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 OBJEKTU PRO PARKOVÁNÍ REINFORCED CONCRETE STRUCTURE BAKALÁŘSKÁ PRÁCE BACHELOR'S THESIS AUTOR PRÁCE AUTHOR VEDOUCÍ PRÁCE SUPERVISOR TOMÁŠ MALECHA Ing. PAVEL ŠULÁK, Ph.D. BRNO 2015
Abstrakt Tato bakalářská práce obsahuje statickou analýzu a posouzení železobetonové, monolitické konstrukce objektu pro parkování. Je zde řešena lokálně podepřená stropní deska nad prvním nadzemním podlaží. Statická analýza byl spočítán programem Scia Engineer 14 a ověřen ručním výpočtem. Dále bylo provedeno nadimenzování na mezní stav únosnosti, konkrétně na ohybový moment, protlačení a na mezní stav použitelnosti, konkrétně na omezení trhlin. K bakalářské práci byla na základě vypočtených výsledků zhotovena výkresová dokumentace s výpisem a tvarem výztuže. Klíčová slova Železobetonová monolitická konstrukce, beton, ocel, železobeton, ocelová výztuž, lokálně podepřená stropní deska, zatížení, dimenzování, výkresová dokumentace, statická analýza, posouzení Abstract This bachelor s thesis includes structural analysis and check of reinforced concrete, cast-in-place construction of a building for parking. Here is solved locally supported floor slab above first above ground floor. Structural analysis was solved by program Scia Engineer 14 and checked by manual calculation. Next step was dimensioning for ultimate limit state, concretely for bending moment, punching and for serviceability limit state, concretely for limitation of cracks. For this bachelor s thesis were made drawings based on calculated results. Keywords Reinforced concrete cast-in-place construction, concrete, steel, reinforced concrete, reinforcing steel, locally supported floor slab, loads, dimensioning, drawings, structural analysis, check
Bibliografická citace VŠKP Tomáš Malecha Nosná železobetonová konstrukce objektu pro parkování. Brno, 2015. 15 s., 120 s. příl. Bakalářská práce. Vysoké učení technické v Brně, Fakulta stavební, Ústav betonových a zděných konstrukcí. Vedoucí práce Ing. Pavel Šulák, Ph.D.
Prohlášení: Prohlašuji, že jsem bakalářskou práci zpracoval(a) samostatně a že jsem uvedl(a) všechny použité informační zdroje. V Brně dne 20. 5. 2015 podpis autora Tomáš Malecha
PROHLÁŠENÍ O SHODĚ LISTINNÉ A ELEKTRONICKÉ FORMY VŠKP Prohlášení: Prohlašuji, že elektronická forma odevzdané bakalářské práce je shodná s odevzdanou listinnou formou. V Brně dne 20.5.2015 podpis autora Tomáš Malecha
Poděkování Rád bych poděkoval mému vedoucímu bakalářské práce Ing. Pavlu Šulákovi, Ph.D. za odborné vedení, rady a připomínky, za jeho čas a trpělivost, ale také za vřelý a kamarádský přístup při konzultacích. Dále bych poděkoval své rodině, přítelkyni a blízkým přátelům za trpělivost a podporu při vytváření této práce.
Obsah 1. ÚVOD... 10 2. POPIS OBJEKTU... 11 3. VYBRANÉ KONSTRUKČNÍ PRVKY... 11 3.1. LOKÁLNĚ PODEPŘENÁ DESKA... 11 3.2. SLOUPY... 11 3.3. ZTUŽUJÍCÍ STĚNY A JÁDRA... 11 4. MATERIÁLY... 12 4.1. BETON C20/25... 12 4.2. OCEL B 500B... 12 5. ZATÍŽENÍ... 13 5.1. STÁLÉ... 13 5.2. PROMĚNNÉ... 13 5.2.1. HLAVNÍ PROMĚNNÉ... 13 5.2.2. VEDLEJŠÍ PROMĚNNÉ... 13 6. NÁVRH DLE MEZNÍCH STAVŮ... 14 6.1. MEZNÍ STAV ÚNOSNOSTI... 14 6.2. MEZNÍ STAV POUŽITELNOSTI... 14 7. PROVÁDĚNÍ... 14 8. ZÁVĚR... 14 9. POUŽITÉ ZKRATKY... 15 10. SEZNAM POUŽITÝCH ZDROJŮ... 15 11. PŘÍLOHY... 15
1. ÚVOD Úkolem této bakalářské práce je navrhnout a staticky nosnou železobetonovou konstrukci objektu pro parkování. Konkrétně se jedná o monolitickou, lokálně podepřenou desku bez hřibových hlavic. Konstrukce byla posuzována podle 1. a 2. mezního stavu. Dle mezního stavu únosnosti na ohybový moment a protlačení. Dle mezního stavu použitelnosti na omezení trhlin. Dále byla navržena výztuž proti řetězovému zřícení. Na základě vypočtených výsledků byla zhotovena výkresová dokumentace s tvarem a výpisem výztuže.
2. POPIS OBJEKTU Jedná se o železobetonovou konstrukci určenou pro parkování lehkých vozidel do 3000kg tíhy. Budova je čtyřpodlažní, z čehož čtvrté nadzemní podlaží je situováno na střeše. Objekt se bude nacházet v blízkosti nákupní zóny ve městě České Budějovice. Půdorysné rozměry objektu jsou 39,8m x 39,4m a vysoká 11,77m. V objektu jsou dvě jádra. Jedno pro schodiště a druhé pro výtahy. Ve dvou obvodových stranách jsou ztužující, železobetonové stěny zajištující vodorovnou tuhost konstrukce. Zatížení z desek bude přeneseno do železobetonových sloupů a z nic do základů. Výpočet ztužujících stěn, jader, sloupů ani základů není součástí této bakalářské práce. Jako obvodový plášť zbylých dvou stran jsou navrženy skleněné tabule. Jako pojízdná vrstva je navržena samonivelační vrstva. Na střeše je navíc spádový beton, asfaltový pás a penetrační nátěr. 3. VYBRANÉ KONSTRUKČNÍ PRVKY 3.1. LOKÁLNĚ PODEPŘENÁ DESKA Deska je navržena z betonu C20/25 ve třídě prostředí XC1 a s výztuží B 500B. Tloušťka desky byla zvolena 260mm, maximální rozpětí je 6,6m. Deska je lokálně vetknuta do železobetonových sloupů, liniově do železobetonových stěn a jader. Symetricky na každé straně je otvor velikosti 3x1 pole pro rampu určenou k pohybu vozidel po budově. Dále jsou zde 2 otvory situované v jádrech každá velikosti poloviny pole desky pro schodiště a výtahy. Deska obsahuje výztuž nadimenzovanou na ohybové momenty v obou směrech. Dále jsou navrženy smykové žebříky na protlačení sloupů a rohu stěny jádra a výztuž na řetězové zřícení. 3.2. SLOUPY Sloupy budou ze stejného materiálu jako železobetonová deska. Jejich návrh není součástí této bakalářské práce. Světlá výška sloupu je 2,74m a půdorysný rozměr 400mm x 400mm. Sloupy probíhají přes všechny krytá podlaží budovy končící ve výšce poslední stropní desky. Stropní deska je do těchto sloupů vetknutá a v oblasti základů je sloup vetknut do základových patek. 3.3. ZTUŽUJÍCÍ STĚNY A JÁDRA Ztužující stěny jsou na dvou protilehlých obvodových stranách. Probíhají přes všechny podlaží a končí 1,1m nad posledním podlaží a jsou tloušťky 300mm. Jádra jsou určena pro schodiště a výtahy a končí 2,7m nad posledním podlažím. Jejich návrh není součástí této dokumentace. Uvažuje se, že tyto stěny spolu s jádry zachytí vodorovné namáhání na konstrukci.
4. MATERIÁLY 4.1. BETON C20/25 Charakteristická pevnost v tlaku fck = 20 MPa Návrhová pevnost v tlaku fcd = 13,33 MPa Střední hodnota pevnosti v tahu fctm = 2,2 MPa Střední hodnota modulu pružnosti Ecm = 30 GPa Materiálový součinitel γc = 1,5 Mezní přetvoření εcu3 = 0,0035 4.2. OCEL B 500B Charakteristická mez kluzu fyk = 500 MPa Návrhová mez kluzu fyd = 434,78 MPa Střední hodnota modulu pružnosti Es = 200 GPa Materiálový součinitel γc = 1,15 Mezní přetvoření εyd = 0,0022
5. ZATÍŽENÍ 5.1. STÁLÉ Stálé zatížení bylo uvažováno od vlastní tíhy konstrukce přenásobené součinitelem γg = 1,35 pro MSÚ 5.2. PROMĚNNÉ 5.2.1. HLAVNÍ PROMĚNNÉ Hlavní proměnné zatížení bylo uvažováno jako užitné zatížení kategorie F o velikosti qk = 2,5 kn/m 2 přenásobené součinitelem γg = 1,5 a ψ0 = 0,7 pro MSÚ, pro MSP přenásobené součinitelem ψ2 = 0,6 5.2.2. VEDLEJŠÍ PROMĚNNÉ Jako vedlejší proměnné zatížení by byl použit sníh a vítr, ale jelikož se počítala deska nad prvním nadzemním podlaží, tak se zatížení od sněhu na tuto desku neprojeví. Ve výpočtu se uvažovalo, že vodorovné síly od větru přenesou ztužující stěny a jádra. Se svislými silami od větru je to obdobné jako se sněhem a zatížení od této složky se na výpočtu této desky nepodílí. Pro návrh na MSÚ byla použita rovnice 6.10a z ČSN EN 1990 G, j G k, j " " P P" " Q,1 0,1 Q k,1 " " Q,i 0,i Q k,i Pro návrh na MSP byla použita rovnice charakteristická 6.14b z ČSN EN 1990 G k, j " " Q k,1 " " 0,i Q k,i kvazistálá 6.16b z ČSN EN 1990 G k, j " " 2,i Q k,i
6. NÁVRH DLE MEZNÍCH STAVŮ 6.1. MEZNÍ STAV ÚNOSNOSTI Při posuzování na tento mezní stav byla použity hodnoty dle rovnice 6.10a. Byl zpracován posudek na ohybový moment obou směrech. Dále byla konstrukce posouzena na protlačení v oblasti sloupů a rohu ztužující stěny jádra 6.2. MEZNÍ STAV POUŽITELNOSTI Při posuzování na tento mezní stav byly použity rovnice pro charakteristickou kombinaci 6.14b a pro kvazistálou kombinaci 6.16b. Z nich byly vybrány méně příznivé hodnoty. Na tento mezní stav byl zpracován posudek na omezení trhlin. 7. PROVÁDĚNÍ Zhotovení železobetonové desky bude prováděno do předem připraveného bednění a vybetonovaných sloupů do úrovně pod tuto desku. Začne se kladením spodní výztuže na distanční podložky dle výkresu. Zároveň se spodní výztuží se osadí smykové žebříky proti protlačení. Po uložení spodní smykové výztuže a výztuže proti řetězovému zřícení se na distančníky mezi dolní a horní výztuží uloží horní výztuž dle výkresu. Dalším krokem je položení kari sítí do míst kde alespoň v jednom směru chybí horní výztuž, ve výkresu značeno. Distanční podložky lze zvolit dle zvyklostí dodavatele. Výztuž lze svařovat nebo svazovat vazačským drátem. Po osazení a svázání armatury proti posunutí lze začít betonovat. Betonová C20/25 směs bude konzistence S3. Je důležité, aby směs vyplnila všechny místa mezi ocelí a byla provibrována. Po 28 dnech lze bednění odstranit, nebo postoupit k výstavbě další stropní desky. 8. ZÁVĚR Výstupem této práce jsou výkresy s výztuží při dolním okraji desky, při horní okraji desky a výztuží na protlačení. Návrh dimenzí výztuží, jejich tvarů a velikostí, umístění a kotvení. Při výpočtu bylo třeba zohlednit vlivy prostředí a zatížení. Celý statický návrh byl proveden v programu EXCEL 2013, vnitřní síly byly vypočteny programem Scia Engineer 2014 a ověřeny ručním výpočtem.
9. POUŽITÉ ZKRATKY fck fcd fctm fyk fyd γc γs Es Ecm εyd εcu3 Charakteristická pevnost betonu v tlaku Návrhová pevnost betonu v tlaku Střední hodnota pevnosti v tahu za ohybu Charakteristická pevnost oceli Návrhová pevnost oceli Součinitel materiálu pro beton Součinitel materiálu pro ocel Modul pružnosti oceli Modul pružnosti betonu Mezní přetvoření oceli Mezní přetvoření betonu 10. SEZNAM POUŽITÝCH ZDROJŮ NORMY: [l] ČSN EN 1990: Zásady navrhováni konstrukci [2] ČSN EN 1991-1 až 4: Zatížení konstrukci [3] ČSN EN 1992-1-1: Navrhováni betonových konstrukci [4] ČSN 01 3481: Výkresy betonových konstrukci WEB: [5] www.ferona.cz POUŽITÝ SOFTWARE: [6] MICROSOFT WORD 2013, Microsoft Corporation [7] MICROSOFT EXCEL 2013, Microsoft Corporation [8] SCIA ENGINEER 2014, Scia group nv [9] ARCHICAD 2016, GRAPHISOFT, Inc. 11. PŘÍLOHY P1. Použité podklady P2. Statický výpočet P3. Výkresová dokumentace