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 NADZEMNÍ PARKOVACÍ DŮM OVERGROUND PARKING HOUSE DIPLOMOVÁ PRÁCE MASTER'S THESIS AUTOR PRÁCE AUTHOR VEDOUCÍ PRÁCE SUPERVISOR BC. JAN PEVNER Ing. JAN PERLA 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. Jan Pevner Název Vedoucí diplomové práce Datum zadání diplomové práce Datum odevzdání diplomové práce V Brně dne Nadzemní parkovací dům Ing. Jan Perla prof. RNDr. Ing. Petr Štěpánek, CSc. Vedoucí ústavu prof. Ing. Rostislav Drochytka, CSc., MBA Děkan Fakulty stavební VUT

3 Podklady a literatura Podklady: Situace, řezy, půdorysy, IGP Základní normy (včetně všech změn a doplňků): ČSN EN 1990: Zásady navrhování konstrukcí ČSN EN 1991: Zatížení konstrukcí (část 1-1, 1-3 až 1-7) ČSN EN : Navrhování betonových konstrukcí. Obecná pravidla a pravidla pro pozemní stavby ČSN : Navrhování betonových konstrukcí pozemních staveb Literatura: podle doporučení vedoucího diplomové práce Zásady pro vypracování Návrh nosné konstrukce jedné sekce parkovacího domu včetně zohlednění účinků objemových změn od smrštění a změn klimatických teplot. Podrobný výpočet jednoho podlaží podle pokynů vedoucího diplomové práce. Požadované výstupy: Textová část (obsahuje průvodní zprávu a ostatní náležitosti dle níže uvedených směrnic). Přílohy textové části: P1. Použité podklady a varianty řešení P2. Výkresová část: - výkresy tvaru jednoho podlaží; - výkresy výztuže stropní desky, některých svislých konstrukcí (dle pokynů vedoucího diplomové práce) a schodiště. 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. Jan Perla Vedoucí diplomové práce

4 Abstrakt Práce je zaměřena na návrh a posouzení vybraných nosných prvků jednoho nadzemního podlaží monolitické betonové konstrukce a schodiště. Veškeré výpočty jsou provedeny v souladu s Eurokódem 2. Klíčová slova monolitická betonová deska, stěny, zatížení, vnitřní síly, ohyb, smyk, vzpěr, protlačení, kotevní délka, kotevní přesah, pracovní diagram, konstrukční uspořádání výztuže, interakční diagram, mezní stav únosnosti, mezní stav použitelnosti Abstract The work focuses on the design and assessment of selected structural elements of one overground floor monolithic concrete structures and staircases. All calculations are done in accordance with Eurocode 2. Keywords monolithic concrete plate, walls, loads, internal forces, bending, shear, buckling, punching, anchorage length, anchor overlap, working diagram, design of the reinforcement, interaction diagram, the ultimate limit state, serviceability limit state

5 Bibliografická citace VŠKP Bc. Jan Pevner Nadzemní parkovací dům. Brno, str.,450 str. příl. Diplomová práce. Vysoké učení technické v Brně, Fakulta stavební, Ústav betonových a zděných konstrukcí. Vedoucí práce Ing. Jan Perla.

6 Prohlášení: Prohlašuji, že jsem diplomovou práci zpracoval samostatně a že jsem uvedl všechny použité informační zdroje. V Brně dne podpis autora Bc. Jan Pevner

7

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 A) PRŮVODNÍ ZPRÁVA DIPLOMOVÁ PRÁCE MASTER'S THESIS AUTOR PRÁCE AUTHOR VEDOUCÍ PRÁCE SUPERVISOR BC. JAN PEVNER Ing. JAN PERLA BRNO 2014

9 Obsah 1 ÚVOD POPIS OBJEKTU KONSTRUKČNÍ SYSTÉM ZALOŽENÍ OBJEKTU VODOROVNÉ KONSTRUKCE SVISLÉ KONSTRUKCE SLOUPY SCHODIŠTĚ PODMÍNKY PRO PROVÁDĚNÍ POPIS ŘEŠENÉ ČÁSTI OBJEKTU VÝPOČETNÍ METODA ZATÍŽENÍ OBJEKTU ZATĚŽOVACÍ STAVY KOMBINACE ZATÍŽENÍ PŘEDPOKLADY NÁVRHU MATERIÁL ZÁVĚR SEZNAM POUŽITÝCH ZDROJŮ SEZNAM PŘÍLOH... 13

10 1 ÚVOD Diplomová práce se zabývá řešením nosné konstrukce nadzemního parkovacího domu se čtyřmi nadzemními podlaží s půdorysnými rozměry 37,50 x 17,50 m a konstrukční výškou jednoho podlaží 2,650 m. Řešený objekt je součástí komplexu o třech budovách S1, S2, S3 přičemž objekt S1 slouží pro překonání výškových rozdílů a objekty S2 a S3 slouží jako parkovací domy. Objekt je v jeho severní části zasazen do svažitého terénu a s výškovým rozdílem 6-8 m, pro zajištění svahu je uvažovaná trvalá pažící konstrukce zajištující svah. 2 POPIS OBJEKTU 2.1 KONSTRUKČNÍ SYSTÉM Jedná se o čtyřpodlažní železobetonovou monolitickou konstrukci s příčným nosným systémem, kde nosné stěny objektu zároveň rozdělují dílčí parkovací místa. Osová vzdálenost těchto stěn je 3,1 m tloušťka 120 mm. Obvodové nosné stěny jsou pouze v příčném směru v podélném směru tvoří obvodovou konstrukci prefabrikované panely, které jsou vynášeny obvodovým žebrem. 2.2 ZALOŽENÍ OBJEKTU Pro posouzení základových poměrů byl proveden inženýrsko-geologický průzkum, který na základě odebraných vzorků zemin z vrtů stanovil návrh konstrukce podle 3. Geotechnické kategorie z důvodů možného vytvoření smykových ploch. Z těchto důvodů bylo zvoleno hlubinné založení pomocí pilot průměru 630 mm a základové desky tloušťky 300 mm. Základová deska se musela z důvodů přilehlého sousedního objektu který přiléhá rozšířit na hodnotu 500 mm. Pro stanovení sedání a následný výpočet vnitřních sil byly piloty nahrazeny pružnou podporou a s uvážením příspěvku únosnosti základové desky vypočtené programem RF-SOILIN bylo stanoveno sedání, které bylo vyrovnáno pomocí pružných podpor vyjadřující piloty v rozmezí 1 mm.

11 Sedání základové desky bez únosnosti pilot Z obrázku je patrný vliv geostatického napětí svažitého terénu na sedání základové desky. Sedání po vyrovnání pomocí pružných podpor

12 2.3 VODOROVNÉ KONSTRUKCE Konstrukce stropu je provedena jako křížem vyztužená deska podporovaná v příčném směru stěnami. Deska je spádována ve sklonu 1% pro odvod vody vnášené do objektu zejména v zimním období provozem. Na spádové vrstvě je provedena povrchová tenkovrstvá úprava v tloušťce 2 mm. Půdorysné rozměry desky jsou 37,5 x 17,5 m. Rozměry v příčném směru jsou osově 3,1 m mezi boxy a v místě vjezdu 6,1m. Třída betonu byla zvolena vzhledem k tomu, že je vytvořená nepropustná vrstva podlahy a je tím pádem není beton namáhán vnášejícími látky vlivem provozu (sůl a jiné chemické látky) jako C30/37, ocel B500B. Výztuž je vyvázána v pravoúhlém systému dle výkresů výztuže. Při horním i spodním povrchu jsou navrženy profily R10 v desce tloušťky 200 mm a v desce tloušťky 120 mm R8. Tím je také zabezpečen rovnoměrný vliv smršťování od vysychání betonu po průřezu. Stykování přesahem je provedeno dle konstrukčních zásad a navrhnuté délky. Vliv smykových sil dle statického výpočtu přenese beton. Distanční podložky budou dodány dle zvyklosti dodavatele. Střešní konstrukce je navržena jako křížem vyztužená stropní deska s osovými vzdálenostmi stěn v příčném směru 6,2 metru z důvodů vytvoření parkovacích dvouboxů, proto je tloušťka desky volena v celé půdorysné ploše 200 mm. 2.4 SVISLÉ KONSTRUKCE Svislé konstrukce jsou z důvodů vytvoření boxů pro parkování orientovány v příčném směru a to v tloušťce u vnitřních stěn 120 mm a vnějších 150 mm. Beton je z důvodů malé tloušťky stěny kdy by při běžném používaném betonu běžné frakce způsobilo zatřízení kameniva volen jako samozhutňující C30/37. Ocel B 500B. V dolní části stěn do výšky 500 mm je navržena ochrana nátěrem stejného složení jako stropní konstrukce z důvodů vlivu chemických látek vnášenými vlivem provozu. Střešní konstrukce je navržena jako křížem vyztuženáí

13 2.6 SLOUPY Sloupy jsou navrženy kruhového průřezu o průměru 350 mm. Posouzení a návr není součástí tohoto statického výpočtu. 2.7 SCHODIŠTĚ Schodiště je dvouramenné monolitické s jedenkrát zalomenou deskou, kotvené do stěn pomocí vylamovacích lišt v úrovni mezilehlé podesty a pomocí prvku Schock tronsole do hlavní podesty. Tloušťka desky ramene i podesty je 150 mm. Stupně schodiště jsou betonované přímo. 2.8 PODMÍNKY PRO PROVÁDĚNÍ Bednění musí být dostatečně tuhé tak, aby vyhovovalo požadavkům na maximální povolené odchylky i po provedené betonáže. Před samostatnou betonáží je nutné provést kontrolu uložené výztuže. Ukládání betonu do bednění musí probíhat tak, aby nedošlo k rozmíšení jednotlivých betonových složek a kvalita betonu byla stejná ve všech částech konstrukce. Čerstvý beton je nutné ošetřovat, předevěším zajistit dostatečnou vlhkost na povrchu kropením po dobu 7-10 dnů. Betonáž nesmí být prováděna za teplot nižších než 5 C. Odbednění je možné provádět u stěn po nabytí 70% požadované pevnosti po 28 dnech. U stropních desek po nabytí alespoň 75 % s tím že po dobu dalších 20 dnů musí být lokálně podepřena v rozteči 3x3 m.

14 4 POPIS ŘEŠENÉ ČÁSTI OBJEKTU Cílem diplomové práce je vypracovat stavební a konstrukční návrh dle obdržené výkresové dokumentace pro jedno zvolené podlaží. Model budovy Výsek řešené části

15 5 VÝPOČETNÍ METODA Pro stanovení vnitřních sil byl použit výpočetní program založený na metodě konečných prvků RFEM 4. Objekt byl vytvořen pomocí trojrozměrného modelování prutů a desek. Pro spodní stavbu byl použit přídavný modul RF SOILIN pro výpočet únosnosti základové desky. Pilotové základy se modelovaly pomocí pružné podpory. 6 ZATÍŽENÍ OBJEKTU 6.1 ZATĚŽOVACÍ STAVY Stálé zatížení je tvořeno především vlastní tíhou konstrukce, tíhou obvodového panelu a skladeb střešní konstrukce. Užitné zatížení je tvořeno charakteristickou hodnotou q k1 = 2,5kN/m 2 rozmístěné do zatěžovacích stavů. dle tabulky 6.2 ČSN EN pro kategorii F a q k1 = 3,0 kn/m 2 pro zatížení schodiště. Zatěžovací stavy užitného zatížení

16 Klimatické zatížení sněhem s charakteristickou hodnotou zatížení sněhem sk = 1,0 kn/m 2 odpovídající II. sněhové oblasti dle ČŠN EN Klimatické zatížení větrem se základní rychlostí větru vb,0 = 25 m/s odpovídající III. větrové oblasti dle ČSN EN Při výpočtu byla uvažována II. kategorie terénu Klimatické teplotou hodnotou T léto = 40 C a T zima =-38,1 C Zemní tlak tvoří násyp mezi pažící konstrukcí a objektem. Tento stav uvažuji jako stálý i proměnný při navrhování stěn, kdy se zemní tlak může měnit v rámci nasycení, součinitele tření. 6.2 KOMBINACE ZATÍŽENÍ Zatěžovací stavy jsou seřazeny do skupin Skupina OBSAH POZN. Stálé 1ZS1, ZS2 Nahodilé 2,5 kn/m 2 ZS4 ZS11 Pozn.1 Sníh ZS12 Vítr ZS13, ZS14 Pozn.1 Teplota SZS4,SZS5 Pozn.1 Zemní tlak ZS17 Pozn1 - Do kombinace vstupuje pouze jeden zatěžovací stav ze skupiny Kombinace zatížení jsou generovány programem RFEM RF COMBI 2006 dle rovnic 6.10 Kombinace Zatížení - MSÚ Rovnice 6.10a Σγ G,j G k,j "+" γ Q,1 Q k,1 + Σγ Q,1 Ψ 0,1 Q k,1 Kombinace Zatížení - MSP Rovnice 6.14b Charakteristická ΣG k,j "+" P k "+" Q k,1 "+" ΣΨ 0,1 Q k,1 Rovnice 6.15b Častá ΣG k,j "+" P k "+" Ψ 1,1 Q k,1 "+" ΣΨ 2,i Q k,1 Rovnice 6.16b Kvazistálá ΣG k,j "+" P k "+" Σγ 2,i Q k,1

17 Dílčí součinitele spolehlivosti dle ČSN EN 1991 Stálé účinky (příznivé) γ G,j =1,35 Nahodilé účinky γ q,1 =1,5 Kombinační součinitele pro kategorii F tíha vozidla 30kN Ψ 1 =0,7 Ψ 0 =0,7 Ψ 2 =0,6 Sníh/námraza místa s nadm. V. H 1000m Ψ 1 =0,5 Ψ 0 =0,2 Ψ 2 =0,0 Vítr Ψ 1 =0,6 Ψ 0 =0,2 Ψ 2 =0,0 Teplota Ψ 1 =0,6 Ψ 0 =0,5 Ψ 2 =0,0 7 PŘEDPOKLADY NÁVRHU Statické posouzení objektu bylo provedeno dle ČSN EN na: Mezní stav únosnosti Mezní stav použitelnosti

18 8 MATERIÁL Beton 30/37 f ck =30 Mpa f cd =f ck /γ c =30/1,5=20,0Mpa f ctm =2,9 Mpa f ctk0,05 =2,0 Mpa E cm =32 Mpa Ocel B500B f yk =500Mpa f yd =f yk /γ s =500/1,15=434,78Mpa E s =200Gpa E yd =f yd /E s =434,78/ =0, ZÁVĚR Jako návrhové hodnoty momentů pro dimenzování byly brány výsledky ze 3D modelu vypočtené pomocí lineárního chování konstrukce. Skutečné hodnoty vnitřních sil, které vznikají v reálné konstrukci, se od vypočtených liší v závislosti na rozdílném uložení, tvaru skutečně zhotovené konstrukce, technologie provedení, kvalitou materiálu a ošetření a jiné faktory ovlivňující skutečné chování konstrukce. Výsledný návrh by však měl spolehlivě odolat těmto vlivů po celou dobu životnosti konstrukce.

19 10 SEZNAM POUŽITÝCH ZDROJŮ Platné normy: ČSN EN 1990: Zásady navrhování konstrukcí ČSN EN 1991: Zatížení konstrukcí ČSN EN 1992: Navrhování betonových konstrukcí ČSN : Navrhování betonových konstrukcí, včetně změny 1989 a změny č Publikace: PROCHÁZKA, Jaroslav, et al. Navrhování betonových konstrukcí podle EN (Eurokódu 2). Praha : Vydavatelství ČVUT, s. NAVRÁTIL, Jaroslav. Předpjaté betonové konstrukce. Vyd. 2. Brno: Akademické nakladatelství CERM, 2008, 186 s. ISBN BAŽANT, Zdeněk, Ladislav ČÍRTEK a Petr ŠTĚPÁNEK. Betonové konstrukce II: Betonové konstrukce montované - část2., ZICH, Miloš. Vybrané statě z nosných konstrukcí: Betonové základy - 1.část Použitý software: RFEM 4.10 AUTOCAD 2010 Microsoft Word 2010 Microsoft Excell 2010 Fin beton 3D Fin beton 2D

20 11 SEZNAM PŘÍLOH Příloha B1 - Statický výpočet Příloha B2 - Statický výpočet schodiště Příloha B3 - Příloha ke statickému výpočtu Příloha C1 - Výkresová dokumentace Příloha C2 - Použité podklady