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 NÁVRH A POSOUZENÍ VYBRANÝCH PRVKŮ PATROVÉHO OBJEKTU DESIGN OF SELECTED ELEMENTS OF STOREYED BUILDING DIPLOMOVÁ PRÁCE MASTER'S THESIS AUTOR PRÁCE AUTHOR VEDOUCÍ PRÁCE SUPERVISOR BC. JOSEF DUCHÁČ Ing. IVANA ŠVAŘÍČKOVÁ, Ph.D.
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. TEORETICKÁ ČÁST DIPLOMOVÁ PRÁCE MASTER'S THESIS AUTOR PRÁCE AUTHOR VEDOUCÍ PRÁCE SUPERVISOR BC. JOSEF DUCHÁČ Ing. IVANA ŠVAŘÍČKOVÁ, Ph.D. BRNO 2014
Abstrakt Diplomová práce je zaměřena na posouzení vybraných prvků patrové budovy. Celá nosná konstrukce je navržena z železobetonu. Mezi posuzovanými prvky jsou sloupy, stropní lokálně podepřené desky, patky a schodiště. Práce obsahuje statický výpočet, výkres tvaru, výkresy výztuže jednotlivých prvků a výstupy z výpočetního programu. Klíčová slova dimenzování, vnitřní síly, zatížení, zatěžovací stavy, výkres tvaru, výkres výztuže, mezní stav únosnosti, mezní stav použitelnosti, výztuž, železobeton, lokálně podepřená stropní deska, sloup, patka, schodiště Abstract The Master s thesis is focused on the assessment basic parts of the story building. All construction is made from reinforced concrete. The columns, flat plate slabs, flanges and stairways are between the design constructions. The thesis includes working-out of static calculation, drawing shape, reinforcement drawing of all design constructions and results from computer sofware. Keywords design of structures, internal forces, load, load cases, drawing shape, reinforcement drawing, ultimate limit state, service limit state, reinforcement, reinforced concrete, flat plate slab, column, flange, stairway ~ 3 ~
Bibliografická citace VŠKP Bc. Josef Ducháč Návrh a posouzení vybraných prvků patrového objektu. Brno, 2014. 18 s., 205 s. příl. Diplomová práce. Vysoké učení technické v Brně, Fakulta stavební, Ústav betonových a zděných konstrukcí. Vedoucí práce Ing. Ivana Švaříčková, Ph.D.. ~ 4 ~
Prohlášení: Prohlašuji, že jsem diplomovou práci zpracoval(a) samostatně a že jsem uvedl(a) všechny použité informační zdroje. V Brně dne 17.1.2014 podpis autora Bc. Josef Ducháč ~ 5 ~
Poděkování Rád bych tímto poděkoval vedoucí mé diplomové práce Ing. Ivaně Švaříčkové, Ph.D. za poskytnutý čas, věcné rady a ochotu při tvorbě této práce. Dále bych rád poděkoval mým rodičům a přítelkyni za projevenou podporu během celého studia. ~ 6 ~
OBSAH: 1. ÚVOD... 8 2. VŠEOBECNÉ ÚDAJE... 8 3. ZATÍŽENÍ... 9 4. POPIS VÝPOČETNÍHO MODELU... 9 5. MATERIÁL... 13 6. ZÁVĚR... 15 7. POUŽITÉ ZROJE A SOFTWARE... 16 8. SEZNAM PŘÍLOH... 17 ~ 7 ~
1. ÚVOD Hlavní náplní diplomové práce je z vypracovaných výkresových podkladů vypracovat návrh nosných prvků multifunkčního objektu. Jedná se především o lokálně podepřené stropní desky, sloupy, základy a schodišťové desky. Výpočetním programem budou zjištěny průběhy vnitřních sil v konstrukci a dle platné normy bude nadimenzována výztuž v jednotlivých prvcích. Závěrem budou vypracovány a zkompletovány výkresy výztuže. U jednotlivých výkresů výztuže bude kladen důraz na co nejrealističtější návrh výztuže a srozumitelné zakreslení. Vypracované výkresové podklady jsou zařazeny jako samostatná příloha této práce a jsou vypracovány v rozsahu: 2 půdorysy na úrovni stavebního povolení, 2 půdorysy na úrovni studie a 1 řez na úrovni stavebního povolení. Veškeré výpočty vnitřních sil, které budou prováděny pomocí výpočetního softwaru, budou zhotoveny pomocí programu SCIA Engineer. Pokud bude proveden kontrolní výpočet prvku jiným výpočetním programem, bude tato skutečnost uvedena ve statickém výpočtu. Jedná se především o dimenzování smykových lišt, kontrola sedání základových patek atd.. Vedlejší náplní diplomové práce bude vypracování porovnání ohybových momentů, které byly dosaženy výpočtem v bakalářské práci s výpočty v diplomové práci. Výsledky této části práce budou uvedeny ve statickém výpočtu. 2. VŠEOBECNÉ ÚDAJE Řešený objekt je 4 podlažní. Jedná se o multifunkční budovu, která slouží především jako zázemí zimního stadionu (1. NP), jako prostory Wellness (2.NP), jako ubytování a restaurace (3.NP.) a zázemí pro technologie a hokejisty (1.PP). Objekt se nachází v Hradci Králové ulice Komenského. Jedná se o novostavbu, která má nahradit stávající nevyhovující objekt. Budova bezprostředně navazuje na zimní stadion. Nosnou konstrukci objektu tvoří železobetonové stropní desky a sloupy. Objekt je založen na základových patkách pod sloupy a na základových pasech pod stěnami. Založení výtahu je řešeno základovou deskou. Vodorovná tuhost objektu je zajištěna ztužujícími stěnami (v obou směrech) po celé výšce budovy. Obvodový plášť v podzemním podlaží tvoří vyztužené betonové tvárnice tloušťky 200 mm. Obvodový plášť nadzemních podlaží tvoří výplňové zdivo POROTHERM různých tlouštěk a vnější zateplovací systém. Vnitřní příčky jsou z SDK desek RIGIPS. Jejich specifikace je uvedena ve výkresové dokumentaci a ve statickém výpočtu. Skladby podlah byly převzaty z podkladů. Jejich podrobný výpis včetně specifikace je uveden ve statickém výpočtu. Půdorysné rozměry desky jsou 36,3 x 42,5 m, modulová síť je 6 x 6 m a konstrukční výška je 3,6 m. Typický rozměr sloupu je 400 x 400 mm a 300 x 300 mm. ~ 8 ~
3. ZATÍŽENÍ a) stálé - zatížení vlastní tíhou - objemová tíha betonu je určena dle platné normy - ostatní stále zatížení - uvažována je tíha podlah a tíha zděného zdiva b) proměnné - uvažována je tíha přemístitelných SDK příček a zatížení užitné - sníh- zatížení sněhem je uvažováno po celém půdorysu střechy konstantní hodnotou, která odpovídá sněhové oblasti I - vítr- zatížení větrem odpovídá větrové oblasti II 4. POPIS VÝPOČETNÍHO MODELU Model, pro statický výpočet, byl vytvořen v programu SCIA Engineer konstrukce Obecná XYZ. Celý model byl rozdělen do vrstev dle jednotlivých podlaží a tipů konstrukcí, tedy stropní desky, sloupy a stěny. Na základě stavebních výkresů byla vytvořena základní modulová síť, která má nejčastější rozměr 6x6 m metrů. Kompletní modelovaná geometrie je znázorněna ve výkresu tvarů. (viz. příloha Výkres tvarů). Stropní desky byly rozděleny do jednotlivých částí a dílů (kvůli snazšímu zadávání zatížení a vytváření jednotlivých zatěžovacích stavů). Jelikož výpočet stropní desky byl již součástí Bakalářské práce, zůstala její tloušťka neměnná z důvodu porovnání vnitřních sil. jako Obr. 1 Rozdělení modelu do jednotlivých vrstev Sloupy byly zadávány jako prvek sloup a v místě styku se základovou konstrukcí byla vymodelována tuhá podpora ve všech směrech (bylo uvažováno plné vetknutí). Ztužující ~ 9 ~
stěny a stěny suterénního zdiva jsou modelovány jako prvek stěna a v místě styku se základovou konstrukcí je rovněž tuhá podpora ve všech směrech. Schodiště není zahrnuto v konstrukci modelu, jsou jím pouze zatíženy okraje desky tíhou schodiště. Model pro dimenzování prvků schodiště je vytvořen samostatně. (viz. Kapitola Schodiště ve statickém výpočtu). Veškeré styky konstrukcí byly uvažovány jako tuhé ve všech směrech. Každý prvek, který model obsahuje, byl modelován ve své střednicové ose. Ve stropních deskách je několik otvorů. Jedná se především o otvory na schodiště, komínová šachta a otvory pro vzduchotechniku. Jejich umístění a geometrie je znázorněna ve výkresu tvarů. Síť konečných prvků byla vytvořena o minimálním rozměru 0,25m. V místě sloupů byla tato síť zhuštěna na 0,05m ve vzdálenosti 1m od osy sloupu. Obr. 2 Severovýchodní pohled na model ~ 10 ~
Obr. 3 Pohled jihovýchodní Obr. 4 Pohled jihozápadní ~ 11 ~
Obr. 6 Pohled severozápadní Obr. 5 Pohled dolní východní ~ 12 ~
Obr. 7 Pohled dolní západní 5. MATERIÁL a) Beton Pro výrobu stropní deskové konstrukce, sloupů, schodišť a ztužujících stěn je použit beton s označením C30/37. Pro výrobu základů je použit o třídu nižší beton s označením C25/30. Charakteristické vlastnosti použitých betonů: C30/37: Charakteristická pevnost v tlaku- f ck = 30 MPa Návrhová pevnost v tlaku- f cd = 20 MPa Střední hodnota pevnosti v tahu za ohybu- f ctm = 2,9 MPa Modul pružnosti- E cm = 32 GPa ~ 13 ~
C25/30: Charakteristická pevnost v tlaku- f ck = 25 MPa Návrhová pevnost v tlaku- f cd = 16,66 MPa Střední hodnota pevnosti v tahu za ohybu- f ctm = 2,6 MPa Modul pružnosti- E cm = 31 GPa b) Betonářská výztuž b 1 ) Nosná výztuž Pro vyztužení veškerých betonových konstrukcí je použita ocel s označením B500B. Charakteristická pevnost v tlaku- f yk = 500 MPa Návrhová pevnost v tlaku- f yd = 434,78 MPa Modul pružnosti- E s = 200 GPa b 2 ) Výztuž proti řetězovému zřícení Je uvažována stejná ocel jako v případě nosné výztuže jako v případě nosné výztuže. b 3 ) Výztuž proti smykovému porušení (protlačení) Jsou použity smykové lišty od firmy Schöck. Typ oceli pro tyto lišty je opět stejný jako u ostatní výztuže tedy B500B. Schöck Bole se skládá z dvouhlavých trnů, jejichž správná poloha je zajištěna distančními pruty. Speciální distanční prvky umožňují zabudování třmínkových lišt po položení spodní vrstvy výztuže, ještě před instalací horní vrstvy. c) Zdivo Obvodový plášť je tvořen zdivem POROTHERM 30 P+D. Vnitřní příčky jsou zhotoveny z SDK příček RIGIPS tl. 150 a 100 mm. ~ 14 ~
6. ZÁVĚR Tato diplomová práce se zabývala návrhem nosných prvků patrového objektu. Byl vytvořen statický výpočet, který je přiložen jako samostatná příloha této práce. Jeho cílem bylo navrhnout a posoudit veškerou výztuž, která se v prvcích nachází. Do dimenzovaní byly zahrnuty tyto prvky: střešní deska, sloupy, základy a schodiště. Dimenzování stropní desky mezi 1.NP a 2.NP nebylo předmětem této diplomové práce. Hlavním výstupem této diplomové práce jsou výkresy výztuže. U těchto výkresů byl kladen důraz na co nejrealističtější a nejekonomičtější návrh výztuže a celkově byl kladen důraz na přehlednost těchto výkresů. Vedlejším výstupem této diplomové práce bylo posouzení desky mezi 1.NP a 2.NP na průhyb, porovnání ohybových momentů na stropní desce mezi 1.NP a 2.NP a porovnání ručních výpočtů únosnosti základové půdy s výpočtem softwaru. ~ 15 ~
7. POUŽITÉ ZROJE A SOFTWARE NORMY [1] ČSN EN 1991-1 až 4, Eurokód 1: Zatížení stavebích konstrukcí, 2004-2007 [2] ČSN EN 1990: Zásady navrhování konstrukcí, 2004 [3] ČSN EN 1992-1-1, Navrhování betonových konstrukcí- Obecná pravidla pro pozemní stavby, 2006 [4] ČSN 73 12 01, Navrhování betonových konstrukcí pozemních staveb, 2010 LITERATURA [5] Ing. Miloš Zich, Ph.D, Doc. Ing. Zdeněk Bažant, Csc. Plošné betonové konstrukce, nádrže a zásobníky, ISBN 978-80-7204-693-5, Srpen 2010 [6] Ing. Švaříčková, I., Ph.D, URL: <http://www.fce.vutbr.cz/bzk/svarickova.i>[citace 2012-05-15]. Dostupné z URL: <http://www.fce.vutbr.cz/bzk/svarickova.i> [7] Procházka, J. a kol. Navrhování betonových konstrukcí příručka k ČSN EN 1992-1-1 a ČSN EN 1992-1-1, 1. vydání, ČKAIT PRAHA, 2010. Stran 338. ISBN 978-80-87438-03-9 [8] SCHÖCK-WITTEK CZECH REPUBLIC, výztuž proti protlačení. [online]. [cit. 2012-05-16]. Dostupné z: < http://www.schoeck-wittek.cz/cs/> SOFTWARE - SCIA ENGINEER - ARCHICAD 14, studentská verze - SCHÖCK Böle - GEO 4, studentská verze - MICROSOFT OFFICE WORD 2007 - MICROSOFT OFFICE EXCEL 2007 ~ 16 ~
8. SEZNAM PŘÍLOH P) PŘÍLOHY TEXTOVÉ ČÁSTI P1) POUŽITÉ PODKLADY A VARIANTY ŘEŠENÍ P2) VÝKRESOVÁ DOKUMETACE P3) STAVEBNÍ POSTUP (TECHNICKÁ ZPRÁVA) A VIZUALIZACE P4) STATICKÝ VÝPOČET P5) VÝSTUPY Z VÝPOČETNÍHO PROGRAMU ~ 17 ~