VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

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 NOSNÁ ŽELEZOBETONOVÁ KONSTRUKCE OBJEKTU ADMINISTRATIVNÍ BUDOVY LOAD BEARING RC STRUCTURE OF OFFICE BUILDING MASTER'S THESIS AUTOR PRÁCE AUTHOR VEDOUCÍ PRÁCE SUPERVISOR BC. BALÁZS FERENCZ Ing. PETR ŠIMŮNEK, Ph.D. BRNO 2014

2 VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ FAKULTA STAVEBNÍ Studijní program Typ studijního programu Studijní obor Pracoviště N3607 Stavební inženýrství Navazující magisterský studijní program s prezenční formou studia 3608T001 Pozemní stavby Ústav betonových a zděných konstrukcí ZADÁNÍ DIPLOMOVÉ PRÁCE Diplomant Bc. Balázs Ferencz Název Vedoucí diplomové práce Datum zadání diplomové práce Datum odevzdání diplomové práce V Brně dne Nosná železobetonová konstrukce objektu administrativní budovy Ing. Petr Šimůnek, Ph.D prof. RNDr. Ing. Petr Štěpánek, CSc. prof. Ing. Rostislav Drochytka, CSc., MBA Vedoucí ústavu Děkan Fakulty stavební VUT

3 Podklady a literatura Platné technické předpisy: ČSN EN 1990: Zásady navrhování konstrukcí ČSN EN až 4: Zatížení stavebních konstrukcí ČSN EN : Navrhování betonových konstrukcí - Část 1-1: Obecná pravidla a pravidla pro pozemní stavby. Další potřebná literatura po dohodě s vedoucím diplomové práce. Zásady pro vypracování Jedná se o vícepodlažní železobetonový objekt. Proveďte statické řešení zadané konstrukce. Nadimenzujte vybrané konstrukční části: část stropní konstrukce, svislou nosnou konstrukci a konstrukci schodiště v rozsahu určeném vedoucím práce. Statickou analýzu proveďte v některém programovém systému pro výpočet konstrukcí. Vypracujte výkres tvaru dimenzované části konstrukce a výkresy výztuže posuzovaných prvků. Požadované výstupy: Textová část (obsahuje průvodní zprávu a ostatní náležitosti podle níže uvedených směrnic) Přílohy textové části: P1. Použité podklady a varianty řešení P2. Výkresy - přehledné, podrobné a detaily (v rozsahu určeném vedoucím diplomové práce). P3. Statický výpočet (v rozsahu určeném vedoucím diplomové práce) Prohlášení o shodě listinné a elektronické formy VŠKP (1x). Popisný soubor závěrečné práce (1x). Diplomová práce bude odevzdána v listinné a elektronické formě podle směrnic a 1x na CD. Předepsané přílohy... Ing. Petr Šimůnek, Ph.D. Vedoucí diplomové práce

4 ABSTRAKT V ČESKÉM JAZYCE Diplomová práce se zabývá návrhem a dimenzováním vybraných konstrukčních prvků nosné železobetonové konstrukce administrativní budovy podle mezního stavu únosnosti a mezního stavu použitelnosti. Pro výpočet se používal program SCIA ENGINEER Statický výpočet obsahuje řešení stropní desky nad 4NP podepřenou částečně lokálně se sloupy a částečně liniově se železobetonovými stěnami. Dále jsou řešeny vybrané sloupy v horních třech patrech a sloup v nejnižším podlaží, schodišťové konstrukce mezi 4NP a 5NP. Součástí diplomové práce je i návrh a dimenzování založení objektu na základové desce. Výstupem statického výpočtu je výkres tvaru výztuže jednotlivých řešených prvků. Ostatní prvky nosné konstrukce nejsou řešeny. KLÍČOVÁ SLOVÁ V ČESKÉM JAZYCE železobeton, administrativní budova, mezní stav únosnosti, mezní stav použitelnosti, zatížení, zatěžovací stavy, kombinace zatěžovacích stavů, lokálně podepřená deska, protlačení, vzpěr, interakční diagram, základová deska, SOILIN, kontaktní napětí, únosnost základové půdy, sedání, schodišťová deska ABSTRACT IN ENG The Master s thesis is focused on the analysis and design of selected members of load-bearing structure of an administration building according to the ultimate limit states (ULS) and seviceability limit states (SLS). The calculation and the analysis was supported by design software SCIA ENGINEER Structural analysis deals with the design of the reinforced concrete (RC) flat slab above the 4 rd strorey which is particularly supported by RC columns and particularly lies on RC walls. Furthermore, the Master s thesis contains analysis of some selected columns of last three storeys, column of lowest storey, construction of stairway between 4 rd and 5 th storeys. The work beside this deals with the calculation and design of foundation of the object. The rest parts of the loadbearing structure are not solved in the Master s thesis. KEY WORDS IN ENG reinforced concrete, office building, ultimate limit state, serviceability limit state, load, load cases, combination of load cases, flat slab supported by local supports, punching, buckling, interaction diagram, pad footing, SOILIN, contact strain, load bearing capacity of subsoil, settlement, stairway slab

5 BIBLIOGRAFICKÁ CITACE VŠKP Bc. Balázs Ferencz Nosná železobetonová konstrukce objektu administrativní budovy. Brno, s., 238 s. příl. Diplomová práce. Vysoké učení technické v Brně, Fakulta stavební, Ústav betonových a zděných konstrukcí. Vedoucí práce Ing. Petr Šimůnek, Ph.D..

6 PROHLÁŠENÍ: Prohlašuji, že jsem diplomovou práci zpracoval samostatně a že jsem uvedl všechny použité informační zdroje. V Brně dne podpis autora Bc. Balázs Ferencz

7 PODĚKOVÁNÍ: Hlavní poděkování patří mému vedoucímu práce Ing. Petr Šimůnkovi, Ph.D. za užitečné rady a podporu při zpracování diplomové práce. Dále by sem chtěl poděkovat mé rodině, kteří mě podporovali po celou dobu 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 NOSNÁ ŽELEZOBETONOVÁ KONSTRUKCE OBJEKTU ADMINISTRATIVNÍ BUDOVY LOAD BEARING RC STRUCTURE OF OFFICE BUILDING A TECHNICKÁ ZPRÁVA MASTER'S THESIS AUTOR PRÁCE AUTHOR VEDOUCÍ PRÁCE SUPERVISOR BC. BALÁZS FERENCZ Ing. PETR ŠIMŮNEK, Ph.D. BRNO 2014

9 NOSNÁ ŽELEZOBETONOVÁ KONSTRUKCE OBJEKTU ADMINISTRATIVNÍ BUDOVY 1. ÚVOD VŠEOBECNÉ ÚDAJE, POPIS KONSTRUKCE ZATÍŽENÍ NAVRHOVANÉ PRVKY STROPNÍ DESKA NAD 4NP SLOUPY B3, B61, B SCHODIŠŤOVÉ KONSTRUKCE ZÁKLADOVÁ KONSTRUKCE PODMÍNKY PROVÁDĚNÍ BEDNÍCÍ PRÁCE UKLÁDÁNÍ BETONOVÉ SMĚSI ZHUTŇOVÁNÍ ULOŽENÉHO BETONU OŠETŘOVÁNÍ BETONU POVOLENÉ ODCHYLKY TVARU BETONOVÝCH KONSTRUKCÍ POVRCHOVÉ ÚPRAVY POŽÁRNÍ ODOLNOST ZÁZNAM O BETONÁŽI BEZPEČNOST PRÁCE SEZNAM POUŽITÝCH ZDROJŮ, LITERATÚRY LITERATURY, NORMY POUŽITÉ SOFTWARY SEZNAM PŘÍLOH

10 NOSNÁ ŽELEZOBETONOVÁ KONSTRUKCE OBJEKTU ADMINISTRATIVNÍ BUDOVY 1. ÚVOD Projekt diplomové práce se zabývá statitickým řešením monolitické železobetonové nosné konstrukce administrativní budovy. Řešení spočívá v návrhu a dimenzování stropní desky, vybraných sloupů, schodiště a základové desky. Statický model byl vytvořen v programu SCIA Engineer 2012, kde se určili účinky zatížení na vybrané prvky. Následně byly navržené betonářské výztuže a nakreslené výkresy výztuží. 2. VŠEOBECNÉ ÚDAJE, POPIS KONSTRUKCE Předmětem diplomové práce je řešení části železobetonové nosné konstrukce objektu, který je primárně určen pro administrativní charakter využití a částečně pro bydlení. Projekt se zabývá s budovou se šesti nadzemními a dvěma podzemními podlaží. Maximální půdorysné rozměry objektu jsou 29,950 x 36,950 m. Celková výška budovy ze strany hlavní cesty je 26,500 m. Hlavní osová vzdálenost sloupů v obou směrech je 7,200 m. Nosná konstrukce je tvořena železobetonovým monolitickým skeletem. Stropní konstrukce je navržená jako bodově podepřená, v místech ztužujících jader podpory tvoří železobetonové stěny. Tloušťka stropní deska je 240 mm. Obvodový plášť mezi nosným skeletem je tvořena výplňovým zdivem typu YTONG P4-500, tl. 300 mm a tepelnou izolací z minerální vlny ISOVER TF PROFI, tl. 120 mm. Vnitřní příčky jsou z tvárnic YTONG P2-500 tl. 100 a 150 mm. Stabilita konstrukce je zajištěna pomocí svislých ztužujících železobetonových stěn s tloušťkou 250 mm. Založení objektu je řešené pomocí základové desky o tloušťky 600 mm a částečně leží na základovém pásu rozměru 800 x 600 mm. Základové konstrukce jsou vybetonovány na podkladním betonu tl. 150 mm. Výškové rozdíly uvnitř objektu jsou překonány monolitickým schodištěm. Schodišťové ramena jsou akusticky oddělený od stropní desky a mezipodesty pomocí prvků SCHÖCK TRONSOLE, které jsou zabudovaný do hrany stropní desky, příp. mezipodesty. Rameno a mezipodesta mají tloušťku 160 mm. Podzemní podlaží slouží pro parkování, která jsou přístupné zvenku přes šikmou rampu. Rampa a veškeré účinky související se s ní jsou zanedbány nejsou součástí diplomové práce. 3. ZATÍŽENÍ Monolitická konstrukce ve svislém směru je zatížená stálými složkami, jako např. zatížení od vlastní tíhy, od podlahy, od střešní konstrukce, od obvodové konstrukce a nahodilými složkami, jako např. od užitného zatížení, zatížení od přemístitelných příček. Konstrukce je dále vystavěna účinkům klimatických zatížení sníh a vítr. Budova se nachází ve sněhové oblasti II. Se základní tíhou sněhu s k = 1,0 knm -2. Kromě rovnoměrného rozdělení sněhu po ploše může z důvodu výškové členitosti budovy dojít ke vzniku nepříznivím navějím. Určení účinků sněhového zatížení je proveden podle ČSN EN Z hlediska zatížení od větru je konstrukce zatříděná do II. větrné oblasti se základní rýchlostí větru o velikosti 25 ms -1. Výpočet účinků od větru je řízen podle ČSN EN Kromě týchto zatížení v úrovni polopodzemních podlaží působí zemní tlak. 4. NAVRHOVANÉ PRVKY 4.1. STROPNÍ DESKA NAD 4NP Jedná se o částečně lokálně podepřenou a částečně líniově podepřenou železebetonovou stropní desku. Navržená tloušťka desky je 240 mm. Jako materiál se používá beton C30/37 a ocel B500B (R). Výztuž je umístěna ve dvou na sebe 3

11 NOSNÁ ŽELEZOBETONOVÁ KONSTRUKCE OBJEKTU ADMINISTRATIVNÍ BUDOVY kolmých vrstvách při dolním i horním povrchu. Výztuž u dolního povrchu je navržená φr12/200. Výztuž u horního povrhu je navržená φr16/100, φr16/150, φr16/200, φr12/300. Podélná výztuž u dolního povrchu je doplněna výztuží proti řetězovému zřícení - 4φR18 do každého směru, které jsou stykované v poli daného rozpětí. Otvory jsou z každé strany přivyztuženy přídavnými pruty 2φR12/100 u obou povrchů. Nad sloupy a nad rohy stěny může dojít k protlačení stropní desky. K zabránění těchto účinků jsou navrženy smykové žebříky z prutů φr6 a φr8. Smykové žebříky se dodávají na stavbu již hotové svařované. V místě napojení schodišťového ramene do bednění se uloží prefabrikátový prvek SCHÖCK TRONSOLE. Návrh výztuže je proveden podle mezního stavu únosnosti a respektuje předepsané konstrukční zásady dle ČSN EN Rozmístění a výpis výztuže je naznačen na výkrese (viz. Výkres výztuže stropní desky č. V2 a V3) SLOUPY B3, B61, B75 Jedná se o sloupy posledních tří pater. Sloupy jsou navrženy velikosti 400x400 mm a 300x300 mm. Jako materiál se používá beton C30/37 a ocel B500B (R). Vyztužení každého sloupu je symetrické. Používají se pruty φr16. Třmínky jsou navrženy φr8 po vzdálenostech 140 a 240 mm SCHODIŠŤOVÉ KONSTRUKCE Navržené schodiště se skládá ze dvou ramen s nadbetonovanými stupni a mezipodesty. Tloušťka všech prvků je 160 mm. Jako materiál je použit beton C30/37 a ocel B500B (R). Mezipodesta je uložená na ztužující monolitické stěny pomocí vylamovacích nosníků RECOSTAL. Tyto nosníky jsou součástí bednění ztužujících stěn. Schodišťové ramená jsou uloženy pmocí prvků SCHÖCK TRONSOLE, které jsou umístěny do líce stopní desky a mezipodesty. Jako výztuž se používají pruty φr10/280 a φr10/ ZÁKLADOVÁ KONSTRUKCE Založení objektu na řešena na základové desce a částečně na základovom páse. Materiál se používá beton C30/37 a ocel B500B 10505(R). Tloušťka základové desky je 600 mm, která je vybetonována na podkladním betonu tl. 150 mm, nad kterou je provedena hydroizolace. Podkladní beton je třídy C16/20. Výztuž je umístěna ve dvou na sebe kolmých vrstvách při dolním i horním povrchu. Výztuž u dolního povrchu je navržená φr22/80, φr22/100, φr22/125, φr22/150 a φr20/300. Výztuž u horního povrchu je navržená φr14/140, φr14/160, φr14/180, φr16/100 a φr10/100. V místech napojení sloupů, stěn a schodišťové desky je vložena stykovací výztuž. Pod sloupy a pod rohy stěny může dojít k protlačení základní desky. K zabránění těchto účinků jsou navrženy smykové žebříky z prutů φr8, φr10 a φr12. Smykové žebříky se dodávají na stavbu již hotové svařované. Výztuž základového pásu je tvořen z třmínků φr16 a z podélných prutů φr12. Návrh výztuže je proveden podle mezního stavu únosnosti a respektuje předepsané konstrukční zásady dle ČSN EN Rozmístění a výpis výztuže je naznačen na výkrese (viz. Výkres výztuže stropní desky č. V8 a V9). 5. PODMÍNKY PROVÁDĚNÍ 5.1. BEDNÍCÍ PRÁCE Bednění musí být provedeno v souladu s technologickým předpisem výrobce nebo dodavatele systémového bednění. Pro bednění platí ČSN EN Bednění musí být těsné, únosné, prostorově tuhé a provedené tak, aby umožnilo postupné odbedňování dle potřeby. Vnitřní povrch bednění musí být čistý. Únosnost podpěrných konstrukcí musí být doložena statickým výpočtem. Před zahájením betonáže musí být bednění jako celek a jeho části řádně prohlédnuty a zjištěné závady odstraněny. 4

12 NOSNÁ ŽELEZOBETONOVÁ KONSTRUKCE OBJEKTU ADMINISTRATIVNÍ BUDOVY 5.2. UKLÁDÁNÍ BETONOVÉ SMĚSI Všechny použité složky pro výrobu betonu musejí vyhovovat příslušným normám a předpisům. Všeobecné požadavky na výrobu betonové směsi stanovuje ČSN EN Betonová směs se musí zpracovat co nejrychleji, v případě transportbetonu ihned po ukončení převozu. Před ukládáním se vykoná kontrola kvality a nasákavé bednění se navlhčí. Beton se ukládá na místě určení v souvislých vodorovných vrstvách, přičemž tloušťka závisí na způsobe zhutňování. Podle možnosti zabezpečit dokonalé spojení jednotlivývh vrstev. Betonová směs se nesmí volně házet nebo spouštět do vétší hloubky jak 1,5 m ZHUTŇOVÁNÍ ULOŽENÉHO BETONU Při používání ponorných vibrátorů vpichy není možné umístit vícekrát do stejného místa, přičemž vzdálenost sosuedních vpichů nesmí převyšovat 1,4 násobek viditelného poloměrů vibrátorů. Pri zhutnění musí ponorný vibrátor přejít do předchozí vrstvy min. 50 až 100 mm. Při zhutňování povrchovými vibrátory se postupuje v takových pruzích, aby se plochy účinnosti vibrátorů překrývali o 100 až 200 mm OŠETŘOVÁNÍ BETONU V době tuhnutí a počátku tvrdnutí je nutné beton udržet v normálních tepelně-vlhkostních podmínkách. Proti působení dešťové, proudící a agresivní vodě se musí beton chránit a ošetřovat podle příslušných čl. ČSN EN Ošetřování betonu za normálních podmínek: Odkryté plochy tvrdnoucího betonu chránit před vyplavováním cementu z čerstvého betonu a před mechanickým nebo chemickým poškozením Uložený beton udržet ve vlhkém stavu nejméně po dobu 7 dní K ochraně před odpařováním vody je možné použít rohože nebo fólie Voda pro ošetřování musí vyhovovat ČSN EN 1008 Při betonáži pod 5 C je nutný beton ochránit proti promrznutím použitím speciálních přísad 5.5. POVOLENÉ ODCHYLKY TVARU BETONOVÝCH KONSTRUKCÍ Povolené odchylky tvaru: Půdorysná poloha osy sloupů a stěn ± 25 mm Tvar sloupů ± 6 mm Tloušťka stěn ± 6 mm Rovinatost stěn ± 6 mm na 2 m lati Svislost stěn a sloupů ± 8 mm Tvar spodního líce stropní desky ± 15 mm Rovinatost podhledu ± 5 mm na 2 m lati Rovinatost horního líce stropní desky ± 10 mm na 2 m lati 5.6. POVRCHOVÉ ÚPRAVY Zadavatel neurčil žádné speciální požadavky na úpravu povrchu konstrukčních prvků POŽÁRNÍ ODOLNOST Není požadována žádná zvláštní požární odolnost. 5

13 NOSNÁ ŽELEZOBETONOVÁ KONSTRUKCE OBJEKTU ADMINISTRATIVNÍ BUDOVY 5.8. ZÁZNAM O BETONÁŽE Při betonování konstrukcí a tvrdnutí betonu se zaznamenávají následující údaje: Základní údahje o způsobe vykonání betonářských prací, datum zahájení a ukončení betonáže Údaje o výrobě betonové směsi, v případě transportbetonu údaje o dodavateli, číslo dodacího listu Druh a třída betonu Složení a hodnota zpracovatelnosti betonu Teplota vzduchu, povětrnostní podmínky Údaje o kontrolách Zmíněné doklady je potřebné předložit ke kolaudaci. 6. BEZPEČNOST PRÁCE Práce musí být prováděny v souladu s projektovou dokumentací a v rozsahu stavebního povolení na základě zákona č. 183/2006 Sb. o uzemním plánování a stavebním řádu a podle platných technologických a bezpečnostních předpisů a na základě ustanovení platných norem ČR a EN Před započetím práce každý člen čety musí být seznámen podrobně s bezpečenostnými předpisy. Práce mohou být prováděny jen kvalifikovanými a poškolenými osobami pod vedením oprávněných osob (dozor, stavbyvedoucí). Při vykonání prací v průběhu výstavby je nutné dodržet právní předpisy ČR, a to: Nařízení vlády č. 502/2006 Sb. o bližších požadavcích na ochranu zdraví před nepříznivými účinky hluku a vibrací Nařízení vlády č. 362/2005 Sb. o bližších požadavcích na bepečnost a ochranu zdraví při práci na pracovištích s nebezpečím pádu z výšky nebo do hlouby Nařízení vlády č. 591/2006 Sb. o bližších minimálních požadavcích na bezpečnost a ochranu zdraví při práci na staveništích Nařízení vlády č. 378/2001 Sb., kterým se stanoví bližší požadavky na bezpečný provoz a používání strojů, technických zařízení, přístrojů a nářadí 6

14 NOSNÁ ŽELEZOBETONOVÁ KONSTRUKCE OBJEKTU ADMINISTRATIVNÍ BUDOVY 7. SEZNAM POUŽITÝCH ZDROJŮ, LITERATURY 7.1. LITERATURY, NORMY PROCHÁZKA, J. a kol. Navrhování betonových konstrukcí 1., 3. vydání, Praha: ČBS Servis, Stran 320. ISBN HOLICKÝ, M. MARKOVÁ J. Zásady navrhování stavebních konstrukcí. Příručka k ČSN EN 1990, 1. vydání Praha: Informační centrum ČKAIT, Stran 150. ISBN WEIGLOVÁ K. Mechanika zemin, 1. vydání, Akademické nakladatelství CERM, s.r.o. Brno, Stran 186. ISBN MASOPUST J. GLISNÍKOVÁ V., Zakládání staveb Modul M01, 1. vydání, Akademické nakladatelství CERM, s.r.o. Brno, Stran 183. ISBN KADLČÁK J. KYTÝR J. Statika stavebních konstrukcí I., 2. vydání. Vysoké učení technické v Brně, Stran 349. ISBN X SCIA GROUP CZ, Manuál: Referenční příručka, Praha: NEMETSCHEK SCIA, 2008 [citace: ]. Dostupné z URL: < SCIA GROUP CZ, SOILIN: Kalkulace C parametrů, Praha: NEMETSCHEK SCIA, 2011 [citace: ]. Dostupné z URL: < ŠIMŮNEK, P. URL: < [citace: ]. Dostupné z URL: < ŠVAŘÍČKOVÁ, I. URL: < [citace: ]. Dostupné z URL: < FINE spol. s r.o. Online kontextová nápověda [citace: ]. Dostupné z URL: < FERENCZ, B. Železobetonová nosná konstrukce administrativní budovy; bakalářská práce. Brno, stran. Vysoké učení technické v Brně ČSN EN 1992: Zásady navrhování konstrukcí, 2011 ČSN EN Obecná zatížení: 2004 ČSEN EN : Obecná zatížení Zatížení sněhem, 2005 ČSN EN : Obecná zatížení Zatížení větrem, 2007 ČSN EN : Navrhování betonových konstrukcí Obecná pravidla pro pozemní stavby, 2006 ČSN EN 206-1: Beton Část 1: Specifikace, vlastnosti výroba a shoda, POUŽITÉ SOFTWARY NEMETSCHEK ALLPLAN BIM 2013 Vyztužování studentská verze SCIA ENGINEER studentská verze FINE GEO5 v17. Patky demoverze NEMETSCHEK FRILO - demoverze MICROSOFT OFFICE WORD 2013 MICROSOFT OFFICE EXCEL

15 NOSNÁ ŽELEZOBETONOVÁ KONSTRUKCE OBJEKTU ADMINISTRATIVNÍ BUDOVY 8. SEZNAM PŘÍLOH P1 P2 P3 P4 Použité podklady Výkresová dokumentace Statický výpočet Přílohy ke statickému výpočtu 8