Obsah. Sylabus přednášek OCELOVÉ KONSTRUKCE. Dobrý a špatný koutový svar. Šroubované nosné spoje. Mechanické spojovací prostředky

Transkript

1 Sylabus přednášek OCELOVÉ KONSTRUKCE Studijní program: STAVEBNÍ INŽENÝRSTVÍ pro bakalářské studium Kód předmětu: K134OK1 4 kredity (2 + 2), zápočet, zkouška Prof. Ing. František Wald, CSc., místnost B Úvod, historie i ocelových konstrukcí, k použití, významné stavby, výroba oceli 2. Vlastnosti oceli, zkoušky materiálu, značení oceli 3. Výroba konstrukcí 4. Spolehlivost konstrukcí, mezní stavy, normy pro navrhování, tah 5. Tlak, vzpěrný tlak 6. Klasifikace průřezů, ohyb, hospodárný návrh 7. Svařování, svařované spoje 8. Nýtování a šroubování, šroubované spoje 9. Skelety budov, prostorová tuhost 10. Skelety budov, spoje 11. Jednopodlažní haly 12. Haly velkých rozpětí 13. Mosty, názvosloví, lávky 14. Ochrana proti korozi a požáru 1 2 Aktualita - Rembrandt tower 3 Dobrý a špatný koutový svar 4 Mechanické spojovací prostředky Nýty Za tepla (historie) Za studena (slepé nýtování) Šrouby s maticí (běžné šrouby) Čepy Šrouby bez matice Nastřelovací hřeby Roznýtování materiálu 5 Šroubované nosné spoje Spoje namáhané smykem Namáhané na střih a na otlačení (kategorie A) Třecí spoje (kategorie B, C) Prokluz v mezním stavu použitelnosti (kategorie B) Prokluz (a otlačení) v mezním stavu únosnosti (kategorie C) Spoje namáhané tahem Bez kontrolovaného utažení (kategorie D) S kontrolovaným utažením (kategorie E) 6

2 Únosnost ve střihu pro jednu střihovou rovinu Rovina střihu prochází závitem šroubu: pro pevnostní třídy 4.6 a 5.6 F v.rd = ( 0,6f ubas ) γ Mb pro pevnostní třídy 8.8 a 10.9 F v.rd = ( 0,5f ubas ) γ Mb A s plocha jádra šroubu, f ub mez pevnosti šroubu. γ Mb součinitel spolehlivosti šroubu 7 Únosnost v otlačení F ( 2,5 α fubd t) γ Mb b.rd = e 1 p 1 kde α je nejmenší hodnota z výrazů e1 3d0; p1 3d0 1 4 ; fub fu ; 1,0. t nejmenší tloušťka plechu v jednom směru d průměr šroubu d 0 průměr díry f ub mez pevnosti šroubu f b f u mez pevnosti materiálu d 0 d F bsd b.sd 8 Únosnost v tahu F t.rd = ( 0,9f ub A s ) γ Mb A s γ Mb f ub plocha jádra šroubu spočinitel spolehlivosti pro šroub mez pevnosti šroubu Konstrukční oceli Základní materiál S235JR (STEEL + mez kluzu MPa; f u = 275) S275JR (min. nárazovou práci 27 J, při pokojové teplotě) S355K2 (v budoucnu se předpokládá, nahradí S235 a 275) S420NK (normalizačně žíhána, min. nárazovou práci 40 J) S460MJ (termomech. válcovaná, min. nárazovou práci 27 J) 9 Oceli vysokých pevností (nad 700 MPa) S690 Oceli ultra vysokých pevností (nad 700 MPa) S960 Korozivzdorné oceli - nerezové oceli Oceli se zvýšenou odolností proti korozi - patinující 10 Aktualita - Rembrandt tower 11 Aktualita - Rembrandt tower 12

3 Zatížení Stanovení zatížení konstrukce Evropská norma Navrhování ČSN EN 1990: 2003 Evropská norma Zatížení ČSN EN 1991: 2004 Podrobnosti o zatíženích ve skriptu Studnička J, Holický M.: Ocelové konstrukce 20, Zatížení í staveb, ČVUT, Praha rozhodující etapa návrhu Dělení podle trvání Stálé zatížení Proměnná zatížení Provozní Zatížení í větrem Ostatní zatížení Zatížení sněhem Zatížení teplotními rozdíly Vlivy poklesu podpor v poddolovaném území Účinky zemětřesení Příčky Podle skutečného působení Účinky soustředěných zatížení Přistavení nábytku lokální zvětšení zatížení Pomocí náhradního rovnoměrného zatížení U přestavitelných příček se jejich hmotnost rozpočítá do zvýšení užitného zatížení Asi 50 kg/m 2 Zatížení í větrem Základní hodnota tlaku větru Na konstrukci působí všemi směry Postačí uvažovat vítr v příčném a podélném é směruě objektu Považuje se za kvazistatické zatížení Tlak na povrchy Referenční tlak větru q ref = ρ 2 v 2 ref N/m 2 v ref je referenční rychlost větru (m/s) ρ = 1,25 kg/m 3 je měrná hmotnost vzduchu 17 Pro ČR referenční rychlosti 24 m/s 26 m/s nad 700 m jsou rychlosti větší. 18

4 24 m/s 26 m/s Zatížení větrem na konstrukci Jako síly působící na celou konstrukci Jako součet tlaků působících na jednotlivé povrchy Kombinace zatížení pro dvě nahodilá Dílčí součinitele V r,h,d G Q W = 1,35 G + 1,5 Q + ψ o 1,5 W = 1,35 G + 1,5 ψ o Q + 1,5 W stálé proměnné vítr Tabulka Dílčí součinitele pro pozemní stavby podle přílohy A1 k EN 1990 (soubory A, B a C). Soubor Zatížení Symbol Situace 1) T/D M Soubor B 5) Stálá zatížení 5) (viz nahoře) (STR/GEO) k 4) 3) 100 Porucha konstrukce - nepříznivá γg,sup 1,35 1,00 nebo - příznivá 4) γg,inf 1,00 3) 1,00 geotechnických prvků včetně Proměnná zatížení uložení, pilot, - nepříznivá 4) γq 1,50 1,00 základových stěn atd. Mimořádná zatížení γa 1, Tabulka Součinitele ψ pro pozemní stavby podle EN Zatížení ψ 0 ψ 1 ψ 2 Užitné zatížení í staveb (viz EN ) 1 1) kategorie A: obytné kategorie B: kanceláře kategorie C: shromažďovací plochy kategorie D: obchody kategorie E: sklady 1,0 0,5 0,5 0,9 0,3 0,3 0,6 0,6 0,8 Dopravní zatížení staveb kategorie F: tíha vozidla < 30 kn 0,6 kategorie G: 30 kn < tíha vozidla < 160 kn kategorie H: střechy 0 0,5 0 0,3 0 Zatížení sněhem (viz EN ) 1 Finsko, Island, Norsko, Švédsko Ostatní země CEN pro stavby umístěné ve výšce > 1000 m.n.m Ostatní země CEN pro stavby umístěné ve výšce 1000 m.n.m 07 0,5 0,5 05 0,5 0,2 0,2 02 0,2 0 Zatížení větrem (viz EN ,6 0,2 0 2) Teplota kromě požáru (viz EN ) 0,6 0,5 0 2) 23 Aktualita - Rembrandt tower 24

5 Konstrukční systémy Stropnicový Strop ā 1,5 m Na střeše ā 3,5 m Bezstropnicový Panely Štíhlé stropní konstrukce Klasický ocelobetonový skelet Column Dispoziční řešení Primary beam Slab span between secondary beams Secondary beam Foundation Výška stropní konstrukce 27 Aktualita - Rembrandt tower 28 Prvky Stropní deska Stropnice Průvlak Sloup Ztužidlo Stropní desky Požadavky Dostatečná tuhost desek Snadná montáž Přiměřená hmotnost 250 kg/m

6 Železobetonové desky Monolitické Prefabrikované Ocelové/ocelobetonové stropní desky Vysoké plechové panely výšky mm Nízké plechové panely ( trapézové plechy ) mm Rovné plechy s prolisy Desky z jiných materiálů tvárnice, panely, či např. desky Hurdis Železobetonové monolitické desky Železobetonové desky prefabrikované panely Vysoké plechové panely výšky mm Štíhlé stropní konstrukce 35 36

7 37 38 Nízké plechové panely ( trapézové plechy ) mm poloha normální (větší Weff a nižší hmotnost) nebo reverzní samonosné trapézové plechy (případná betonová deska má jen roznášecí funkci), plechy jako ztracené bednění železobetonové desky, spřažené (tzv. plechobetonové desky) Nízké plechové panely samonosné trapézové plechy plechy jako ztracené bednění železobetonové desky spřažené (tzv. plechobetonové desky) Rovné plechy (s prolisy) na menší rozpětí (1,2 a 1,5 m) 41 42

8 Prvky Stropní deska Stropnice Průvlak Sloup Ztužidlo Stropnice Plnostěnné (L/15 až L/30) Válcované IPE 6-9 m Prolamované 9-12 m Příhradové (L/10 až L/20) Nad 15 m - mrakodrapy 43 Návrh na mezní stav použitelnosti (celkové 1/250; užitné 1/300) Nikdy nerozhoduje smyk 44 Prvky Stropní deska Stropnice Průvlak Sloup Ztužidlo Průvlaky Obvykle ve směru menšího rozpětí Užitné zatížení lze redukovat (pro plochu > 18 m 2 ) Stejné konstrukční typy nosníků jako pro stropnice Přísnější požadavky na MSP Umístění í průvlakůů Skelety s vystřídanými průvlaky Na výšku patra 47 48

9 Systém s nastavovanými nosníky až 18 m Vierendeelův nosník "stub girders" Prvky Stropní deska Stropnice Průvlak Sloup Ztužidlo Průřezy sloupů Válcované HEB (do 300) Svařované Uzavřené Členěné Ocelobetonové Tažené Ohýbané Lehké Montážní styky Výrobní délka obvykle 2 až 4 patra běžně do 12 m, max. asi 15 m Snadná montáž styku: blízko nad stropem, jednoduchý kontaktní styk do čtvrtiny výšky patra běžně do 800 mm nad stropem Dílenská změna průřezu Zachování vnějších rozměrů Vzdálenost sloupů Vliv excentricit přípojů Optimum 9 12 m 53 M e = 0,5 V q e 54

10 , Vzpěrné délky Neposuvné Posuvné styčníky 55 Aktualita - Rembrandt tower 56 Rozmístění ztužidel Kyvné vazby Typy ztužidel Příhradová Rámová Svislá ztužidla Smíšená 57 Stěnová 58 Příhradová ztužidla Tvar diagonál H/500 mez použitelnosti Spojování ztužidel pro větší tuhost 59 60

11 Tažené diagonály Ekonomičtější Větší deformace Průřezy ztužidel Rozmístění í ztužidel Zamezit kroucení budovy Staticky Tuhost budovy - povolený průhyb Přenesení vodorovných zatížení Zamezení tahu ve sloupech Umístění uvnitř dispozice Náhodný krut Giant diagonals in Bank of China, Hong Kong 65 66

12 ŽB ztužující í jádra ŽB ztužující jádra Otevřená Uzavřenář Zatížení Kyvná vazba Ztužidlo (příhradové) + vítr a imperfekce Redukce užitného zatížení Kyvná vazba N = γ N + 0, 9 γ N G G, k Q Q, k. i i N = γ N + γ N G G, k Q Q, k.1 Příhradové ztužidlo pro jedno nahodilé zatížení pro více nahodilých zatížení (součinitel = 0,9) ( ) N = γ N + 09, γ N + N N = N γ N max G G, k Q Q, k w, k min Gk, Q wk, (pozor na tah!) Účinky teploty t Než u betonových objektůů Větší dilatační vzdálenosti (90 m a 50 m) Jiná konstrukce dilatací Zdvojení sloupů jen vlivem základů 71 t Aktualita - Rembrandt tower 72

13 Výukové programy ESDEP European Steel Design Educational Programme SteelCal Virtuální kancelář oceláře SS SteelCal Nerezová ocel VIWISS ESDEP na CD CESTRUCO Konstrukční styčníky SSEDTA ESDEP v PowerPointu Access Steel Internetový nástroj Access STEEL - informační systém pro ocelové konstrukce Access STEEL úvodní strana na com AISC American Steel Fabricators Association, USA Access STEEL - informační systém pro ocelové konstrukce Access STEEL úvodní strana na com Access STEEL Česká verze textových stran ve 234 souborech NCCI Doplňující informace Non-conflicting Complementary Information Aktualita - Rembrandt Tower 77 Aktualita - Rembrandt Tower 78

14 Column Dispoziční řešení Slab span between secondary beams Angelina Beams Primary beam Secondary beam Foundation Rozmístění ztužidel Kyvné vazby Svislá ztužidla Sylabus přednášek 1. Úvod, historie i ocelových konstrukcí, k použití, významné stavby, výroba oceli 2. Vlastnosti oceli, zkoušky materiálu, značení oceli 3. Výroba konstrukcí 4. Spolehlivost konstrukcí, mezní stavy, normy pro navrhování, tah 5. Tlak, vzpěrný tlak 6. Klasifikace průřezů, ohyb, hospodárný návrh 7. Svařování, svařované spoje 8. Nýtování a šroubování, šroubované spoje 9. Skelety budov, prostorová tuhost 10. Skelety budov, spoje 11. Jednopodlažní haly 12. Haly velkých rozpětí 13. Mosty, názvosloví, lávky 14. Ochrana proti korozi a požáru Děkuji za pozornost 83