Pozemní stavby 2 Kód předmětu: 124PS02 Rozsah: 3+2 Zakončení: Zápočet, zkouška Obor studia: Konstrukce pozemních staveb (C) Druh studia: Bakalářský Semestr: Letní Typ Povinný předmětu: Garanti předmětu: Prof. Ing. Jiří Witzany, DrSc., doc. Ing Tomáš Čejka, Ph.D., doc. Ing. Hana Gattermayerová, CSc., doc. Ing Vladimír Ždára, CSc. 124PS02 - Přednáška č. 1 1
Obsah předmětu Předmět Pozemní stavby 2 (PS02) se skládá ze tří samostatných tematických celků: Krovy, halové a výškové stavby Prefabrikované konstrukce Poruchy, degradace a rekonstrukce 124PS02 - Přednáška č. 1 2
Obsah přednášky Obecné zásady navrhování vícepodlažních budov Vícepodlažní budovy s rámovými, stěnovými a příhradovými ztužidly. Konstrukční principy návrhu nosných konstrukcí, analýza okrajových podmínek návrhu. Konstrukčně-statická analýza a optimalizace konstrukcí. Modelování účinků silových a nesilových zatížení. Systémový návrh a interakce nosných konstrukcí s ostatními částmi stavby. 124PS02 - Přednáška č. 1 3
Definicevýškovýchbudov Definice a) 10 podlaží nebo více nebo 30 m (100 feet) a více Definice b) Budovy mezi 23 m a150 m výšky se nazývají výškové (highrises). Budovy vyšší než 150 m jsou nazývány mrakodrapy (skyscrapers). 124PS02 - Přednáška č. 1 4
Definicevýškovýchbudov Definice c) (Council on Tall Buildings) Výšková budova není definována pouze počtem podlaží. Je to budova, u níž výška zásadně ovlivňuje její návrh a použití. Výška budovy vytváří specifické podmínky pro její návrh, konstrukci a provoz... A tall building is not defined by its height or number of stories. It is a building in which tallness strongly influences planning, design and use. The height of this building creates different conditions in the design, construction, operation... 124PS02 - Přednáška č. 1 5
Definicevýškovýchbudov Požární definice Nejnižší výška nad úrovní přístupu požárního zásahu (Building Code, ČSN 73 0802...) ČSN 73 0810 Požární bezpečnost staveb Společná ustanovení - Fire protection of buildings General requirements ČSN 73 0802 Požární bezpečnost staveb -Fire protection of buildings Non-industrial buildings 124PS02 - Přednáška č. 1 6
Definicevýškovýchbudov Požární definice Požární výška podle ČSN hp: hp < 12 m 12 m < hp 22,5 m hp > 22,5 m hp Nadzemní podlaží Podzemní podlaží 124PS02 - Přednáška č. 1 7
Definicevýškovýchbudov Požární definice - analogicky podle IBC (International Building Code): A high-rise building is defined in Chapter 2 of the IBC as a building with an occupied floor located more than 75 feet (22 860 mm) above the lowest level of fire department vehicle access. 124PS02 - Přednáška č. 1 8
Vícepodlažníbudovy účel Administrativní budovy Obytné budovy Multifunkční budovy 124PS02 - Přednáška č. 1 9
Vícepodlažníbudovy účel 124PS02 - Přednáška č. 1 10
Vícepodlažníbudovy dispoziční požadavkynasvislounosnou konstrukci Dispoziční požadavky x stavebně fyzikální požadavky x rozmístění prvků svislé nosné konstrukce Příklady: Administrativní budovy variabilní dispozice open space s minimem svislých prvků Obytné budovy využití mezibytových akustických stěn jako součást nosného systému Podzemní garáže pod obytnou/administrativní budovou nosný systém v násobcích modulu parkovacích stání, průjezdné šířky... Požární chráněné únikové cesty využití nosných nebo ztužujících stěn kolem nich 124PS02 - Přednáška č. 1 11
Vícepodlažníbudovypožadavkynaprostupyv konstrukcích Vodorovné rozvody Pod stropní konstrukcí Ve stropní konstrukci Nad stropní konstrukcí Svislé rozvody Šachty Jádra Podzemní vstupy Vzduch Voda El. energie Topná média 124PS02 - Přednáška č. 1 12
Vícepodlažníbudovy-vertikální komunikace Zónování výtahů WTC: 24 lokálních výtahů pro spodní třetinu budovy, 24 lokálních výtahů pro střední třetinu budovy 24 lokálních výtahů pro horní třetinu budovy 8 expresních výtahů do 44 podalží 11 expresních výtahů do 78 podlaží. 2 expresní výtahy do 110 podlaží. 124PS02 - Přednáška č. 1 13
Základnístatickésystémy Statické systémy se dělí na dvě základní kategorie podle dominantní polohy ztužujícího prvku: Vnitřní (Interior) systémy Vnější (Exterior) systémy 124PS02 - Přednáška č. 1 14
Základnístatickésystémy-vnitřní systémy Vzdorují vodorovnému zatížení primárně pomocí prvků umístěných v centru půdorysu Vnitřní ztužující prvky jsou tvořeny uzavřeným systémem, který působí jako konstrukční tubus Typy vnitřních ztužujících prvků: Tuhý rám Příhradové ztužení (Braced frame) Stěnové jádro Tuhý rám Příhradové ztužení Stěnové jádro 124PS02 - Přednáška č. 1 15
Základnístatickésystémy-vnější systémy Vzdorují vodorovnému zatížení primárně pomocí prvků umístěných po obvodě půdorysu Typy : Braced frames - Příhradové ztužení Tube structures - Tubusový systém Tube-in-tube Structures Diagrid Structure - Mřížovina Trussed Tubes - Příhradový tubus Bundled Tubes Svazek tubusů Space Truss Prostorová příhradovina Megaframe Structures - Megarám Braced Frames Tube Structures Tube-in-tube Strucrures 124PS02 - Přednáška č. 1 16
Základnístatickésystémy-Vnější systémy Diagrid Structure Trussed Tubes Bundled Tubes Space Truss Megaframe Structures 124PS02 - Přednáška č. 1 17
Logikakonstrukcí, fyzikálnízákony, gravitace Bertrand Arthur William Russell (1872 1970), významný britský matematik, filosof, logik a spisovatel, nositel Nobelovy ceny za literaturu za rok 1950 Pravidla logiky jsou pro matematiku tím, čím je konstrukce pro architekturu 124PS02 - Přednáška č. 1 18
Logikakonstrukcí, fyzikálnízákony, gravitace Architects spend an entire life with this unreasonable idea that you can fight against gravity (Renzo Piano, italský architekt) Architekt stráví celý život zbytečnou myšlenkou, že lze bojovat proti gravitaci. Renzo Piano: The Shard ( střep ), Londýn, 310 m, nejvyšší budova ve Velké Británii a druhá nejvyšší v Evropě. 124PS02 - Přednáška č. 1 19
Vícepodlažníbudovy inspirace přírodou Euplectella aspergillum - houby křemité Mají křemité jehlice ze šesti paprsků. Velikost 50 cm i více. Žijí v hlubokých vodách Tichého oceánu. Gherkin (2004), Londýn,180 m, architekt Norman Foster Mikrostruktura křemičité schránky 124PS02 - Přednáška č. 1 20
Vícepodlažníbudovy inspirace přírodou Euplectella aspergillum - houby křemité Hearst tower (2002), Charlotte 201 m Hotel las Artes,(1992) Barcelone 124PS02 - Přednáška č. 1 21
Vícepodlažníbudovy inspirace přírodou Diamant je kubická krystalická forma uhlíku 124PS02 - Přednáška č. 1 22
Vícepodlažníbudovy inspiracepřírodou Diamond Tower, New York City, architekt Luis Durazo. IBM Building, Pittsburgh, architekt Curtis & Davis, 1962-1964 124PS02 - Přednáška č. 1 23
Vícepodlažníbudovy inspiracepřírodou Strom ginkgo biloba Architekt Toyo Ito, obchodní dům Tod s, Tokio 124PS02 - Přednáška č. 1 24
Požadavkynanosnoukonstrukci vícepodlažníbudovy Primární funkce Bezpečně přenášet zatížení z vrchní stavby do základů a základové půdy Konstrukčními prvky vzdorovat účinkům vodorovných zatížení (vítr, seismicita, vibrace) A building at the Lotus Riverside complex in Shanghai s Minhang district collapsed, nearly intact, on June 2009 124PS02 - Přednáška č. 1 25
Požadavkynanosnoukonstrukci vícepodlažníbudovy Kontinuita nosné konstrukce přenos sil nejkratší a nejefektivnější cestou Redundance - možnost náhradní cesty Slovník cizích slov: V případě poruchy na jednom systému druhý dále pracuje na daném úkolu zcela bez potřeby prvního. Možná by se dalo použít české slovo záložní. Nedostatek redundance ohrožuje bezpečnost konstrukcí při mimořádných zatíženích a rekonstrukcích 124PS02 - Přednáška č. 1 26
Požadavky na nosnou konstrukci vícepodlažní budovy Ekonomika a efektivnost konstrukce Maximum výsledků s vynaložením minimálních prostředků 124PS02 - Přednáška č. 1 27
Požadavkynanosnoukonstrukci vícepodlažníbudovy Zděná konstrukce, Karlovy Vary VVU ETA prefa system, Praha 124PS02 - Přednáška č. 1 28
Požadavkynanosnoukonstrukci vícepodlažníbudovy D'Arcy Wentworth Thompson (1860-1948), Scottish biologist, mathematician - On Growth and Form: The form of an object is a diagram of forces. Tvar objektu odpovídá průběhu sil 124PS02 - Přednáška č. 1 29
Výpočetní schémata výškových budov Volba statického schématu pro výpočet konstrukce musí odpovídat předpokládanému (rekonstrukce) nebo nově navrhovanému konstrukčnímu řešení Každý výpočet zjednodušuje reálnou konstrukci, ale musí vystihnout její působení Nevhodná volba statického schématu může způsobit vážné poškození (rekonstrukce) nebo porušení navrhované konstrukce 124PS02 - Přednáška č. 1 30
Výpočetní schémata výškových budov Prutové Stěnové Kombinované Příhradové Rámové 124PS02 - Přednáška č. 1 31
Výpočetní schémata výškových budov 124PS02 - Přednáška č. 1 32
Výpočetní schémata výškových budov Stěnové systémy 124PS02 - Přednáška č. 1 33
Příhradovéskelety 124PS02 - Přednáška č. 1 34
Příhradovékonstrukce Metodypředběžnéhovýpočtuvnitřníchsil a) průsečná metoda b) styčníková metoda 124PS02 - Přednáška č. 1 35
Příhradovéskelety-podrobnývýpočet Modelování konstrukce pomocí prutových prvků Spoje prvků kloubové Zatížení na ztužujících prvcích pouze ve směru osy prvku, ne kolmo na ni Detaily styků musí odpovídat statickému schématu 124PS02 -Přednáška č. 1 36
Příhradové skelety -podrobný výpočet Reálná konstrukce a detail výpočetního modelu 124PS02 - Přednáška č. 1 37
Přechodovápodlaží změna konstrukčního systému nad parterem Vierendelův nosník Různá statická schémata pro prefabrikovaný Vierendelův nosník 124PS02 - Přednáška č. 1 38
Přechodová podlaží změna konstrukčního systému, technická podlaží a překonzolované konstrukce 124PS02 - Přednáška č. 1 39
Rámovéskeletyocelové Předběžný výpočet: Metoda silová, deformační 124PS02 - Přednáška č. 1 40
Distribucezatíženív rámu Ohybové momenty svislé zatížení Ohybové momenty vodorovné zatížení 124PS02 - Přednáška č. 1 41
Příkladfasádníhoztužujícíchorámu (SEARS TOWER) Montážní spoje místa minimálních ohybových momentů od vodorovného zatížení 124PS02 - Přednáška č. 1 42
Distribucezatíženív rámu (podporovéreakce) Jednoduchý rám Rám s vloženým polem Přechodový stěnový nosník Super rám 124PS02 - Přednáška č. 1 43
Rámovéskelety Metody předběžného výpočtu vnitřních sil Metoda patrových rámů Podmínka rovnováhy 124PS02 - Přednáška č. 1 44
Rámovéskelety Metodypředběžnéhovýpočtu Patrový výsek pro vodorovné zatížení Nad vyšetřovaným místem Tuhost sloupů (EI) 124PS02 - Přednáška č. 1 45
Rámovéskeletyocelové -podrobný výpočet Modelování konstrukce pomocí prutových prvků Rámové spoje prvků tuhé (X, Y, Z, Rx, Ry, Rz) Tuhosti styčníků lze určit zadat explicitně Výpočet iterační pro různé tuhosti Detaily styků musí odpovídat statickému schématu Imperfekce, stabilitní výpočet 124PS02 - Přednáška č. 1 46
Rámovéskeletyocelové -podrobný výpočet 3D zobrazení modelu rámy ve směru osy y Výpočetní model přípoje stropnic kloubové 124PS02 - Přednáška č. 1 47
Rámovéskeletyocelové -podrobný výpočet Příklad výstupu deformace a vnitřních sil 124PS02 - Přednáška č. 1 48
Rámovéskelety železobetonové montované Rozhoduje volba statického schématu konstrukce a styků!! 124PS02 - Přednáška č. 1 49
Rámovéskelety železobetonové montované 124PS02 - Přednáška č. 1 50
Rámové skelety železobetonové 124PS02 - Přednáška č. 1 51
Rámovéskelety železobetonové montované 124PS02 - Přednáška č. 1 52
Stěnovésystémy Předběžný výpočet Podmínky: Uspořádání stěn vetknutí do základů Konzolové působení pro vodorovné zatížení Tuhá stropní tabule Oslabení otvory otvory průběžně nad sebou, zanedbání otvorů Spojení stěnových prvků pomocí styků nebo spojovacích vazeb: Obecná tuhost spoje (nebo nekonečná) Material isotropický Statický výpočet podle zásad pružnosti Zjednodušená metoda např. EC 2 124PS02 - Přednáška č. 1 53
Distribucezatíženívestěnovémjádru Jádro smykové stěny půdorys Průběh normálového napětí 124PS02 - Přednáška č. 1 54
Distribucevodorovnéhozatížení vlivsmykovépoddajnostiztužujících prvků 124PS02 - Přednáška č. 1 55
Tuhostspojenístěnovýchztužujících prvků nekonečně tuhé obecně tuhé nulová tuhost 124PS02 - Přednáška č. 1 56
Stěnovésystémy Analýza vnitřních sil pomocí metod klasické statiky 1. Diskretní metoda : Obecná silová metoda řešení pomocí soustavy rovnic pro neznámé smykové síly ve spojovacích vazbách 124PS02 - Přednáška č. 1 57
Stěnovésystémy Diskretní metoda vlastnosti vazeb mezi svislými prvky Patrový výsek pro 2 smykové stěny spojené obecným spojovacím prvkem E modul pružnosti G modul pružnosti ve smyku I moment setrvačnosti U průřezová plocha Relativní tuhost spojovacího prvku 124PS02 - Přednáška č. 1 58
Stěnovésystémy Diskretní metoda Rozdílná deformace svislých stěnových prvků je v rovnováze s deformací jejich spojovacích prvků Zákaldní deformační podmínky pro spojovací prvek i-té vazbě a na z k úrovni 124PS02 - Přednáška č. 1 59
Stěnovésystémy Diskretní metoda Rovnice pro neznámou T. Levá strana dílčí deformace Pravá strana vliv zatížení Součtový ohybový moment směr x Sestavení soustavy rovnic pro každýspojovací prvek a každou výškovou úroveň matice (i x n) Ohybový moment přerozdělení na konkrétní prvek ve směru x, Normálová síla přerozdělení na konkrétní prvek ve směru x, 124PS02 - Přednáška č. 1 60
Stěnovésystémy 2. Kontinualní metoda řešení pomocí soustavy rovnic pro neznámé smykové toky ve spojovacím prostředí DiscretníTje nahrazeno jednoduchou spojitou funkcí 124PS02 - Přednáška č. 1 61
Stěnovésystémy Srovnání diskrétního a kontinuálního modelul Kontinualní metoda G i náhradní tuhost smykového spojovacího prostředí 124PS02 - Přednáška č. 1 62
Stěnovésystémy 3. Metoda konečných prvků Modelování konstrukce pomocí plošných deskových, stěnových nebo skořepinových prvků, prutové prvky Propojení jednotlivých maker vazbami s obecnými tuhostmi Zatížení plošných prvků s ohledem na jejich statické působení Možnosti výpočtu interakce vrchní stavby a podloží Jeden výpočetní model zpravidla není vhodný pro různé analýzy konstrukce 124PS02 - Přednáška č. 1 63
Stěnové systémy Metoda konečných prvků Vizualizace Metoda konečných prvků 3D model konstrukce pro výpočet vnitřních sil 124PS02 - Přednáška č. 1 64
Stěnové systémy Metoda konečných prvků Realizace 3D model konstrukce pro výpočet vnitřních sil 124PS02 - Přednáška č. 1 65
Stěnové systémy Model zatížení - příklad 124PS02 - Přednáška č. 1 66
Stěnové systémy Metoda konečných prvků Reakce do pilot výsledky z celkového modelu konstrukce 124PS02 - Přednáška č. 1 67
Stěnové systémy Metoda konečných prvků My z interakce budova podloží (soilin) výsledky z celkového modelu konstrukce 124PS02 - Přednáška č. 1 68
Stěnové systémy Metoda konečných prvků MxD výsledky z podrobnějšího modelu stropní konstrukce 124PS02 - Přednáška č. 1 69
Trendy v modelování konstrukcí 3D model BIM projektování IFC formát -Výměnný formát pro stavebnictví (Industry Foundation Classes) BIM -informační model budovy 124PS02 - Přednáška č. 1 70