Možnosti vyztužování železobetonových kruhových desek, příklad vyztužení kruhové desky

Transkript

1 Vysoká škola báňská Technická univerzita Ostrava Fakulta stavební Studentská vědecká a odborná činnost Akademický rok 2005/2006 Možnosti vyztužování železobetonových kruhových desek příklad vyztužení kruhové desky Jméno a příjmení studenta : Ročník obor : Vedoucí práce : Katedra : Silvie Uhrová 5. Průmyslové a pozemní stavitelství Ing. Karel Kubečka Ph.D. Konstrukcí

2 Obsah Anotace...2 Možnosti vyztužení kruhových desek...3 Kladení výztuže ve směru x y (pravoúhlá síť)...3 Kladení výztuže ve směru r ϕ...3 Kombinace obou variant...4 Příklad vyztužení kruhové desky - střešní konstrukce nad vyhlídkou expozice medvědů a hulmanů...4 Zatížení na střešní desku...5 I. Stálé zatížení...5 1) Zatížení stropní desky...5 2) Zatížení stěn...6 II. Užitné zatížení...8 III. Zatížení sněhem...8 IV. Zatížení větrem...9 1) Zatížení na stěnu kruhové vyhlídky...9 2) Zatížení kolmo na stropní konstrukci v části nad nadpražím otvorů...10 Výpočet vnitřních sil na střešní desce...10 Vykreslení výztuže kruhové střešní desky...13 Poděkování...15 Použité Materiály

3 MOŽNOSTI VYZTUŽOVÁNÍ ŽELEZOBETONOVÝCH KRUHOVÝCH DESEK PŘÍKLAD VYZTUŽENÍ KRUHOVÉ DESKY Řešitel: Vedoucí práce: Silvie Uhrová VŠB TU Ostrava Fakulta stavební Ing. Karel Kubečka PhD. VŠB TU Ostrava Fakulta stavební Anotace Náplní práce bylo shrnutí možností navrhování výztuží kruhových desek a dále návrh a posudek kruhové desky která slouží jako stropní konstrukce části navrhované budovy. Jedná se o budoucí expozici medvědů a hulmanů pro Ostravskou zoologickou zahradu. Kruhová deska zastřešuje prostor přístupný návštěvníkům - tzv. kruhovou vyhlídku. Tuto kruhovou desku poměrně velkých rozměrů je možné vyztužovat několika způsoby které budou dále naznačeny a nejvhodnější z nich bude použit při dalším návrhu. Annotation Scope of contribution was summary possibilities design armatures circular slabs and design and references circular slab what is as roof frame design for a civil engineering projects. This is future exposition bears and entelluses for Ostrava s Zoological garden. The circular slab is a roof area s for visitors - area s circular view. Sizable circular slab is possibility armature by a few methods what will be schematic and the most suitable of them will use for other design

4 Možnosti vyztužení kruhových desek Kladení výztuže ve směru x y (pravoúhlá síť) Schéma kladení výztuže: Nevýhodou ortogonální sítě je nestejná délka prutů ale naopak výhodou je možnost využití svařovaných sítí. Pro tuto variantu se výztuž navrhuje na vnitřní síly - momenty m x m y. Kladení výztuže ve směru r j Výhodou výztuže kruhových desek kladené v radiálním tangenciálním směru je stejná délka radiálních prutů a nevýhodou je hyperbolicky vzrůstající únosnost radiální osnovy výztuže ke středu desky která se nekryje s průběhem radiálních momentů. Schéma kladení výztuže: - 3 -

5 Pro tuto variantu se výztuž navrhuje na vnitřní síly - radiální moment a tangenciální moment m ϕ. m r Kombinace obou variant U desek většího průměru je výhodnější použití kombinace ortogonální sítě výztužných vložek ve středové oblasti desky s navazující radiální a tangenciální výztuží a tímto způsobem bude řešena i stropní deska v následujícím příkladě. Schéma kladení výztuže: Příklad vyztužení kruhové desky - střešní konstrukce nad vyhlídkou expozice medvědů a hulmanů. Navrhovaná kruhová deska Obr.1 Model celé konstrukce kruhové vyhlídky - 4 -

6 Zatížení na střešní desku: I. Stálé zatížení [3] 1) Zatížení stropní desky a) Zatížení střešní konstrukcí: [27] Skladba střešního pláště: ρ [ kg ] tl. [mm] substrát polypropylenová fólie 020 [ kg ] - drenážní profilovaná PE fólie - 20 polypropylenová textilie 030 [ kg ] - extrudovaný polystyrén polypropylenová textilie filtek 030 [ kg ] - elastek 50 garden - - asfaltový pás 200 S [ kg ] - beton ve spádu Charakteristická hodnota zatížení střešní konstrukcí: d [m] γ [ kn ] g k [ kn ] substrát extrudovaný polyst beton ve spádu g k s Návrhová hodnota zatížení střešní konstrukcí: g g γ d s k s 3772kN γ součinitel spolehlivosti stálého zatížení g d s kn b) Vlastní tíha stropní konstrukce: Charakteristická hodnota zatížení stropní konstrukcí: d [m] γ [ kn ] g k [ kn ] ŽB deska tl. 250 mm g k d 6 250kN - 5 -

7 Návrhová hodnota zatížení stropní konstrukcí: g g γ d d k d g d d kn c) Zatížení podhledem: Charakteristická hodnota zatížení podhledem: d [m] γ [ kn ] g k [ kn ] podhled z torkret.bet g k p 2 600kN Návrhová hodnota zatížení podhledem: g g γ d p k p g d p kn d) Zatížení nadpražím skleněné výplně a vchodu: Charakteristická hodnota zatížení zavěšeným nadpražím: d [m] h [m] γ [ kn m ] g k [ kn ] torkret.bet polystyren g k n 6 680kN g k n 6680kN Návrhová hodnota zatížení zavěšeným nadpražím: g g γ d n k n g d n kn 2) Zatížení stěn a) Vlastní tíha stěn: Charakteristická hodnota zatížení vlastní tíha stěn: g k st g k d 6 250kN Návrhová hodnota zatížení vlastní tíha stěn: g d st g d d kn - 6 -

8 b) Zatížení kamenným obkladem: Charakteristická hodnota zatížení kamenným obkladem: d [m] γ [ kn ] g k [ kn ] kamenný obklad g k k kn Návrhová hodnota zatížení kamenným obkladem: g g γ d k k k g d k kn c) Zatížení torkret. betonem umělým kamenem : Charakteristická hodnota zatížení umělým kamenem: d [m] γ [ kn ] g k [ kn ] torkret. beton g k u kn Návrhová hodnota zatížení umělým kamenem: g g γ d u k u g d u kn d) Zatížení torkret. betonem umělou skálou: Charakteristická hodnota zatížení umělou skálou: d [m] γ [ kn ] g k [ kn ] torkret. beton g k us 9 0 kn Návrhová hodnota zatížení umělou skálou: g g γ d us k us g d us kn e) Zatížení skleněnou výplní na spodní okraj: Charakteristická hodnota zatížení skleněnou výplní: d [m] h [m] γ [ kn ] g k [ kn ] skleněná výplň g k us 0 5 kn - 7 -

9 Návrhová hodnota zatížení umělou skálou: g g γ d us k us g d us kn II. Užitné zatížení [3] Užitné zatížení střechy nepřístupné s výjimkou běžné údržby a oprav se sklonem do 20 o Charakteristická hodnota zatížení užitným zatížením: q k 075kN Návrhová hodnota zatížení užitným zatížením: q γ q d d q k Q kn III. Zatížení sněhem [4] Charakteristická hodnota zatížení sněhem: s µ C C s i i e t k µ tvarový součinitel zatížení sněhem µ 0 8 C součinitel expozice C 1 0 e C součinitel tepla C 1 0 k t t s charakteristická hodnota zatížení sněhem s k 105kNm pro II. sněhovou oblast e i s knm Návrhová hodnota zatížení sněhem: s s γ d Q γ Q součinitel spolehlivosti nahodilého zatížení s d kNm Neuvažuje se s odvátím sněhu odtáním sněhu z části střechy apod

10 IV. Zatížení větrem [5] 1) Zatížení na stěnu kruhové vyhlídky Referenční rychlost větru: v C C C v ref DIR TEM ALT ref 0 C DIR součinitel směru C DIR 1 0 C TEM součinitel dočasnosti C TEM 1 0 C ALT součinitel nadmořské výšky C ALT 1 0 v základní hodnota referenční rychlosti ref 0 v ref v ref 0 26m. s m s Referenční tlak větru: 2 qref ρ v ref 2 ρ měrná hmotnost vzduchu ρ 125kg q ref N 0423kN 2 Referenční výška: h 5 m< b 132 m ze h 5m Součinitel drsnosti: (zohledňuje vliv výšky a drsnosti terénu na rychlost větru) cr ( z) k t ln[ max( z z min ) / z0 ] kategorie terénu II. k součinitel terénu k 0 19 t z třecí výška 0 min z 0 05m 0 z.minimální výška z 4 0m r z e [ 5/ 005] c ( ) 019 ln t min Součinitel topografie: (zahrnuje zvýšení střední rychlosti větru nad osamělými kopci a skalními stěnami) ( z) 1 c t Součinitel expozice: (výsledná přizpůsobivost větru vlivům prostředí) kt ce ( z) cr ( z) ct ( z) 1 + cr ( z) ct ( z) - 9 -

11 c e ( z ) Součinitele tlaku - součinitel vnějšího tlaku c pe c pe c pe součinitel vnitřního tlaku c pi vnitřní tlaky budou vzhledem k tvaru konstrukce a použitému materiálu zanedbány. Charakteristická hodnota zatížení větrem kolmo na stěnu: wk s qref ce ( z ) ( c pe c pi ) kNm Návrhové zatížení větrem kolmo na stěnu: wd s wk γ Q kNm γ Q součinitel spolehlivosti nahodilého zatížení 2) Zatížení kolmo na stropní konstrukci v části nad nadpražím otvorů Vítr působící na stěnu se roznese z části na stropní desku a z části do základů (uvažováno je vždy s polovinou zatížení). Návrhové zatížení větrem kolmo na stěnu: wd w kNm k γ Q s Návrhové zatížení větrem kolmo na desku: wd w d s 25 m kNm d Výpočet vnitřních sil na střešní desce: Střešní konstrukce byla modelována samostatně zatížení na stěny neovlivní výpočet vnitřních sil na stropní desce natolik aby se hodnoty lišily. Deska byla počítána jako desko-stěna. Schéma statického modelu střešní konstrukce:

12 Konstrukce byla modelována v programu Nexis [6] - výpočet vnitřních sil byl proveden metodou konečných prvků (deformační variantou). Byly použity následující kombinace: Tab. 1: Kombinace zatížení na střešní desku Název kombinace Kombinace 1 Kombinace 2 g + s d d d g d d + wd d Použité zatěžovací stavy Kombinace 3 g d d ( sk + wk d ) Kombinace 4 Kombinace 5 g + s d d + gd s g d d + gd s + wd d d Kombinace 6 g d d + g d s ( sk + wk d ) Kombinace 7 Kombinace 8 g + s d d + gd s + gd p + gd n g d d + g d s + g d p + gd n + wd d d Kombinace 9 g d d + g d s + g d p + g d n ( sk + wk d ) Dále z těchto kombinací byla vybrána nejnepříznivější (kombinace č. 9) a na ni navržena výztuž kruhové desky. Momenty m x a m y slouží pro návrh pravoúhlé sítě ve středové části kruhové desky a momenty m r a m ϕ pro návrh radiální a tangenciální výztuže v ostatních částech této desky

13 m x m y [ knm / m ] [ knm/ m ] 9. kombinace m x m y m r m ϕ [ knm / m ] [ knm/ m ] m r m ϕ

14 Přesné hodnoty byly určeny z výstupů v programu Nexis [6]. Hodnoty jsou uvedeny v tabulce č.2. Na extrémní lokální momenty nebyla výztuž navrhována. Tab.6 Momenty na desce D1 používané k výpočtu Moment [knm/m ] m ϕ m r m x m y m sdϕ m sdϕ m sdr m sdr m sdr m sdr m sdr m sdr m sdx 4157 m sdy 4162 Výztuž kruhové desky byla navržena a posouzena na tyto momenty dle ČSN P ENV Vykreslení výztuže viz. výkres č. 01. Vykreslení výztuže kruhové střešní desky: Navrhováno dle: ČSN P ENV (EC 2) [1] a ČSN EN 1990 [2] Použitý beton : C 30/37 XC 1 Použitá výztuž: R φ 16 R φ 12 Kari sítě φ 6 po 150 mm φ 4 po 150 mm Krytí výztuže: 20 mm 25 mm Stropní deska je z větší části spodního okraje vyztužena pruty v radiálním a tangenciálním směru pouze středová část je vyztužena svařovanou sítí φ 6 po 85 mm ve směru vodorovném a příčném. Tangenciální výztuž je uložena u spodního okraje a její krytí je 25 mm na ni je uložena radiální výztuž a ve středové části je na tuto výztuž dále uložena svařovaná síť (viz. výkres č.01). Tangenciální výztuž je kotvena bez háků některé pruty jsou prodlouženy o kotevní délku ve svém směru a některé pruty jsou vytaženy k hornímu okraji pod úhlem 30 O viz. výkresová dokumentace (výkres č.02 výkres č.03). Radiální výztuž je kotvena směrem

15 ke středu prodloužením ve svém směru a u vnějšího okraje desky je tato výztuž vytažena pravoúhlým hákem směrem k hornímu okraji pod úhlem 30 O. Deska je u horní okraje vyztužena konstrukční výztuží sítěmi φ 6 po 150 mm (viz. výkres č.03) a lokální maximální momenty zachytávají z části tyto sítě a z části ohyby spodní výztuže k hornímu okraji. Další konstrukční výztuží včetně sítí u horního okraje je přidaný prut φ 16 u vnějšího okraje vedle prutu nejbližšího k vnějšímu okraji na vzdálenost 24 mm a dále tyto dva pruty umístěny u horního okraje pod kari sítěmi. Tato výztuž slouží jako pevný lem kruhových desek (viz. č.04). Dále jako konstrukční výztuž jsou umístěny šachovnicovitě po ploše desky ohýbané pruty R φ 12 (rozmístění - viz. výkres č.02 výkres č.03 výkres č.05 - výpis výztuží) sloužící jako podpěra výztuži u horního okraje desky - kari sítím. Krytí výztuže bude zaručeno použitím betonových distančníků

16 Poděkování Panu Ing. Karlu Kubečkovi PhD. za odborné vedení této práce Použité Materiály [1] ČSN P ENV Navrhování betonových konstrukcí. Část 1-1: Obecná pravidla a pravidla pro pozemní stavby [2] ČSN EN 1990 Zásady navrhování konstrukcí [3] ČSN EN Eurokód 1: Zatížení konstrukcí - část 1-1: Obecná zatížení - objemové tíhy vlastní tíha a užitná zatížení pozemních staveb. [4] ČSN EN Eurokód 1: Zatížení konstrukcí - část 1-3: Obecná zatížení - zatížení sněhem. [5] ČSN P ENV Zásady navrhování a zatížení konstrukcí část 2-4: Zatížení konstrukcí. Zatížení větrem. [6] Nexis 32 verze