STATICKÝ VÝPOČET. Ing. Jan Blažík

Transkript

1 STATICKÝ VÝPOČET Zpracovatel : Zodpovědný projektant : Vypracoval : Ing. Pavel Charous Ing. Jan Blažík Stavebník : Místo stavby : Ondřejov u Rýmařova z.č. : Stavba : Datum : 06/2015 Stáj pro býky 21,5 x 60 m Stupeň : DPS Formát : 34 A 4 Část : Ocelová konstrukce č.přílohy :

2 Obsah statického výpočtu 1. Použité podklady str Zatížení všeobecně str Přehled zatěžovacích stavů str Návrh a posouzení střešní krytiny str Výpočtová schémata stáje str Přehled profilů a důležité detaily str Návrh a posouzení kotevních prvků str Zatížení spodní stavby - extrémy str Stáj pro býky 21,5 x 60 m str. 2

3 1. Použité podklady : 1.1 Použité normy ( včetně všech změn a oprav ), literatura ČSN EN Zásady navrhování konstrukcí Březen 2004 ČSN EN Zatížení konstrukcí - Část 1-1 : Obecná zatížení Objemové tíhy, užitná zatížení, Březen 2004 ČSN EN Zatížení konstrukcí - Část 1-3 : Obecná zatížení Zatížení sněhem, Červen 2005 ČSN EN Zatížení konstrukcí - Část 1-4 : Obecná zatížení Zatížení větrem, Duben 2007 ČSN EN Navrhování ocelových k-cí, Část 1-1 : Obecná pravidla a pravidla pro pozemní stavby, prosinec 2006 ČSN EN Navrhování ocelových k-cí, Část 1-8 : Navrhování styčníků, prosinec 2006 ČSN EN ČSN Zásady navrhování konstrukcí Hodnocení existujících konstrukcí, Prosinec Ocelové konstrukce kontrola a údržba ocelových konstrukcí pozemních a inženýrských staveb, Duben 2012 ČSN EN Provádění ocelových a hliníkových konstrukcí, Část 2 : Technické požadavky na ocelové konstrukce, Duben 2009 ČSN EN A1 Provádění ocelových a hliníkových konstrukcí, Část 2 : Technické požadavky na ocelové konstrukce, Leden Ostatní : - výpočtový program SCIA Enginner pro stanovení vnitřních sil a deformací jednotlivých ocelových nosných prvků - výpočtový program Idea StatiCaSCIA 5.4 pro návrh a posouzení momentových přípojů a kotvení 1.3 Podmínky výpočtu : Lokalita : Ondřejov --- cca 650 m nad mořem Zatížení sněhem : 2,57 kpa 2,60 kn.m -2 ( ) Zatížení větrem : 27,5 m/s ( základní rychlost větru ) Rozpětí : 21,5 m Modul příčných vazeb : 12 x 5,0 m = 60 m Sklon sedlové střechy : 20 % = 11,31 0 Stáj pro býky 21,5 x 60 m str. 3

4 2. Zatížení všeobecně : 2.1 Součinitele spolehlivosti zatížení podle NAD ČR : stálá zatížení : γ G = 1,00 nebo 1,35 nahodilá zatížení : γ Q = 1, Dílčí součinitele spolehlivosti materiálu podle NAD ČR : únosnost průřezů kterékoliv třídy γ M0 = 1,00 únosnost průřezů při posuzování stability γ M1 = 1,00 únosnost průřezů při porušení oslabeného γ M2 = 1,25 průřezu v tahu únosnost šroubů a svarů γ M2 = 1, Kombinace zatěžovacích stavů konstrukce krovu: Základní kombinace č. 1 ( stálé zatížení a všechna nahodilá zatížení ) E d = γ G * G k,j + 1,50 * Q k,1 + 1,50 * Σ ψ 0,i * Q k,i G k,j stálé zatížení Q k, hlavní proměnné zatížení Q k,i vedlejší proměnná zatížení ψ 0,i kombinační součinitel proměnného zatížení ψ 0,1 = 0, zatížení sněhem ψ 0,2 = 0, zatížení větrem Základní kombinace č. 2 ( stálé zatížení a jedno nahodilé zatížení ) E d = γ f,g * G k,j + 1,50 * Q k,i G k,j stálé zatížení Q k,i zatížení sněhem popřípadě větrem Stáj pro býky 21,5 x 60 m str. 4

5 3. Přehled zatěžovacích stavů : 1. ZS : Vlastní váha( stálé zatížení ), γ G = 1,35 Vlastní váha konstrukce počítá použitý software ESA Engineer sám z katalogových profilů 2. ZS : Střecha a stěny ( stálé zatížení ), γ G = 1,35 trapézový plech TR 50/250 0,88 mm ,10 kn.m -2 opláštění ( odhad ) ,10 kn.m ZS : Zatížení sněhem ( nahodilé zatížení ), γ Q = 1,50 s = µ i * C e * C t * s k Sklon sedlové střechy : α 11,31 0 s k = 2,60 kn.m -2 ( podle stránky ) C e = 1, součinitel expozice ( normální typ krajiny ) C t = 1, tepelný součinitel µ 1 = 0,80 pro 0 0 α = 11, ( součinitel tvaru ) s = 0,80 x 1,00 x 1,00 x 2,60 = 2,08 kn.m -2 s/2 = 0,5 x 2,08 = 1,04 kn.m -2 Stáj pro býky 21,5 x 60 m str. 5

6 6. 9. ZS Zatížení větrem ± X, ± Y ( nahodilé zatížení ), γ f,q = 1,50 V b,0 = 27,5 m.s výchozí základní rychlost větru ( oblast III., Ondřejov u Rýmařova ) C dir = C season = 1,00 ( viz str. 20 ČSN EN ) V b = C dir.c season.v b,0 = 1,0.1,0.27,5 = 27,5 m.s -1 h 5,75 m --- výška objektu b 22,00 m šířka konstrukce h b = 5,75 m < 22,00 m z e = h = 5,75 m (referenční výška ) Charakteristický maximální dynamický tlak : q b = 1/2.ρ.v 2 m(z) stanovení střední rychlosti větru v m : v m (z) = c r (Z).c 0 (z).v b c r (z) = k r.ln(z/z 0 ) pro z min z z max 2 m < 5,75 m 200 m k r = 0,19.(z 0 /z 0,II ) 0.07 z 0 = 0,05 pro kategorii terénu II z 0,II = 0,05 k r = 0,19.(0,05/0,05) 0,07 = 0,190 c r (z) = 0,19.ln(5,75/0,05) = 0,902 c 0 (z) = 1, součinitel orografie k l = 1, součinitel turbulence v m (z) = 0,902.1,00.27,5 = 24,81 m.s -1 stanovení součinitele expozice c e (z) : c e (z) = [k l /c 0.ln(z/z 0 )] = [1,0/1,0.ln(5,75/0,05)] = 2,475 q p (z) = c e (z).q b = c e (z).1/2.ρ.v 2 m(z) q p (z) = 2,475.0,5.1,25.24,81 2 = 952,16 N.m -2 0,96 kn.m -2 Stáj pro býky 21,5 x 60 m str. 6

7 Součinitele tlaku větru pro stěny navrhovaného objektu : Vítr na podélné stěny směr ± X ( vnější tlaky ): h = 5,75 m, b 60,5 m, d 22,0 m e = min( b,2h ) = min( 60,5 m, 2.5,75 = 11,5 m ) e = 11,5 m e = 11,5 m < d = 22 m h/d = 5,75/22 = 0,25 0,261 1,00 potom : Z důvodů nedostatečné korelace tlaků větru na návětrné a závětrné straně je možné hodnoty D,E vynásobit koeficientem 0,85 ( str. 31, poznámka ) C p,a = -1, sání kolmo ke směru větru C p,b = -0, sání kolmo ke směru větru C p,c = -0, sání kolmo ke směru větru C p,d = +0, tlak na návětrnou stranu C p,e = -0, sání na závětrnou stranu w k sání,a = 0,96 x (-1,20) = -1,08 kn.m pro e/5 = 11,75/5 = 2,35 m w k sání,b = 0,96 x (-0,80) = -0,77 kn.m pro 4e/5 = 4.11,75/5 = 9,40 m w k sání,c = 0,96 x (-0,50) = -0,48 kn.m pro d-e = 22 11,75 = 10,25 m w k tlak,d = 0,85 x 0,96 x (+0,70) = +0,57 kn.m -2 w k sání,e = 0,85 x 0,96 x (-0,30) = -0,25 kn.m -2 Vítr na štítové stěny směr ± Y ( vnější tlaky ): h = 5,75 m, b 22,0 m, d 60,5 m e = min( b,2h ) = min( 22,0 m, 2.5,75 = 11,5 m ) e = 11,75 m e = 11,75 m < d = 60,5 m h/d = 5,75/60,5 = 0,095 0,25 potom : Z důvodů nedostatečné korelace tlaků větru na návětrné a závětrné straně je možné hodnoty D,E vynásobit koeficientem 0,85 ( str. 31, poznámka ) C p,a = - 1, sání kolmo ke směru větru C p,b = - 0, sání kolmo ke směru větru C p,c = -0, sání kolmo ke směru větru C p,d = + 0, tlak na návětrnou stranu C p,e = - 0, sání na závětrnou stranu Stáj pro býky 21,5 x 60 m str. 7

8 w k sání,a = 0,96 x (-1,20) = -1,08 kn.m pro e/5 = 11,75/5 = 2,35 m w k sání,b = 0,96 x (-0,80) = -0,77 kn.m pro 4e/5 = 4.11,75/5 = 9,40 m w k sání,c = 0,96 x (-0,50) = -0,48 kn.m pro d e = 60,5 11,75 = 48,75 m w k tlak,d = 0,85 x 0,96 x (+0,70) = +0,57 kn.m -2 w k sání,e = 0,85 x 0,96 x (-0,30) = -0,25 kn.m -2 sedlová střecha se sklonem α 2 = 11,31 0 součinitele tlaku větru směr větru ± X : b = 60,5 m, h = 5,75 m e = min.(b, 2.h) = min.( 60,5 m; 2.5,75 = 11,75 m ) e = 11,75 m e/10 = 11,75/10 = 1,175 m ---- pro F,G a J e/4 = 11,75/4 = 2,94 m ---- pro F C F = -1, sání C F = +0, tlak C G = -0, sání C G = +0, tlak C H = -0, sání C H = +0, tlak C I = -0, sání C J = -0, sání w k F,sání = 0,96 x (-1,20) = -1,15 kn.m -2 w k F,tlak = 0,96 x (+0,13) = +0,13 kn.m -2 w k G,sání = 0,96 x (-0,95) = -0,91 kn.m -2 w k G,tlak = 0,96 x (+0,13) = +0,13 kn.m -2 w k H,sání = 0,96 x (-0,41) = -0,39 kn.m -2 w k H,tlak = 0,96 x (+0,13) = +0,13 kn.m -2 w k I,sání = 0,96 x (-0,40) = -0,38 kn.m -2 w k J,sání = 0,96 x (-0,85) = -0,82 kn.m -2 Stáj pro býky 21,5 x 60 m str. 8

9 směr větru ± Y : b = 22,0 m, h = 5,75 m e = min.(b, 2.h) = min.( 22,0 m; 2.5,75 = 11,75 m ) e = 11,75 m e/10 = 11,75/10 = 1,175 m ---- pro F,G e/4 = 11,75/4 = 2,94 m ---- pro F, e/2 = 11,75/2 = 5,875 m ---- pro H C F = -1, sání C G = -1, sání C H = -0, sání C I = -0, sání w k F,sání = 0,96 x (-1,41) = -1,35 kn.m -2 w k G,sání = 0,96 x (-1,30) = -1,25 kn.m -2 w k H,sání = 0,96 x (-0,64) = -0,61 kn.m -2 w k I,sání = 0,96 x (-0,54) = -0,52 kn.m -2 přečnívající okraj střechy ( oboustranné konzoly ) : C p,d = - 0, sání ze spodní strany při větru ( návětrná strana ) C p,e = - 0, sání ze spodní strany při větru ( závětrná strana ) w k p,d = 0,96 x (-0,70) = -0,67 kn.m -2 w k p,e = 0,96 x (-0,30) = -0,29 kn.m -2 Účinky tření na stěny a střechu : C fr = 0, trapézové plechy na střeše ( velmi hrubý povrch ) C fr = 0, plachty popř. síťovina( hrubý povrch ) Referenční plocha A fr [ viz ČSN EN , str. 55, 7.5(3)] b = 22,0 m ---- šířka objektu, h = 5,75 m ---- výška objektu Vzdálenost x = min.(4 * h, 2 * b ) = min.( 23,0 m, 44,0 m ) x = 23,0 m A fr,stěny = 2 * ( L x ) * h = 2 * ( 60,5 23 ) * 3,0 = 225 m 2 A fr,střecha, uzavřená = 2 *( L x ) * b = 2 * ( 60,5 23 ) * 12,93 = 970 m 2 A fr,střecha, otevřená = 4 *( L x ) * b = 4 * ( 60,5 23 ) * 12,93 = 1940 m 2 F fr,uz = c fr * q p (z) * A fr = 0,04.0, ,02.0, = 41,57 kn ( ) F fr,ot = c fr * q p (z) * A fr = 0,04.0, = 74,50 kn ( ) Stáj pro býky 21,5 x 60 m str. 9

10 Účinky na střechu při otevřeném objektu : C X1 = -0, sání C X2 = -1, sání C X3 = +1, tlak C X4 = +0, tlak w k X,1 = 0,96 x (-0,69) = -0,66 kn.m -2 w k X,2 = 0,96 x (-1,31) = -1,26 kn.m -2 w k X,3 = 0,96 x (+1,31) = +1,26 kn.m -2 w k X,4 = 0,96 x (+0,69) = +0,66 kn.m -2 Stabilitní síly pro příčné vazby : φ = φ 0 * α h * α m φ 0 = 1/200 α h = 2/ h = 2/(5,75) 0.5 = 0,834, h = 5,75 m ---- výška konstrukce 2/3 = 0,667 α h = 0,816 1,00 α m = [(0,5 * (1+1/m)] 0.5 = [(0,5.(1+1/2)] 0.5 = 0,866 m počet sloupů v řadě φ = 1/200 * 0,834 * 0,866 = 0,00361 Celkové zatížení jedné vazby : V = , ,5.5,0 V = = kg = 324 kn 350 kn Stabilní síla pro jeden příčný rám : H k stab = φ * V = 0,00361 * 350 = 1,26 kn ( ) --- zanedbatelná hodnota Stáj pro býky 21,5 x 60 m str. 10

11 4. Návrh a posouzení střešní krytiny : Kombinace : stálé + sníh + 0,6.vítr q k = 0,10 + 2,08 + 0,6.1,26 = 2,94 kn.m -2 q d = 1,35.0,10 + 1,5.2,08 + 1,5.0,6.1,26 = 4,39 kn.m -2 Kombinace : stálé + 0,5.sníh + vítr q k = 0,10 + 0,5.2,08 + 1,26 = 2,40 kn.m -2 q d = 1,35.0,10 + 0,5.1,5.2,08 + 1,5.1,26 = 3,59 kn.m -2 Kombinace : stálé + sání větru : q k = 0,10 1,26 = -1,16 kn.m -2 q d = 0,10-1,5.1,26 = -1,79 kn.m -2 Navrženo : plech TR 50/250 0,88 mm v pozitivní poloze nebo negativní poloze Plech navržen jako spojitý nosník o čtyřech polích ( 4 x 1,85 m ): Plechy v pozitivní poloze ( strana A nahoře ) q d2 = 6,60 kn.m -2 > q d = 4,39 kn.m vyhovuje q k = 6,58 kn.m -2 > q k = 2,94 kn.m vyhovuje pro L/200 Plechy v pozitivní poloze ( strana B nahoře ) q d2 = 6,38 kn.m -2 > q d = 4,39 kn.m vyhovuje q k = 8,70 kn.m -2 > q k = 2,94 kn.m vyhovuje pro L/200 Posudek plechů TR je proveden pomocí tabulek únosnosti firmy Kovové profily spol. s r.o., Praha. Stáj pro býky 21,5 x 60 m str. 11

12 5. Výpočtová schémata stáje : Ing. Jan BLAŽÍK Stáj pro býky 21,5 x 60 m str. 12

13 Spojky vrcholové vaznice IPE 100 v L/4 Stáj pro býky 21,5 x 60 m str. 13

14 Půdorys střechy L 60 x 6 vždy v L/2 ( po 2,5 m ) Vaznice : U 180 ( 2 x 1020 mm + 6 x 1810 mm --- měřeno v rovině střechy ) Trapézový plech TR 50/250 0,88 mm ( pozitivní nebo negativní poloha ) TR plech je počítaný jako spojitý nosník délky L 7400 mm od vrcholu haly a pak zbytek k okapu cca 5,70 m. Toto kladení bys měl zachovat!!! Stáj pro býky 21,5 x 60 m str. 14

15 6. Přehled profilů a důležité detaily : Průřez č. 1 HE300A ( sloupy, ocel S235 ) Stáj pro býky 21,5 x 60 m str. 15

16 Průřez č. 2 IPE 400 ( příčle, ocel S235 ) Stáj pro býky 21,5 x 60 m str. 16

17 2 x pl. 25 x koutový svar a = 6 mm kolem dokola koutový svar a = 6 mm kolem dokola 8 x šroub M Stáj pro býky 21,5 x 60 m str. 17

18 2 x pl. 25 x koutový svar a = 6 mm kolem dokola 8 x šroub M koutový svar a = 6 mm kolem dokola Stáj pro býky 21,5 x 60 m str. 18

19 Průřez č. 3 IPE náběh ( rámový roh, S235 ) Stáj pro býky 21,5 x 60 m str. 19

20 Oboustranný koutový svar a = 6 mm kolem dokola Pl. 15 x 280 Oboustranný koutový svar a = 6 mm Pl. 8 x 285 Oboustranný koutový svar a = 6 mm Pl. 12 mm, výztuhy Oboustranné koutové svary a = 5 mm Stáj pro býky 21,5 x 60 m str. 20

21 Průřez č. 4 IPE 220 ( konzoly, ocel S235 ) Stáj pro býky 21,5 x 60 m str. 21

22 Pl. 16 x x šroub M Oboustranný koutový svar a = 4 mm kolem dokola Pl. 8 x Oboustranný koutový svar a = 4 mm Pl. 10 x 110 Oboustranný koutový svar a = 4 mm Stáj pro býky 21,5 x 60 m str. 22

23 Celkový pohled na detail rámového rohu popisy viz str. 20,21,22 Stáj pro býky 21,5 x 60 m str. 23

24 Průřez č. 5 U 180 ( vaznice, ocel S235 ) Připojovací síly pro vaznice ve ztužidlových polích : N x,ed = ± 50 kn ( tlak, tah ) V z,ed = 30 kn ( smyk ) Připojovací síly pro vaznice mimo ztužidlová pole : N x,ed = ± 10 kn ( tlak, tah ) V z,ed = 30 kn ( smyk ) Stáj pro býky 21,5 x 60 m str. 24

25 Průřez č. 6 L 80 x 6 ( střešní ztužení 2 x, ocel S235 Připojovací síly : N x,ed = ± 35 kn ( tlak, tah ) Stáj pro býky 21,5 x 60 m str. 25

26 Průřez č. 7 L 80 x 6 ( stěnové ztužení - 4 x, ocel S235 ) L 80 x 6, systém tažených prutů Připojovací síly : N x,ed = + 75 kn ( tah ) Stáj pro býky 21,5 x 60 m str. 26

27 Průřez č. 8 2 x U 100 ( táhlo vyvěšené v L/4 do příčlí, ocel S235JR ) Připojovací síly : N x,ed = kn ( tah ) Stáj pro býky 21,5 x 60 m str. 27

28 Průřez č. 9 L 60 x 6 ( závěsy pro táhla, ocel S235 ) Připojovací síly : N x,ed = + 10 kn ( tah ) Stáj pro býky 21,5 x 60 m str. 28

29 Průřez č. 10 L 60 x 6 ( vzpěrky ve střešní rovině, ocel S235 ) Připojovací síly : N x,ed = ± 30 kn ( tlak,tah ) Stáj pro býky 21,5 x 60 m str. 29

30 7. Návrh a posouzení kotevních prvků : Návrhové reakce pro kotvení sloupů HE300A : Lineární výpočet, Extrém : Globální Výběr : Vše Kombinace : CO1 - MSÚ Ing. Jan BLAŽÍK Podpora Stav Rx Ry Rz Sn9/N72 CO1 - MSÚ/ Sn5/N55 CO1 - MSÚ/ Sn8/N63 CO1 - MSÚ/ Sn9/N72 CO1 - MSÚ/ Sn8/N63 CO1 - MSÚ/ Sn1/N1 CO1 - MSÚ/ Podpora Stav Rx Ry Rz Sn8/N63 CO1 - MSÚ/ Sn5/N55 CO1 - MSÚ/ Sn8/N63 CO1 - MSÚ/ Sn6/N64 CO1 - MSÚ/ Sn1/N1 CO1 - MSÚ/ Stáj pro býky 21,5 x 60 m str. 30

31 Patka min. 1,50 m x 1,50 m Třída betonu C20/25 Stáj pro býky 21,5 x 60 m str. 31

32 Pl. 25 x Koutový svar a = 6 mm kolem dokola 2 x matice Podlití mm 4 x M hloubka h = 380 mm Stáj pro býky 21,5 x 60 m str. 32

33 8. Zatížení spodní stavby extrémy : Ing. Jan BLAŽÍK Charaktristické reakce pro kotvení sloupů HE300A, které jsou součástí stěnových ztužidel : Lineární výpočet, Extrém : Globální Výběr : Sn5,Sn6,Sn8,Sn9 Kombinace : CO2 - MSP Podpora Stav Rx Ry Rz Sn9/N72 CO2 - MSP/ Sn5/N55 CO2 - MSP/ Sn8/N63 CO2 - MSP/ Sn9/N72 CO2 - MSP/ Sn8/N63 CO2 - MSP/ Sn5/N55 CO2 - MSP/ Návrhové reakce pro kotvení sloupů HE300A, které jsou součástí stěnových ztužidel : Lineární výpočet, Extrém : Globální Výběr : Sn5,Sn6,Sn8,Sn9 Kombinace : CO1 MSÚ Podpora Stav Rx Ry Rz Sn9/N72 CO1 - MSÚ/ Sn5/N55 CO1 - MSÚ/ Sn8/N63 CO1 - MSÚ/ Sn9/N72 CO1 - MSÚ/ Sn8/N63 CO1 - MSÚ/ Sn1/N1 CO1 - MSÚ/ Stáj pro býky 21,5 x 60 m str. 33

34 Charaktristické reakce pro kotvení sloupů HE300A, které nejsou součástí stěnových ztužidel : Lineární výpočet, Extrém : Globální Výběr : Sn1..Sn4,Sn7,Sn10 Kombinace : CO2 - MSP Podpora Stav Rx Ry Rz Sn4/N20 CO2 - MSP/ Sn3/N18 CO2 - MSP/ Sn1/N1 CO2 - MSP/ Sn1/N1 CO2 - MSP/ Sn4/N20 CO2 - MSP/ Sn1/N1 CO2 - MSP/ Návrhové reakce pro kotvení sloupů HE300A, které nejsou součástí stěnových ztužidel : Lineární výpočet, Extrém : Globální Výběr : Sn1..Sn4,Sn7,Sn10 Kombinace : CO1 - MSÚ Podpora Stav Rx Ry Rz Sn4/N20 CO1 - MSÚ/ Sn3/N18 CO1 - MSÚ/ Sn1/N1 CO1 - MSÚ/ Sn1/N1 CO1 - MSÚ/ Sn4/N20 CO1 - MSÚ/ Sn1/N1 CO1 - MSÚ/ Stáj pro býky 21,5 x 60 m str. 34