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 NOSNÁ ŽELEZOBETONOVÁ KONSTRUKCE OBCHODNÍHO DOMU REINFORCED CONCRETE STRUCTURE OF A DEPARTMENT STORE BAKALÁŘSKÁ PRÁCE BACHELOR'S THESIS AUTOR PRÁCE AUTHOR VEDOUCÍ PRÁCE SUPERVISOR FILIP KAJANOVIČ Ing. PAVEL ŠULÁK, Ph.D. BRNO 2016
VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ FAKULTA STAVEBNÍ Studijní program Typ studijního programu Studijní obor Pracoviště B3607 Stavební inženýrství Bakalářský studijní program s prezenční formou studia 3647R013 Konstrukce a dopravní stavby Ústav betonových a zděných konstrukcí ZADÁNÍ BAKALÁŘSKÉ PRÁCE Student Filip Kajanovič Název Vedoucí bakalářské práce Datum zadání bakalářské práce Datum odevzdání bakalářské práce V Brně dne 30. 11. 2015 Nosná železobetonová konstrukce obchodního domu Ing. Pavel Šulák, Ph.D. 30. 11. 2015 27. 5. 2016...... prof. RNDr. Ing. Petr Štěpánek, CSc. Vedoucí ústavu prof. Ing. Rostislav Drochytka, CSc., MBA Děkan Fakulty stavební VUT
Podklady a literatura Platné předpisy a normy (včetně změn a doplňků) zejména: ČSN EN 1990 Zásady navrhování konstrukcí ČSN EN 19901-1 až 4 Zatížení stavebních konstrukcí ČSN EN 1992-1-1 Navrhování betonových konstrukcí Další potřebná literatura po dohodě s vedoucím bakalářské práce. Zásady pro vypracování V rámci bakalářské práce proveďte celkovou předběžnou statickou analýzu železobetonového skeletu. Následně navrhněte a posuďte železobetonovou monolitickou stropní konstrukci typického podlaží případně další dílčí části konstrukce dle domluvy s vedoucím práce. Pro analýzu nosné konstrukce použijte vhodný výpočetní program MKP. Takto získané výsledky ověřte zjednodušenou ruční metodou. Posouzení prvků proveďte podle mezního stavu únosnosti a též ověřte mezní stav použitelnosti. Kromě statické analýzy bude vypracována i výkresová dokumentace (výkres tvaru a výkres výztuže) v odpovídající kvalitě a rozsahu odpovídající bakalářské práci. Textová část (obsahuje průvodní zprávu a ostatní náležitosti podle níže uvedených směrnic) Přílohy textové části: P1. Použité podklady, studie P2. Statický výpočet P3. Výkresová dokumentace Prohlášení o shodě listinné a elektronické formy VŠKP (1x). Popisný soubor závěrečné práce (1x). Bakalářská práce bude odevzdána v listinné a elektronické formě dle směrnic a na CD (1x). Struktura bakalářské/diplomové práce VŠKP vypracujte a rozčleňte podle dále uvedené struktury: 1. Textová část VŠKP zpracovaná podle Směrnice rektora "Úprava, odevzdávání, zveřejňování a uchovávání vysokoškolských kvalifikačních prací" a Směrnice děkana "Úprava, odevzdávání, zveřejňování a uchovávání vysokoškolských kvalifikačních prací na FAST VUT" (povinná součást VŠKP). 2. Přílohy textové části VŠKP zpracované podle Směrnice rektora "Úprava, odevzdávání, zveřejňování a uchovávání vysokoškolských kvalifikačních prací" a Směrnice děkana "Úprava, odevzdávání, zveřejňování a uchovávání vysokoškolských kvalifikačních prací na FAST VUT" (nepovinná součást VŠKP v případě, že přílohy nejsou součástí textové části VŠKP, ale textovou část doplňují). 3.... Ing. Pavel Šulák, Ph.D. Vedoucí bakalářské práce
Abstrakt Práce se zabývá statickým řešením lokálně podepřené monolitické železobetonové desky obchodního domu. Konstrukce je navržena a posouzena na mezní stav únosnosti v souladu s ČSN EN 1992-1-1: Navrhování betonových konstrukcí Část 1-1: Obecná pravidla a pravidla pro pozemní stavby. Klíčová slova Lokálně podepřená monolitická železobetonová deska Abstract This work deals with structural solution of localy-supported reinforced concrete slabo f department store. The structure is designed and assessed for ultimate limit state in accordance with ČSN EN 1992-1-1: Design of concrete structures Part 1-1: General rules and rules for buildings. Keywords Localy-supported reinforced concrete slab
Bibliografická citace KAJANOVIČ, Filip. Nosná železobetonová konstrukce obchodního domu: bakalářská práce. Brno, 2016. 11 s., 59 s. příloh. Vysoké učení technické v Brně, Fakulta stavební, Ústav betonových a zděných konstrukcí. Vedoucí bakalářské práce Ing. Pavel Šulák, Ph.D.
Prohlášení: Prohlašuji, že jsem bakalářskou práci zpracoval samostatně a že jsem uvedl všechny použité informační zdroje. V Brně dne 27.5.2016. podpis autora
Poděkování Děkuji mému vedoucímu bakalářské práce Ing. Pavlu Šulákovi, Ph.D. za jeho ochotu a cenné připomínky při konzultacích a především za množství jeho času strávené konzultacemi.
Obsah 1. Úvod... 9 2. Popis konstrukce... 9 2.1. Základové konstrukce... 9 2.2. Svislé konstrukce... 9 2.3. Vodorovné konstrukce... 9 3. Materiál... 10 4. Zatížení... 10 5. Dimenzování vybraných konstrukcí... 10 6. Závěr... 10
1. Úvod Předmětem bakalářské práce je návrh a posouzení lokálně podepřené železobetonové nosné desky administrativní budovy. Zadaný objekt se nachází v lokalitě Brno-Město, a je samostatně umístěn vůči okolním stavbám. Půdorysné rozměry objektu jsou 41,75x31,50 m, vvčetně obvodového pláště. Budovu tvoří tři nadzemní podlaží s plochu střechou a konstrukční výškou běžného podlaží 3,0 m. 2. Popis konstrukce 2.1. Základové konstrukce Objekt je v místě sloupů uložen na pilotách kruhového průměru a stěny ztužujícího jádra jsou uloženy na základových pasech. Výtah je umístěn na samostatném základu. 2.2. Svislé konstrukce Plášť objektu je tvořen dvěma systémy, a to nenosným zdivem z pórobetonových tvárnic YTONG tloušťky 250 mm s izolací z minerálních vláken a cementotřískovým obkladem a dále skleněný pláštěm z izolačních trojskel v ocelových rámech. Všechny sloupy mají rozměr 500x500 mm a jejich výška je 3,0 m. Ztužující jádro je tvořeno železobetonovými zdmi tloušťky 300 mm. Vnitřní příčky jsou skleněné a porobetonové a tvoří sádrokartonová konstrukce. 2.3. Vodorovné konstrukce Zadané deska působí v ploše jako deska lokálně podepřená. Tato deska představuje vodorovnou konstrukci působící ve dvou směrech podepřenou převážně lokálními podporujícími prvky, které umožňují přetvoření ve dvou vzájemně kolmých směrech. Za lokální podporující prvky se považuje svislá nosná konstrukce např. sloup, nebo krátká stěna, kolem které může dojít k porušení desky protlačením. Obrys prvku nezasahuje v žádném směru dále než do 1/6 příslušného rozpětí deskového pole [6]. Řešená deska má konstantní tloušťku 280 mm a je bezhřibová. Tento typ nevylehčených desek je vhotný pro osové vzdálenosti 5-9 m (nejčastěji však do 7,5m) a je hospodárný pro menší hodnoty proměnného zatížení v rozmezí 1,5-5,5 knm -2.[9] Z hlediska realizace jsou výhodné díky rovným podhledům umožňujícím provedení velkoplošného bednění. V desce se nachází jeden volný otvor o rozměrech 11,0x6,5 m a dva schodišťové prostory o rozměrech 6,7x3,6 m a 3,5x3,9 m. Analýza řešené konstrukce Obecně je možné silové a přetvárné účinky zatížení deskových konstrukcí určit jakoukoli výpočetní metodou založenou na podmínkách silové a momentové rovnováhy a spojitosti přetvoření, respektující skutečné podmínky podepření a chování konstrukce. [6] Zadaná konstrukce bude primárně řešena ve statickém výpočetním programu SCIA Engineer 15.3, založeném na metodě konečných prvků (dále jen MKP). Aby se zabránilo hrubým chybám ve výpočtu a zajistila se alespoň řádová správnost výsledů, bude reálnost numerického výstupu ověřena vhodnou zjednodušenou metodou.aby bylo možné použít přibližných metod, musí deska a její zatížení splňovat normou definované kritéria. Desková pole musí být pravoúhlá s poměrem stran maximálně 2:1, zatížení působící na desku mohou být pouze statická a deska musí být ztužena proti účinkům voforovného zatížení. V dané desce jsou tato kritéria splněna. Pro výpočer byla zvolena metoda souštových momentů (MSM). V případech MKP I MSM zatížené svyslým zatížením je model stropní konstrukce omezen na rozsah patrového výseku. Model je pak tvořen vodorovnou nosnou konstrukcí v zkoumaném podlaží a přiléhajícími svislými nosnými prvky nad I pod touto rovinou. Vodorovnému posunu brání tuhé jádro. Modelování MKP Princip MKP je založen na aprocimaci funkce hledaných proměnných, tj. Přiblížení dostatečně přesného řešení při snížení složitosti problému. Problém hledání spojitých funkcí je převeden na problem hledání konečného počtu neznámývh bodů funkce, pomocí nichž hledané funkce reprezentujeme. Přesnost závisí na vhodnosti zástupné funkce a především na hustotě sítě konečných prvků, která je zvolena 0,2 m. Pro výpočet vnitřních sil byl spuštěn lineární výpočet. Výsledné hodnoty dimenzačních momentů zahrnují vliv kroutících momentů. Strana 2/5
Obr.1 Model konstrukce pro MKP Modelování MSM Princip MSM spočívá v nahrazení desky nosníkem stejné výšky a šířky rovnající se osové vzdálenosti sloupů. Na tomto spojitém nosníku jsou určeny vnitřní síly, které jsou v normou přibližně daných poměrech rozděleny do sloupových a mezisloupových pruhů. 3. Materiál Nosný železobetonový monolitický skelet objektu nad základovými konstrukcemi bude ze stejného materiálu vyrobeného dle ČSN EN 206-1, C30/37 - XC1 - Cl 0,1 - D max 16 - S3. Beton základových konstrukcí bude stejný, nebo o jednu třídu nižší než u horní stavby se stupněm vlivu prostředí XC4 a XA1. Betonářská výztuž je žebírková z oceli třídy B500B, vázaná na místě. Krytí dle projektové dokumentace bude zajištěno distančníky. Materiálové charakteristiky viz příloha B) Statický výpočet 4. Zatížení Hodnuty zatížení byly spočítány z nominálních rozměrů daných výkresovou dokumentací podle příslušných norem, hodnoty viz příloha B) Staticý výpočet 5. Dimenzování vybraných konstrukcí Viz příloha B) 6. Závěr Jendotlivé prvky návrhové konstrukce byly navrženy dle platných norem a zásad. Konstrukce vyhoví zatížení stálé a proměnné. K těmto řešeným prvkům slouží jako výstupy práce výkres horní a spodní výztuže lokálně podepřené desky, výkres smykové výztuže. Strana 3/5
Seznam použitých zkratek a symbolů NP A c A s A s,prov A s,req A sw E cm E s f cd f ck f ctm f yd f yk f ywd L M Ed N Ed γ C γ G γ Q γ S ε cu ε yd nadzemní podlaží průřezová plocha betonu průřezová plocha betonářské výztuže navržená plocha výztuže v extrémně namáhaném průřezu průřezová plocha výztuže potřebná k přenesení extrémního momentu průřezová plocha smykové výztuže sečnový modul pružnosti betonu návrhová hodnota modulu pružnosti betonářské oceli návrhová pevnost betonu v tlaku charakteristická válcová pevnost betonu v tlaku ve stáří 28 dní průměrná hodnota pevnosti betonu v dostředném tlaku návrhová mez kluzu betonářské výztuže charakteristická mez kluzu betonářské výztuže návrhová mez kluzu betonářské smykové výztuže účinné rozpětí návrhová hodnota působícího vnitřního ohybového momentu návrhová hodnota působící normálové síly dílčí součinitel spolehlivosti betonu dílčí součinitel stálého zatížení dílčí součinitel proměnného zatížení dílčí součinitel spolehlivosti betonářské oceli mezní poměrné stlačení betonu mezní poměrné protažení oceli Seznam použitých zkratek a symbolů 1. ČSN EN 1990 ed. 2. Eurokód: Zásady navrhování konstrukcí. Praha : Úřad pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví, 2011. str. 100. Třídící znak 73 0002. 2. ČSN EN 1991-1-1. Eurokód 1: Zatížení konstrukcí Část 1-1: Obecná zatížení Objemové tíhy, vlastní tíha a užitná zatížení pozemních staveb. Praha : Český normalizační institut, 2004. str. 44. Třídící znak 73 0035. 3. ČSN EN 1991-1-3 ed. 2. Eurokód 1: Zatížení konstrukcí Část 1-3: Obecná zatížení Zatížení sněhem. Praha : Úřad pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví, 2013. str. 52. Třídící znak 73 0035. 4. ČSN EN 1991-1-4 ed. 2. Eurokód 1: Zatížení konstrukcí Část 1-4: Obecná zatížení Zatížení větrem. Praha : Úřad pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví, 2013. str. 124. Třídící znak 73 0035. 5. ČSN EN 1992-1-1 ed. 2. Eurokód 2: Navrhování betonových konstrukcí Část 1-1: Obecná pravidla a pravidla pro pozemní stavby. Praha : Úřad pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví, 2011. str. 202. Třídící znak 73 1201. 6. ČSN 73 1201. Navrhování betonových konstrukcí pozemních staveb. Praha : Úřad pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví, 2010. str. 64. Třídící znak 73 1201. 7. ETA-ETA-12/0454. Double headed studs as punching reinforcement. Strana 4/5
Seznam příloh B) Statický výpočet C) Výkresová dokumentace 1) Výkres tvaru stropu nad 1NP 1:50 2) Výkres spodní výztuže desky 1:50 3) Výkres horní výztuže desky 1:50 4) Výkres smykové výztuže a výztuže proti řetězovému zřícení 1:50 5) Výkres výztuže trámu T1 1:25 Strana 5/5