Interakce stavebních konstrukcí
Interakce hlavních subsystémů budovy
Hlavní subsystémy Hlavní subsystémy budovy: nosné konstrukce obalové a dělící konstrukce technická zařízení
Proč se zabývat interakcemi Snaha zjednodušit návrh budovy vede oddělenému návrhu po jednotlivých subsystémech. Všechny konstrukce v budově jsou ale staticky propojené primárně nenosné je neseno nosným systémem. Problém má dvě možná řešení: A. řešit subsystémy samostatně a následně věnovat pozornost dílčím problémům interakcí - v minulosti a současnosti používaný přístup B. zahrnout do řešení jednotlivých subsystémů ostatní konstrukce s podstatným vlivem
Obecné interakce subsystémů Pojem interakce: Interakce (lat. interactio od inter-agere, jednat mezi sebou) znamená vzájemné působení, jednání, ovlivňování všude tam, kde se klade důraz na vzájemnost a oboustrannou aktivitu na rozdíl od jednostranného, například kauzálního působení (Wikipedie) vzájemné působení mezi primárně nosnými a nenosnými (obalovými a dělícími konstrukcemi) pozitivní i negativní důsledky vzájemného ovlivňování
Základní typy interakce
Interakce 1. typu: Nosná Obalová SILOVÉ PŮSOBENÍ vynucené deformace způsobené deformací nosné konstrukce změna podmínek podepření VZNIK NADMĚRNÝCH DEFORAMCÍ A TRHLIN vliv na netěsnost konstrukce (akustika, proudění vzduchu) nefunkčnost mechanických systémů (otvorové výplně,..) snížení životnost konstrukce (vnikání vody,...) ztráta estetických vlastností
Interakce 2. typu: Nosná Obalová PŮSOBENÍ NA STATICKÉ OKRAJOVÉ PODMÍNKY tuhost obalových konstrukcí (vliv na podepření) zatížení obalovou konstrukcí teplotní vlivy DŮSLEDKY PRO NOSNOU KONSTRUKCI vliv na bezpečnost vliv na deformace
Interakce 3. typu: Nosná Obalová FYZIKÁLNÁ SPOLUPŮSOBENÍ hmota konstrukce příznivě ovlivňuje funkci budovy a konstrukcí ZLEPŠENÍ FUNKČNÍCH VLASTNOSTÍ akustika tepelná technika bezpečnost požární vlastnosti Jedná se o univerzální využití nosné konstrukce - integrovaný návrh
Interakce 4. typu: Nosná Obalová SILOVÉ SPOLUPŮSOBNÍ část nosného systému přenáší zatížení (plášť, příčky) ztužení nosné konstrukce univerzální využití primárně nenosné (obalové) konstrukce problematické a obecně nebezpečné řešení návrh a změny nenosných konstrukcí podléhají jinému režimu než návrh nosné konstrukce odlišná životnost obou subsystémů
Silové interakce primárně nosné a nenosné konstrukce
Silové interakce primárně nosné a nenosné konstrukce Interakce 1. typu tuhá primárně nezatížená konstrukce je v kontaktu s nosnou konstrukcí příčinou poruch obalové konstrukce jsou vlivy způsobené nosnou konstrukcí - vynucenou deformací nebo její tuhostí Interakce 2. typu tuhá primárně nezatížená konstrukce je v kontaktu s nosnou konstrukcí příčinou poruch nosné konstrukce jsou vlivy způsobené obalovou konstrukcí - vynucenou deformací nebo její tuhostí
Interakce 1. typu (primárně nenosnou konstrukci ovlivňuje působení konstrukce nosné) A. Připojená primárně nenosná konstrukce je ovlivněna účinkem vynucené deformace primární zatěžovací vliv působí na nosnou konstrukci B. Připojená primárně nenosná konstrukce je ovlivněna účinkem tuhosti nosné konstrukce primární zatěžovací vliv působí na obalovou konstrukci ------------- Připojený subsystém primárně nenosné konstrukce je ovlivněna účinkem tuhosti jiné primárně nenosné konstrukce primární zatěžovací vliv působí na subsystém obalové konstrukce Podmínky vzniku poruchy: dostatečná tuhost primárně nenosné konstrukce (příčky apod.) vzájemný tuhý kontakt umožňující silové působení
Interakce 2. typu (primárně nosnou konstrukci ovlivňuje působení konstrukce nenosné) A. Primárně nosná konstrukce je ovlivněna účinkem vynucené deformace nenosné konstrukce primární zatěžovací vliv působí na nenosnou konstrukci B. Primárně nosná konstrukce je ovlivněna účinkem tuhosti nenosné konstrukce primární zatěžovací vliv působí na nosnou konstrukci Podmínky vzniku poruchy: dostatečná tuhost primárně nenosné konstrukce (příčky apod.) vzájemný tuhý kontakt umožňující silové působení
Interakce 1. typu Interakce 2. typu Statické schéma Příklad konstrukcí: Rám a výplň svislá nosná konstrukce rámu příčka obvodový plášť střešní nosná konstrukce haly 1A rám se deformuje vlivem silových a nesilových zatížení vynucené deformace výplně 2A objemová změna výplně zatěžuje rám vynucené deformace rámu střešní plášť 1B 2B rám brání volné deformaci výplně zatížení výplně v důsledku její objemové změny tuhost výplně ovlivňuje statické působení rámu změna statického působení rámu
Interakce 1. typu Interakce 2. typu Statické schéma Příklad konstrukcí: Sendvič nosná část obvodového pláště obklad nosná část podlahové konstrukce nášlapná vrstva 1A nosná vrstva se deformuje (např. objemovou změnou) vynucené deformace připojené vrstvy 2A objemová změna připojené vrstvy zatěžuje nosnou vrstvu vynucené deformace nosné vrstvy 1B 2B nosná vrstva brání volné deformaci výplně zatížení připojené vrstvy důsledku její objemové změny
Interakce 1. typu Interakce 2. typu Statické schéma Příklad konstrukcí: Připojená stěna nosná konstrukce budovy atika, římsa, zábradlí základová konstrukce podezdívka plotu,.. střešní plášť budovy příčky v posledním podlaží 1A nosná konstrukce se deformuje 1B vynucené deformace připojené stěny nosná konstrukce brání volné deformaci stěny 2A objemová změna připojené stěny zatěžuje nosnou vrstvu 2B vynucené deformace nosné konstrukce zatížení stěny důsledku její objemové změny
Rám a výplň Baťova továrna ve Zlíně (30-léta 20. století)
Interakce 1. typu Interakce 2. typu Statické schéma Příklad konstrukcí: Rám a výplň svislá nosná konstrukce rámu příčka obvodový plášť střešní nosná konstrukce haly 1A rám se deformuje vlivem silových a nesilových zatížení vynucené deformace výplně 2A objemová změna výplně zatěžuje rám vynucené deformace rámu střešní plášť 1B 2B rám brání volné deformaci výplně zatížení výplně v důsledku její objemové změny tuhost výplně ovlivňuje statické působení rámu změna statického působení rámu
Rám a výplň Kde se situace vyskytuje: Vícepodlažní budovy (svislá nosná konstrukce obvodový plášť, příčky, prosklené výplně) Halové stavby (svislá nosná konstrukce obvodový plášť, příčky, prosklené výplně) Halové stavby (střešní konstrukce střešní plášť, prosklené výplně) Dílčí části subsystémů (strukturální pláště,..)
1A Vynucená deformace výplně def: Připojená primárně nenosná konstrukce je ovlivněna účinkem vynucené deformace Charakter a příčiny deformace rámu Zkosení rámu Průhyby rámu Dilatace rámu Příčiny deformací silová zatížení rámu objemové změny rámu (teplota,..) reologické vlivy (dotvarování) vynucené deformace rámu (sedání podpor,...)
Zkosení rámu - mechanizmy působení: diagonála působící v tlaku (zdivo, beton) diagonála působící v tahu (štíhlé konstrukce) smykové působení kombinace účinků význam tuhosti jednotlivých mechanizmů
Zkosení rámu - mechanizmy porušení: Charakter porušení tahové nebo smykové trhliny vybočení v tlaku oddělování od okraje význam citlivosti pro vznik deformací postupný rozvoj poruchy v závislosti na citlivosti mechanizmů
Průhyb rámu - mechanizmy působení: dvojice diagonál v tlaku (zdivo, beton) diagonála působící v tahu (štíhlé konstrukce s tahovým působením) Charakter porušení tahové nebo smykové trhliny vybočení v tlaku oddělování od okraje
Příklad poruchy zděné příčky v betonovém skeletu (průhyb stropní konstrukce)
Porucha příčky v suterénu objektu vlivem dotvarování stropní konstrukce
Stlačení stojek stlačení stojek (silové účinky, teplota, dotvarování) zkrácení příčlí (teplota,..)
Statický výpočet Metoda náhradných diagonál model rámu model stěny diagonály o stanovení šířky diagonál Modelování pomocí metody konečných prvků modelování kontaktu mezi rámem a stěnou modelování trhlin
1B Objemová změna výplně def: Připojená primárně nenosná konstrukce je ovlivněna účinkem tuhosti nosné konstrukce Charakter a příčiny deformace výplně 1 tuhý rám brání výplni v roztahování vlivem teploty 2 výplň se smršťuje vlivem teploty Mechanizmy působení a porušení 1 výplň je namáhána tlakem 1 náhlá porucha vystřelením výplně 2 oddělení výplně od obvodu 2 netěsnost
Příklad poruchy vlivem objemové změny:
2A Zatížení rámu vlivem objemových změn výplně def: Primárně nosná konstrukce je ovlivněna účinkem vynucené deformace nenosné konstrukce spíše teoretický případ o důvodem je zpravidla menší tuhost výplně
2B Změna statického působení rámu def: Primárně nosná konstrukce je ovlivněna účinkem tuhosti nenosné konstrukce Příklad 1: Nosná konstrukce halového objektu zatížená teplotní změnou tuhost příčky, popř. pláště má vliv na velikost namáhání nosné střešní konstrukce příklad na výpočet normálové síly
Příklad 2: Nosná konstrukce halového objektu zatížená větrem tuhost pláště ve štítové konstrukci má vliv na velikost namáhání ztužidel zjednodušený model nosník na pružných podporách