Dilatace nosných konstrukcí

ČVUT v Praze Fakulta stavební PSA2 - POZEMNÍ STAVBY A2 (do roku 2015 název KP2) Dilatace nosných konstrukcí doc. Ing. Jiří Pazderka, Ph.D. Katedra konstrukcí pozemních staveb Zpracováno v návaznosti na původní přednášky KP20 prof. Ing. Petra Hájka, CSc. 2015/16

Dilatace stavebních konstrukcí Dilatační spára Je projektovaná spára ve stavební konstrukci, rozdělující stavbu nebo konstrukčníčást na samostatné dilatační celky. Dilatační spáry se navrhují v nosných konstrukcích (viz dále) kompletačních konstrukcích (není předmětem PSA2) Dilatačními spárami se rozděluje nosná konstrukce budovy na jednotlivé části z důvodů zamezení přenosu účinků z jednéčásti konstrukce do druhé tak, aby nebyly narušeny požadované funkce. Důvody navrhování dilatační spar - účinky: Statické Dynamické Akustické Tepelně technické

Dilatace nosných konstrukcí Dilatačními spárami se konstrukce rozděluje na menší celky tak, aby se eliminovaly možné poruchy nebo znehodnocení kvality vnitřního prostředí způsobené: Objemovými změnami Nerovnoměrným sedáním Dynamickými účinky Akustickými účinky Konstrukčními a technologickými důvody Dilatačních spar navrhujeme pouze nezbytně nutné množství! Nutná optimalizace konstrukce budovy již v koncepčním návrhu. Dilatační spára: Prodražuje konstrukci budovy Je místem potenciálních poruch: - zatékání - akustické mosty - tepelné mosty Je často neestetická - designový problém

Dilatace nosných konstrukcí Objemové změny konstrukcí

Účinky objemových změn Příčiny objemových změn stavebních konstrukcí Teplotní objemové změny (především délková teplotní roztažnost) Objemové změny v důsledku změny vlhkosti konstrukce Reologické změny stavebních materiálů (smršťování, dotvarování betonu) Objemové změny v důsledku chemických procesů v konstrukcích Délková teplotní roztažnost Délkové přetvoření konstrukce l vlivem teplotní roztažnosti lze stanovit ze vzorce: l = α. l. T [m] α...součinitel teplotní roztažnosti předmětné stavební konstrukce l... délka dilatačního celku (konstrukce) T...rozdíl výrobní teploty konstrukce a maximální teploty, které bude konstrukce v průběhu užívání stavby vystavena Šířka dilatační spáry navrhované v konstrukci z důvodu délkové teplotní roztažnosti se stanoví na základě vypočítaného přetvoření konstrukce, tzn. dilatačního celku.

Účinky objemových změn Teplota povrchu konstrukce - ekvivalentní sluneční teplota T e,ekv = T e + (A n. I ε. IR) / α e T e... vnější teplota vzduchu [K] A n...součinitel pohltivosti slunečního záření povrchem konstrukce I... intenzita globálního slunečního záření (podle orientace) [W.m-2] α e... součinitel přestupu tepla z okolí na povrch konstrukce [W.m-2.K-1] ε... emisivita povrchu IR... dlouhovlnný zářivý tok povrchu [W.m-2] Objemové změny stavebních konstrukcí vlivem změny vlhkosti Délkovou vlhkostní roztažnost lze stanovit ze vzorce: l = l. α m. m

Účinky objemových změn Reologické změny materiálů Smršťování betonu a malt jako důsledek hydratačních procesů Dotvarování nosných i nenosných konstrukcí Přetvoření kompletačních konstrukcí vlivem dotvarování nosných konstrukcí Objemové změny v důsledku chemických procesů v materiálech Vznik korozních produktů (např. výkvěty solí na zdivu) Krystalizační tlaky v pórech materiálu vlivem transportu vlhkosti

Poruchy vlivem teplotní roztažnosti Nepřiznaná spára dilatační spára v obvodové konstrukci - vznik trhliny

Poruchy vlivem teplotní roztažnosti Porušení atiky vlivem teplotní roztažnosti spádového betonu ve střešní konstrukci

Návrh dilatačních spar - obj. změny Přetvoření konstrukce vlivem délkové teplotní roztažnosti Dilatační spára musí umožnit vodorovný pohyb konstrukce Spára musí procházet všemi nosnými i navazujícími kompletačními konstrukcemi (podlaha, střecha, obvodový plášť budovy, apod.) Dilatační spára obvykle neprochází základovou konstrukcí.

Návrh dilatačních spar - obj. změny Železobetonové konstrukce Maximální velikost dilatačního celku se stanoví podle NAD ČSN EN 1992-1-1 na základě následující tabulky: Každá dilatační spára prodražuje konstrukci a zároveň je většinou také místem potenciálních poruch je nutné navrhovat pouze nezbytně nutné množství dilatačních spar, tzn. maximální velikosti dilatačních celků.

Návrh dilatačních spar - obj. změny Ztužení uprostřed dilatačního celku Nechráněná konstrukce Ztužení na jednom konci dil. celku Chráněná konstrukce Ztužení na obou koncích dil. celku

Návrh dilatačních spar - obj. změny Konstrukce z prostého betonu a slabě vyztuženého betonu Nenosné betonové součástí stavebních objektů

Návrh dilatačních spar - obj. změny Zděné konstrukce Ocelové konstrukce

Konstrukční řešení dilatačních spar Konstrukční řešení dilatačních spar kompenzujících délkovou teplotní roztažnost Základní princip: zajištění vodorovného pohybu konstrukce Zdvojení svislé nosné konstrukce Zdvojení neprochází základovou konstrukcí (sloupy mají společnou patku)

Konstrukční řešení dilatačních spar Zdvojení svislé nosné konstrukce

Konstrukční řešení dilatačních spar Jednostranné kluzné uložení Dilatační spára ve stropní desce v místě předpokládaných nulových momentů

Konstrukční řešení dilatačních spar Jednostranné kluzné uložení

Konstrukční řešení dilatačních spar Jednostranné kluzné uložení Dilatační spára v místě průvlaku - kluzné uložení průvlaku

Konstrukční řešení dilatačních spar Jednostranné kluzné uložení Dilatační trny

Konstrukční řešení dilatačních spar Jednostranné kluzné uložení Dilatační trny - náhrada tradičního řešení

Konstrukční řešení dilatačních spar Jednostranné kluzné uložení Dilatační trny

Konstrukční řešení dilatačních spar Příklady řešení dilatačních spar

Konstrukční řešení dilatačních spar Zdvojení svislé nosné konstrukce

Konstrukční řešení dilatačních spar Dilatační profily do konstrukce podlahy [3]

Konstrukční řešení dilatačních spar Dilatační profily do konstrukce střechy [3]

Dilatace nosných konstrukcí Nerovnoměrné sedání staveb

Nerovnoměrné sedání staveb Příčiny nerovnoměrného sedání staveb Nepravidelné podloží v místě stavby Velký rozdíl v napětí v základové spáře pod různými částmi objektu Různý způsob založení objektu Časový odstup mezi realizacemi různých částí objektu Účinky nerovnoměrného sedání Rozdílné sedání budovy způsobuje zvýšení napětí v konstrukcích Zvýšené napětí v konstrukcích může způsobit statické poruchy: - tahové trhliny - smykové trhliny - deformace konstrukcí (Podrobně viz další přednáška)

Nerovnoměrné sedání staveb Příklady poruch vlivem nerovnoměrného sedání

Návrh dilatační spáry - sedání Princip návrhu dilatační spáry z důvodu nerovnoměrného sedání stavby Dilatační spára musí umožnit zejména svislý (ale i vodorovný) pohyb konstrukce Spára musí procházet všemi nosnými i navazujícími kompletačními konstrukcemi Dilatační spára vždy prochází i základovou konstrukcí. Lze zároveň navrhnout i pro kompenzaci objemových změn

Návrh dilatační spáry - sedání Schematické znázornění umístění dilatační spáry v závislosti na příčině nerovnoměrného sedání budovy Nepravidelné podloží v místě stavby Rozdílná úroveň základové spáry

Návrh dilatační spáry - sedání Schematické znázornění umístění dilatační spáry v závislosti na příčině nerovnoměrného sedání budovy Rozdílné napětí v základové spáře (různá výška objektu) Rozdílné napětí v základové spáře (různé užitné zatížení)

Návrh základových konstrukcí - sedání Základní princip Nutná dostatečná vzdálenost mezi dilatovanými základovými konstrukcemi tak, aby nedošlo k překročení únosnosti zákl. půdy. Zjednodušené schema: 45 o a min a a a min a a

Eliminace nerovnoměrného sedání Principy konstrukčního řešení eliminujícího nerovnoměrné sedání stavby Liniové oddálení svislých nosných konstrukcí a jejich základů pomocí - vykonzolování stropních konstrukcí - vloženého oboustranně kluzně uloženého stropního pole Prostřídání modulace (pouze u skeletových systémů) v kombinaci s vykonzolováním stropní konstrukce. Díky tomu je možné menší liniové oddálení svislých konstrukcí. Omezení nerovnoměrného sedání volbou základové konstrukce - použití hlubinných základů (nerovnoměrné podloží) - proměnný charakter plošných základů v rámci objektu, respektující rozdílné zatížení z jednotlivých svislých konstrukcí - proměnný charakter plošných základů v rámci objektu, respektující nepravidelný charakter podloží v místě stavby Dilatační spára navržená z důvodů nerovnoměrného sedání stavby je vždy dražší než dilatační spára kompenzující pouze objemové změny konstrukcí.

Konstrukční řešení dilatace - sedání Vykonzolování stropních konstrukcí Vykonzolování max. 1/3 rozpětí pole stropní konstrukce (pnutí ve směru konzoly)

Konstrukční řešení dilatace - sedání Vložené stropní pole, oboustranně kluzně uložené Nevýhoda - 2 dilatační spáry

Konstrukční řešení dilatace - sedání Prostřídání modulace v kombinaci s vykonzolováním stropní konstrukce Pozor na vzdálenosti patek v obou směrech (nejen kolmo na spáru).

Konstrukční řešení dilatačních spar Dilatační profily do konstrukce podlahy na terénu [3]

Děkuji za pozornost Literatura použitá v prezentaci: [1] Hájek P.: Přednášky KP20, ČVUT v Praze, Fakulta stavební, Praha 2004 [2] ČSN EN 1992-1-1, Eurokód 2: Navrhování betonových konstrukcí - Část 1-1 [3] Podklady firmy Interceramica, spol. s.r.o.