 12 výpočet únosnosti tlak, mimostředný tlak, smyk, ohyb 13 Rezerva, inovace 14 Rezerva, inovace

2 Program cvičení 1 Návrh průřezu táhla. Stanovení zatížení, odolnost průřezu. 2. Výpočet účinků zatížení. Stálé a užitné zatížení, výpočet účinků. 3. Výpočet účinků zatížení. Zatížení sněhem a větrem. 4. Dimenzování zděné stěny. Zatížení a materiálové vlastnosti. 5. Dimenzování zděného pilíře. Výpočet rozměrů. 6. Dimenzování základu. Zatížení a vlastnosti základové půdy, patka. 7. Rezerva - Dimenzování základu. Necentrické zatížení pasu. Podmínka pro získání zápočtu je věcně správné (výpočty a výkres) zpracování uvedených cvičení včetně účasti na cvičeních. Ke zkoušce se lze přihlásit pouze po složení zkoušky ze Statiky. Skripta: Hájek P. a kol. Konstrukce pozemních staveb Studnička J., Holický M.: Zatížení konstrukcí (Ocelové kon.) Pume D., Košatka P.: Zděné konstrukce (Betonové kon.) Co je nosná konstrukce? Nosná konstrukce je kostra (skeleton), která nese zatížení a poskytuje potřebnou tuhost a ochranu proti vnějšímu prostředí. Základní vlastnosti nosné konstrukce jsou: únosnost, dostatečná tuhost a trvanlivost.

3 Konstrukce přírodní a umělé Velmi tenká skořepina vajíčka nese a chrání zárodek Podobně opera v Sydney má relativně tenkou konstrukci, která je současně ochranou před vlivy prostředí. Konstrukce v přírodě a v architektuře Pavoučí síť Lord s New Stand Obě konstrukce používají prvky, které jsou při přenášení zatížení namáhány na tah.

4 Obecná hlediska navrhování Odolnost a stabilita Funkčnost Proveditelnost Hospodárnost Estetický vzhled Obvyklý postup navrhování 1. Koncepční návrh, prostorové uspořádání, materiály 2. Podrobný návrh - Analýza konstrukce, stanovení zatížení a jejich účinků - Návrh konstrukce jako celku, robustnost, propojení -Návrh průřezů, rozměrů, výztuže, krycích vrstev -Ověření použitelnosti, trvanlivosti a požární odolnosti 3. Prováděcí dokumentace, výkresy, konstrukční detaily, spoje, výztuž, kotvení Navrhování je zpravidla iterační proces.

5 Význam rozhodnutí při navrhování Význam rozhodnutí Koncepční návrh Podrobný návrh Prováděcí dokumentace Náklady při navrhování Náklady Koncepční návrh Podrobný návrh Prováděcí dokumentace

6 Směrnice rady 89/106/EHS (CPD) Hlavní požadavky Mechanická odolnost a stabilita Bezpečnost při požáru Hygiena, zdraví, životní prostředí Uživatelská bezpečnost Ochrana proti hluku Úspora energie a ochrana tepla Interpretační dokumenty ID1 až ID6 Předmět NK I Základy navrhování se zabývá především požadavky na mechanickou odolnost Spolehlivost konstrukce Spolehlivost - vlastnost (pravděpodobnost) konstrukce plnit předpokládané funkce během stanovené doby životnosti a za určitých podmínek. - spolehlivost - pravděpodobnost poruchy p f - funkce - požadavky - doba životnosti T -určité podmínky Pravděpodobnost poruchy p f je nejdůležitější a objektivní míra spolehlivosti konstrukce

7 Návrhové situace a životnost Návrhové situace Trvalá - normální provoz Dočasná - výstavba, přestavba Mimořádná - požár, výbuch, náraz Seizmická - zemětřesení Návrhová doba životnosti Vyměnitelné součásti 1 až 5 let Dočasné konstrukce 25 let Budovy 50 let Mosty, památníky 100 let Mezní stavy Mezní stavy - stavy při jejichž překročení ztrácí konstrukce schopnost plnit funkční požadavky Mezní stavy únosnosti ztráta rovnováhy konstrukce jako tuhého tělesa porušení, zřícení, ztráta stability porušení únavou Mezní stavy použitelnosti provozuschopnost částí konstrukce pohodlí uživatelů vzhled

8 Mezní stavy stavebních konstrukcí Únosnosti -Překlopení - Stabilita -Kolaps Použitelnost -Přetvoření -Trhliny -Nadměrné napětí v tlaku - Kmitání Porušení železobetonového nosníku Trhliny - tahové, svislé - tahové, šikmé - smykové - tlakové

9 Celistvost - robustnost Konstrukce má být navržena a provedena tak, aby se neporušila způsobem nepřiměřeným příčině (požár, výbuch, náraz, lidské chyby). Ronan point 1960 výbuch v 20 podlaží Opatření vytvoření vazeb mezi prvky Obvodové věnce Vnitřní vazby Svázání sloupů Svázání sloupů a stěn Zajištění celistvosti Vodorovné propojení Svislé propojení

10 Metody ověřování spolehlivosti Historické a empirické metody Dovolená namáhání Stupeň bezpečnosti Metoda dílčích součinitelů Pravděpodobnostní metody Rizikové inženýrství Zvyšuje se náročnost výpočtu Nejstarší stavební zákon Zákony Hammourabiho, Babylon, 2200 BC Stavitel nedostatečně pevného domu, který se zřítil a zabil majitele, - bude připraven o život.

11 Základy metody dílčích součinitelů Charakteristické hodnoty: - zatížení: F k - vlastností materiálů: f k -rozměrů a k (=a nom ) Návrhové hodnoty: -Zatížení Fd = γ Fψ ifk -Vl. materiálů f d = fk /γ M -Rozměrů ad = ak ± Δa, Δa 0 kde γ F, γ M ψ i jsou dílčísoučinitele Podmínka spolehlivosti: E d( Fd, fd, ad) < Rd ( Fd, fd, ad ) Například: E d = γ G G k + γ Q Q k < R d = A f yk /γ M 0,4 Charakteristické hodnoty Hustota pravděpodobnosti ϕ(x) pevnosti nebo zatížení X 0,3 0,2 charakteristická hodnota pevnosti x k =x 0,05 směrodatná odchylka σ σ charakteristická hodnota?zatížení x k =x 0,98 0,1 p = 0,05 průměr μ 1- p = 0,02 (x-μ)/σ 0,0-3,5-2,5-1,5-0,5 0,5 1,5 2,5 3,5 Příklad náhodné veličiny X s normálním rozdělením Charakteristické hodnoty nejsou zpravidla průměrné hodnoty. Pro běžné materiály a zatížení jsou uvedeny v předpisech.

12 E R Příklad ocelového táhla Obecně Návrhové hodnoty Návrh plochy táhla A Účinek zatížení E = G + Q E d = γ G G k + γ Q Q k Odolnost R = A f y R d = A f yk /γ M = A f yd E d < R d A > E d / f yd, nebo γ G G k + γ Q Q k < A f yk /γ M A > (γ G G k + γ Q Q k ) / (f yk /γ M ) Příklad: G k = 0,6 MN, Q k = 0,4 MN, γ G = 1,35, γ Q = 1,5 E d = 1,35.0,6+1,5.0,4 = 1,41 MN f yk = 235 MPa, γ M = 1,10, f yd = f yk / γ M = 214 MPa A > E d / f yd = 1,41/214 = 0,00659 m 2 = 65,9 cm 2 Otázky ke zkoušce Obvyklý postup navrhování Hlavní požadavky na stavební výrobky Spolehlivost konstrukce Návrhové situace, životnost Mezní stavy únosnosti a použitelnosti Celistvost robustnost Obvyklý postup navrhování Metoda dílčích součinitelů Charakteristická hodnota pevnosti a zatížení Příklad návrhu táhla