ŽELEZOBETONOVÁ KONSTRUKCE HOTELU REINFORCED CONCRETE STRUCTURE

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 ŽELEZOBETONOVÁ KONSTRUKCE HOTELU REINFORCED CONCRETE STRUCTURE BAKALÁŘSKÁ PRÁCE BACHELOR'S THESIS AUTOR PRÁCE AUTHOR VEDOUCÍ PRÁCE SUPERVISOR BOHUSLAV ZATLOUKAL Ing. PAVEL ŠULÁK, Ph.D. BRNO 2015

2 2

3 3

4 Abstrakt Tato bakalářská práce je zaměřena na návrh a posouzení monolitické ţelezobetonové stropní konstrukce prvního nadzemního podlaţí hotelu a vypracování projektové dokumentace daných nosných prvků. Jednotlivé nosné prvky (stropní deska, krajní ţebro, sloup a ztuţující jádro) jsou navrţeny dle mezního stavu únosnosti. Pro výpočet vnitřních sil byl pouţit program RFEM a získané výsledky byly ověřeny zjednodušenou ruční metodou. Posouzení nosných prvků je provedeno dle ČSN EN Klíčová slova Ţelezobeton, betonářská výztuţ, zatíţení, vnitřní síly, dimenzování, lokálně podepřená stropní deska, protlačení, výkresová dokumentace. Abstract This bachelor project is focused on the design of monolithic reinforced concrete ceiling structure of the first floor of a hotel and creation design documents of the load-bearing elements. The load-bearig elements (ceiling slab, outer rib, column and core wall) are appraised according to ultimate limit state. For calculation of internal forces was used a software named RFEM and the internal forces were verified by simplified manual method. Assessment is done according to ČSN EN Keywords Reinforced concrete, concrete reinforcement, load, internal forces, design of structures, locally supported ceiling slab, punching, drawing documentation. 4

5 Bibliografická citace VŠKP Bohuslav Zatloukal Železobetonová konstrukce hotelu. Brno, s., 143 s. příl. Bakalářská práce. Vysoké učení technické v Brně, Fakulta stavební, Ústav betonových a zděných konstrukcí. Vedoucí práce Ing. Pavel Šulák, Ph.D. 5

6 Prohlášení: Prohlašuji, ţe jsem bakalářskou práci zpracoval(a) samostatně a ţe jsem uvedl(a) všechny pouţité informační zdroje. V Brně dne podpis autora Bohuslav Zatloukal 6

7 Poděkování: Tímto bych rád poděkoval mému vedoucímu bakalářské práce Ing. Pavlu Šulákovi, Ph.D. za pomoc, ochotu a trpělivost při tvorbě bakalářské práce. Dále také děkuji mým rodičům a přítelkyni za podporu při studiu. 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 TEXTOVÁ ČÁST BAKALÁŘSKÁ PRÁCE BACHELOR'S THESIS AUTOR PRÁCE AUTHOR VEDOUCÍ PRÁCE SUPERVISOR BOHUSLAV ZATLOUKAL Ing. PAVEL ŠULÁK, Ph.D. BRNO

9 Obsah 1. Úvod Zatíţení konstrukce Zatíţení proměnná Zatíţení stálá Pouţité materiály Stropní deska Krajní ţebro Sloup Ztuţující jádro Schodiště Zaloţení Závěr Pouţité zkratky a symboly Seznam příloh Seznam pouţitých zdrojů Normy Kniţní zdroje Elektronické zdroje

10 1. Úvod Tato bakalářská práce je zaměřena na návrh a následné posouzení nejvíce zatíţeného podlaţí 17-ti podlaţní ţelezobetonové konstrukce hotelu. Předpokládané umístění stavby je Brno - město. Výpočtový model konstrukce byl sestaven na základě navrţené projektové dokumentace. Svislé nosné konstrukce jsou tvořeny sloupy a ztuţujícím jádrem, které zároveň zajišťuje i komunikační funkci. Nenosné svislé konstrukce jsou navrţeny z keramických bloků typu Therm na montáţní pěnu. Stropní konstrukce jsou navrţeny jako monolitické ţelezobetonové. Celkové půdorysné rozměry objektu jsou 50 x 36 m, včetně oddilatované dvoupodlaţní přístavby, která není součástí řešení bakalářské práce. Práce řeší lokálně podepřenou stropní desku nad prvním nadzemním podlaţím, krajní ţebro této desky, vnitřní sloupy a uzavřené ztuţující jádro v prvním NP. Cílem práce je provedení statického výpočtu zmiňovaných nosných prvků konstrukce s optimálním návrhem výztuţe, posouzení na mezní stav únosnosti a následné zhotovení výkresové dokumentace vybraných konstrukčních prvků. 2. Zatížení konstrukce Bylo vytvořeno 16 zatěţovacích stavů, na základě předpokládaných zatíţení, která mohou působit na konstrukci. Tato zatíţení lze rozdělit do dvou skupin: 2.1 Zatížení proměnná Uţitné zatíţení bylo uvaţováno v souladu s ČSN EN První dvě nadzemní podlaţí jsou zařazeny do kategorie C3, kvůli předpokládanému shromaţďování osob. Ostatní podlaţí včetně schodišť spadají do kategorie A. Otevřený prostor v úrovni ustupujícího třináctého NP je uvaţován jako kategorie C1. Střešní konstrukce nad 17. NP je brána jako kategorie H (nepřístupné střechy s výjimkou běţné údrţby). Jako další proměnné zatíţení bylo uvaţováno zatíţení sněhem podle ČSN EN Hodnoty tohoto zatíţení byly pouţity pro lokalitu Brno město. 10

11 Posledním z proměnných zatíţení byl řešen vítr působící na budovu. Dané zatíţení je opět uvaţováno pro zmíněnou lokalitu. Kvůli výšce objektu je navíc zařazen i šikmý vítr. Veškeré působení větru bylo navrţeno v souladu s normou ČSN EN Zatížení stálá Na základě těchto zatíţení byly vytvořeny dva zatěţovací stavy. První zatěţovací stav, stálé zatíţení, zahrnuje vlastní tíhu nosné konstrukce na základě pouţitého materiálu. Tento stav řeší výpočetní program, jehoţ výsledek byl ručně ověřen pomocí výsledné reakce. Druhý zatěţovací stav zohledňuje ostatní stálé zatíţení, které je tvořeno tíhou nenosných svislých konstrukcí, podlahy a omítek. 3. Použité materiály Pro danou konstrukci byl pouţit beton C 25/30 a betonářská výztuţ B500B. Hodnoty pevností, přetvoření a modulů pruţnosti jsou dále specifikovány ve statickém výpočtu. 4. Stropní deska Projekt je zaměřen na nejvíce zatíţenou stropní desku a to na desku nad prvním NP, kde je uvaţováno uţitné zatíţení dle kategorie C3: 5,0 kn/m 2. Tloušťka této desky byla předběţně vypočtena na 176 mm, ale s ohledem na mezní stav pouţitelnosti navrţena na 200 mm. Deska je řešena jako monolitická lokálně podepřená na čtvercových sloupech a uzavřeném ztuţujícím jádru. Velikost jednotlivých polí je 6 x 6 m. Vnitřní síly stropní desky byly vypočteny pomocí programu RFEM 5, který provádí výpočet na základě metody konečných prvků. Takto získané hodnoty byly ověřeny zjednodušenou ruční metodou (metodou součtových momentů). Bylo vypočítáno minimální poţadované krytí horní i dolní výztuţe a následně proveden návrh této výztuţe. Deska je posouzena na mezní stav únosnosti při namáhání ohybem a na protlačení v oblasti mezilehlých sloupů a ztuţujícího jádra. Nakonec bylo provedeno ověření mezního stavu pouţitelnosti. 11

12 5. Krajní žebro Obvodové (krajní ţebro) bylo navrţeno z důvodu většího ztuţení celé konstrukce a následného jednoduššího provádění fasády celého objektu. Rozměry tohoto ztuţujícího prvku jsou 500 x 300 mm. Podle statického působení se jedná o spojitý nosník s celkovou délkou 24 m o 4 polích podporovaný sloupy. Pro výztuţ bylo navrţeno minimální poţadované krytí s ohledem na stupeň vlivu prostředí. Dále bylo navrţeno rozmístění a průměr výztuţných prutů. Takto vyztuţený průřez byl následně posouzen na maximální ohybový moment, posouvající sílu a kroutící moment. Z důvodu výstřednosti (krajní ţebro) musel být uvaţován šikmý ohyb a vliv kroutícího momentu, coţ vedlo k pouţití uzavřených třmínků. 6. Sloup Navrţené sloupy jsou čtvercového průřezu o rozměrech 500 x 500 mm a v dalších podlaţích se jejich průřez zmenšuje z důvodu niţšího zatíţení. Projekt řeší pouze nejvytíţenější mezilehlé sloupy v 1. NP. Konstrukční výška těchto sloupů jsou 4 m. Sloupy jsou posouzeny na interakci ohybového momentu a normálové síly pro nejnepříznivější kombinace zatíţení a porovnány s jejich únosností vyplívající z interakčního diagramu. 7. Ztužující jádro Uzavřené jádro zajišťuje ztuţení celé konstrukce v horizontální rovině, zvláště kvůli působení větru na vysokou budovu. Tloušťka stěny jádra byla navrţena na 300 mm. Tento nosný prvek konstrukce zároveň zajišťuje hlavní komunikační funkci v objektu, protoţe je v něm umístěno schodiště a výtahy. Světlé půdorysné rozměry uvnitř jádra jsou 5,7 x 5,7 m. Posouzení je provedeno na mezní stav únosnosti na základě interakčního diagramu a následného porovnání s nejméně příznivými účinky zatíţení. 12

13 8. Schodiště Schodiště není součástí bakalářské práce. Předběţný návrh však uvaţuje dvouramenné schodiště s šířkou ramene 1,4 m, šířkou hlavní podesty 1,9 m a mezipodesty 1,4 m. Schodišťový stupeň byl navrţen o šířce 300 mm a výšce 167 mm. V 1. a 2. NP je navrţeno schodiště s větším počtem schodišťových stupňů z důvodu odlišné konstrukční výšky. Rozměry jednotlivých stupňů však byly zachovány. V 1. NP bylo také navrţeno dvouramenné reprezentativní schodiště s 24 schodišťovými stupni stejných rozměrů. 9. Založení Zaloţení objektu není součástí zadané práce. Předpokládané zaloţení je na základových patkách, které budou podpírány skupinou pilot. Konkrétní rozměry závisí na vlastnostech základové půdy pod touto konstrukcí. 10. Závěr Byl proveden návrh posouzení vybraných nosných prvků konstrukce typického podlaţí 17-ti podlaţní budovy hotelu. Tyto prvky byly posouzeny na 1. mezní stav (mezní stav únosnosti), coţ znamená, ţe nejméně příznivé účinky zatíţení jsou menší, neţ únosnost prvků. Při návrhu bylo přihlíţeno i na reálnou proveditelnost konstrukce. Následně byly vypracovány výkresy vyztuţení navrhovaných prvků včetně výkazu materiálu. 13

14 11. Použité zkratky a symboly NP nadzemní podlaţí G k, g k charakteristická hodnota stálého zatíţení G d, g d návrhová hodnota stálého zatíţení Q k, q k charakteristická hodnota proměnného zatíţení Q d, q d návrhová hodnota proměnného zatíţení s k, s d charakteristická, návrhová hodnota zatíţení sněhem v b,0 základní rychlost větru l, h, b rozměry (délka, výška, šířka) f k, f d charakteristická, návrhová hodnota pevnosti c, y indexy materiálu (betonu, betonářské oceli) dílčí součinitel zatíţení (stálé, proměnné) dílčí součinitel spolehlivosti materiálu (betonu, betonářské oceli) objemová hmotnost materiálu E cm, E s modul pruţnosti (betonu, betonářské oceli) ε cu3 ε yd c d l bd, l o mezní přetvoření betonu minimální přetvoření výztuţe krytí výztuţe účinná výška průřezu návrhová délka (kotevní, stykovací) α, β dílčí součinitelé Ek, Ed Rk, Rd působící charakteristická, návrhová hodnota charakteristická, návrhová hodnota únosnosti M, V, N ohybový moment, posouvající síla, normálová síla 12. Seznam příloh P1) Pouţité podklady, studie P2) Statický výpočet P3) Výkresová dokumentace 14

15 13. Seznam použitých zdrojů 13.1 Normy [1] ČSN EN 1990 Eurokód: Zásady navrhování konstrukcí, Český normalizační institut, březen 2004 [2] ČSN EN Eurokód 1: Zatíţení konstrukcí, Část 1-1: Obecná zatíţení objemové tíhy, vlastní tíha a uţitná zatíţení pozemních staveb, Český normalizační institut, duben 2004 [3] ČSN EN Eurokód 1: Zatíţení konstrukcí, Část 1-3: Obecná zatíţení zatíţení sněhem, Český normalizační institut, červenec 2005 [4] ČSN EN Eurokód 1: Zatíţení konstrukcí, Část 1-4: Obecná zatíţení zatíţení větrem, Český normalizační institut, červenec 2005 [5] ČSN EN Eurokód 2: Zatíţení konstrukcí, Část 1-1: Obecná pravidla a pravidla pro pozemní stavby, Český normalizační institut, prosinec Knižní zdroje [6] Ing. Miloš Zich, Ph.D, a kolektiv Příklady posouzení betonových prvků dle Eurokódu, ISBN , Praha 2010 [7] Ing. Josef Panáček Prvky betonových konstrukcí Modul M02, ISBN , Brno 2005 [8] Ivan Harvan, - Betónové konštrukcie Vysoké budovy navrhovanie podľa spoločných európskych noriem, ISBN , Bratislava Elektronické zdroje [9] Technické podklady Wienerberger. In: Podklady pro navrhování 13. vydání [online], Listopad 2011 [cit ], Dostupné z: [10] Technické podklady IZOLAČNÍ SKLA s.r.o.: Izolační skla katalog, [online], Duben 2013 [cit ], Dostupné z: 15