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 ŽELEZOBETONOVÁ NOSNÁ KONSTRUKCE POLYFUNKČNÍHO DOMU REINFORCED CONCRETE STRUCTURE OF A MULTIFUNCTION BUILDING BAKALÁŘSKÁ PRÁCE BACHELOR'S THESIS AUTOR PRÁCE AUTHOR VEDOUCÍ PRÁCE SUPERVISOR Ing. PAVEL ŠULÁK, Ph.D. BRNO 2014
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 Lukáš Kozumplík Název Vedoucí bakalářské práce Datum zadání bakalářské práce Datum odevzdání bakalářské práce Železobetonová nosná konstrukce polyfunkčního domu Ing. Pavel Šulák, Ph.D. 30. 11. 2013 30. 5. 2014 V Brně dne 30. 11. 2013...... 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 bude navržena železobetonová monolitická stropní konstrukce typického podlaží. Pro analýzu nosné konstrukce bude použit výpočetní program MKP. Výsledky budou ověřeny zjednodušenou ruční metodou. Posouzení prvků proveďte podle mezního stavu únosnosti. Kromě statické analýzy bude vypracována i výkresová dokumentace v odpovídající kvalitě a rozsahu bakalářské práci. Předepsané výstupy: Textová část (obsahuje průvodní zprávu a ostatní náležitosti dle níže uvedených směrnic) Přílohy textové části P1) Použité podklady 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). Předepsané přílohy 1. Textová část 2. Přílohy textové části... Ing. Pavel Šulák, Ph.D. Vedoucí bakalářské práce
Abstrakt Bakalářská práce je zaměřena na návrh železobetonové monolitické stropní konstrukce typického podlaží polyfunkčního domu. Výpočet vnitřních sil je proveden ve výpočetním programu SCIA Engineer. Ověření výpočtu vnitřních sil je pomocí zjednodušené ruční metody. Posouzení konstrukce je provedeno dle Eurokódu 2 (ČSN EN 1992-1-1) Klíčová slova Lokálně podepřená stropní deska, deska s průvlaky, železobeton, zatížení, zatěžovací stavy, vnitřní síly, dimenzování, protlačení, betonářská výztuž, výkresová dokumentace Abstract The bachelor project is focused on the design of monolithic reinforced concrete ceiling slab of typical floor of a multifunctional building. Calculation of internal forces is carried out in computer software SCIA Engineer. Verification of calculation of internal forces is via simplified manual method. Assessment is done according to Eurocode 2 (ČSN EN 1992-1-1) Keywords Locally supported ceiling slab, slab with girders, reinforced concrete, load, load cases, internal forces, design of structures, punching, concrete reinforcement, drawing documentation
Bibliografická citace VŠKP Lukáš Kozumplík Železobetonová nosná konstrukce polyfunkčního domu. Brno, 2014. 5 s., 78 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 samostatně a že jsem uvedl všechny použité informační zdroje. V Brně dne 30.5.2014 podpis autora Lukáš Kozumplík
Poděkování: Rád bych poděkoval panu Ing. Pavlu Šulákovi, Ph.D. za jeho trpělivou snahu a ochotu kdykoliv pomoci a za užitečné a cenné rady, které mi pomohli s vypracováním této práce. Dále bych chtěl poděkovat všem, kteří mě během mého dosavadního studia podporovali. Děkuji.
FAKULTA STAVEBNÍ ÚSTAV BETONOVÝCH A ZDĚNÝCH KONSTRUKCÍ FACULTY OF CIVIL ENGINEERING INSTITUTE OF CONCRETE AND MASONRY STRUCTURES A) TEXTOVÁ ČÁST BAKALÁŘSKÁ PRÁCE BACHELOR'S THESIS AUTOR PRÁCE AUTHOR VEDOUCÍ PRÁCE SUPERVISOR Ing. PAVEL ŠULÁK, Ph.D. BRNO 2014
ŽELEZOBETONOVÁ NOSNÁ KONSTRUKCE POLYFUNKČNÍHO DOMU OBSAH: 1. Úvod... 2 2. Popis konstrukce objektu... 2 2.1 Všeobecně... 2 2.2 Popis nosných konstrukcí... 2 3. Použité matriály a hmoty... 3 4. Zatížení... 3 5. Prováděcí postupy... 3 6. Závěr... 4 7. Seznam použitých zdrojů... 4 8. Seznam použitých zkratek a symbolů... 5 9. Seznam příloh... 5 1
ŽELEZOBETONOVÁ NOSNÁ KONSTRUKCE POLYFUNKČNÍHO DOMU 1. ÚVOD Předmětem bakalářské práce je železobetonová nosná konstrukce polyfunkčního domu o dvou nadzemních podlažích. Přesněji se jedná o řešení železobetonové monolitické stropní konstrukce nad 1. NP. Tato stropní konstrukce byla řešena ve dvou variantách: A) jako lokálně podepřená deska: Deska je spojitá, lokálně podepřená sloupy o rozměrech 400x400 mm. Tloušťka desky je navržena 260 mm s ohledem na mezní stav použitelnost. B) jako deska s průvlaky: Průvlaky jsou po celém obvodu desky a dále ve směru delšího rozpětí, deska je podepřená sloupy o rozměrech 400x400 mm. Tloušťka desky je navržena 210 mm s ohledem na mezní stav použitelnosti. Obě varianty jsou řešeny jako deska vyztužená v obou směrech. Dále je v desce jeden otvor pro samonosné schodiště, jehož řešení není součástí této práce. Půdorysný rozměr desky je 14,4x28,4 m. Stěžejní část této práce spočívá v dimenzování stropní konstrukce z hlediska mezního stavu únosnosti. 2. POPIS OBJEKTU 2.1 VŠOBECNĚ Jedná se o polyfunkční dům se dvěma nadzemními podlažími. Půdorys konstrukce je obdélník o rozměrech 28,4x14,4 metrů. Objekt je zastřešen plochou střechou. Objekt bude využíván zejména jako kancelářské prostory. Plášť budovy je vyzděn z pórobetonových tvárnic YTONG tloušťky 300 mm. Typ a rozmístění vnitřních příček není specifikován. Tyto příčky jsou zohledněny ve výpočtu náhradním plošným zatížením. 2.2 POPIS NOSNÝCH KONSTRUKCÍ VARIANTA A: Vodorovná nosná konstrukce je tvořena monolitickou deskou pnutou ve dvou směrech. Svislá nosná konstrukce je tvořena železobetonovými sloupy, které lokálně podepírají železobetonovou monolitickou desku. VARIANTA B: Vodorovná nosná konstrukce je tvořena monolitickou deskou pnutou ve dvou směrech a průvlaky po obvodu desky a poté průvlaky ve směru delšího rozpětí budovy. Svislá nosná konstrukce je tvořena železobetonovými sloupy, které jsou vetknuté do průvlaků a tyto průvlaky poddajně podepírají železobetonovou monolitickou desku. 2
ŽELEZOBETONOVÁ NOSNÁ KONSTRUKCE POLYFUNKČNÍHO DOMU 3. POUŽITÉ MATERIÁLY A HMOTY Železobetonové nosné konstrukce objektu jsou navrženy z betonu třídy C25/30. Jako betonářská výztuž je použita ocel B500B. Obvodový plášť budovy je z pórobetonových tvárnic YTONG tloušťky 300mm. -Beton C25/30 materiálové charakteristiky: charakteristická pevnost v tlaku f ck 25 MPa návrhová pevnost v tlaku f cd 16,67 MPa pevnost v tahu f ctm 2,6 MPa modul pružnosti E cm 31 GPa -Betonářská výztuž B500B materiálové charakteristiky: charakteristická mez kluzu f yk 500 MPa návrhová pevnost f yd 434,78 MPa modul pružnosti E s 210 GPa 4. ZATÍŽENÍ a) stálé -vlastní tíha konstrukce -ostatní stále zatížení: uvažována je tíha podlahy a tíha obvodového zdiva b) proměnné -uvažována je tíha přemístitelných SDK příček a zatížení užitné -jelikož se řešená deska nachází nad 1. NP, není uvažováno zatížení sněhem -zatížení větrem také uvažováno není 5. PROVÁDĚCÍ POSTUPY a) Bednění musí být provedeno v souladu s technologickým předpisem výrobce nebo dodavatele systémového bednění, musí být dostatečně tuhé, těsné, únosné b) Betonáž výroba, doprava, ukládání, zhutňování a ošetřování betonu musí vyhovovat normovým předpisům, beton musí mýt požadovanou kvalitu, vybetonované konstrukce musí být minimálně po dobu 28 dní podporovány bedněním c) Výztuž při ukládání výztuže je nutné dodržet polohu dle výkresové dokumentace a zajistit dostatečnou krycí vrstvu 3
ŽELEZOBETONOVÁ NOSNÁ KONSTRUKCE POLYFUNKČNÍHO DOMU 6. ZÁVĚR Výsledkem bakalářské práce je statický posudek dané konstrukce včetně výkresové dokumentace. K výpočtu vnitřních sil byl použit výpočetní program SCIA Engineer 2012, který je založený na metodě konečných prvků. Program je velkým usnadněním ve výpočtu, avšak je nutné dbát zvýšené opatrnosti při modelování konstrukcí. Důležité je co nejvíce postihnout reálné chování konstrukce a zadat správné okrajové podmínky. Výsledkům z programu je lepší zpočátku nevěřit a jejich správnost si nejlépe nějakým jednoduchým postupem ověřit. Proto jsem provedl kontrolu pomocí zjednodušených ručních metod. Z výsledků mé bakalářské práce je možné porovnání varianty A s variantou B. Varianta A, což je lokálně podepřená stropní deska, vykazuje větší ohybové momenty při horním líci desky, tudíž je patrné že v této oblasti bude spotřeba výztuže větší. Při dolním líci již není rozdíl tak patrný. Co se týče samotné desky, tak vzhledem k nutné větší tloušťce, bude i větší spotřeba betonu. Esteticky ale působí varianta bez průvlaků lehčeji, otevřeněji a více elegantně. Varianta B, což je deska s průvlaky, vykazuje, co se týče vyztužení desky, menší nároky na spotřebu výztuže. Za to je ale nutné dimenzovat a tudíž vyztužit průvlaky, které také vyžádají další spotřebu betonu. Z hlediska modelování v programu je tato varianta také náročnější, protože si vyžaduje 3D model pro přesné zadání průvlaků. 7. SEZNAM POUŽITÝCH ZDROJŮ NORMY [1] ČSN EN 1991-1-1, Zatížení konstrukcí, Část 1-1: Obecná zatížení, 2004 [2] ČSN EN 1990: Zásady navrhování konstrukcí, 2002 [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 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. Miloš Zich, Ph.D, a kolektiv Příklady posouzení betonových prvků dle Eurokódu, ISBN 978-80-86897-38-7, Září 2010 4
ŽELEZOBETONOVÁ NOSNÁ KONSTRUKCE POLYFUNKČNÍHO DOMU 8. SEZNAM POUŽITÝCH ZKRATEK A SYMBOLŮ NP = nadzemní podlaží SDK = sádrokarton f ck = charakteristická pevnost betonu v tlaku f cd = návrhová pevnost betonu v tlaku f ctm = pevnost betonu v tahu E cm = modul pružnosti betonu f yk = charakteristická mez kluzu betonářské oceli f yd = návrhová pevnost betonářské oceli E s = modul pružnosti betonářské oceli 9. SEZNAM PŘÍLOH B) Použité podklady B1-Schematický půdorys konstrukce B2-Schematický řez konstrukce C) Statický výpočet D) Výkresová dokumentace D1 - STROPNÍ DESKA NAD 1.NP VÝKRES TVARU D2 - STROPNÍ DESKA NAD 1.NP DOLNÍ VÝZTUŽ D3 - STROPNÍ DESKA NAD 1.NP HORNÍ VÝZTUŽ D4 - STROPNÍ DESKA NAD 1.NP SMYKOVÁ VÝZTUŽ 5