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 POROVNÁNÍ NÁVRHŮ MONOLITICKÉ KONSTRUKCE BEZ A SE ZOHLEDNĚNÍM POSTUPU VÝSTAVBY. COMPARISION OF DESIGN OF CAST-IN-PLACE STRUCTURE WITH / WITHOUT CONSIDERATION OF PROCESS CONSTRUCTION DIPLOMOVÁ PRÁCE DIPLOMA THESIS AUTOR PRÁCE AUTHOR VEDOUCÍ PRÁCE SUPERVISOR BC. JAKUB VLACH Ing. JIŘÍ STRNAD, Ph.D. BRNO 2015
Abstrakt Cílem diplomové práce je navrhnout a staticky posoudit třípodlažní železobetonovou konstrukci. Pro statickou analýzu nosné konstrukce byl použit výpočetní program na bázi MKP SCIA Engineer 2013 studentská verze. Ve výpočetním programu byly řešeny dva nezávislé výpočetní modely a to v prostoru 2D a 3D. Výsledky byly porovnány a navzájem vyhodnoceny. Na základe posudku je vypracována výkresová dokumentace skládající se z výkresu výztuže a výkresu tvaru. Klíčová slova Monolitická konstrukce, beton, ocel, výztuž, základová konstrukce, stavební postup, vizualizace, sloup, 3D model, 2D model, průvlak, deska, mezní stav únosnosti, mezní stav použitelnosti, ohybový moment, posouvající síla,zatežovací stavy, kontaktní napetí Abstract The aim of this thesis is to propose and evaluate static three-storey reinforced concrete structure. For static analysis supporting structure was used computer program based on FEM SCIA - Engineer 2013 - student version. In computing program have been two independent computational models and in 2D and 3D space. The results were compared and evaluated with each other. On the basis of the report is drafted drawings consisting of reinforcement drawing and drawing shape. Keywords Monolithic construction, concrete, steel, reinforcement, foundation construction, building techniques, visualization, Column, 3D model, 2D model, beams, plate, ultimate limit state, serviceability limit state, bending moment, shear power, load cases, contact stress
Bibliografická citace VŠKP Bc. Jakub Vlach Porovnání návrhů monolitické konstrukce bez a se zohledněním postupu výstavby.. Brno, 2015. 15 s., 256 s. příl. Diplomová práce. Vysoké učení technické v Brně, Fakulta stavební, Ústav betonových a zděných konstrukcí. Vedoucí práce Ing. Jiří Strnad, Ph.D.
PROHLÁŠENÍ O SHODĚ LISTINNÉ A ELEKTRONICKÉ FORMY VŠKP Prohlášení: Prohlašuji, že elektronická forma odevzdané diplomové práce je shodná s odevzdanou listinnou formou. V Brně dne 29.12.2014 podpis autora Bc. Jakub Vlach
Prohlášení: Prohlašuji, že jsem diplomovou práci zpracoval(a) samostatně a že jsem uvedl(a) všechny použité informační zdroje. V Brně dne 29.12.2014 podpis autora Bc. Jakub Vlach
Poděkování: Tímto bych chtěl poděkovat svému vedoucímu panu Ing. Jiřímu Strnadovi, Ph.D. za cenné rady a odbornou pomoc při vypracování mé diplomové práce.
OBSAH: Úvod 2 Popis objektu. 2 Provádění stavby.. 2 Zpracování diplomové práce 3 Zatížení 3 Hlavní konstrukční prvky 4 Podloží.. 4 Použitý software 5 Použité zdroje. 5 Seznam použitých symbolů 6 Seznam příloh. 7 JAKUB VLACH STRANA 1
ÚVOD: Cílem diplomové práce je navrhnout a staticky posoudit třípodlažní železobetonovou konstrukci. Jedná se o objekt, který se bude stavět v proluce za již existujícím objektem. Cílem práce není dispoziční řešení objektu s širší návazností na již stávající objekt, ale jen posouzení zadané nosné konstrukce objektu. Pro statickou analýzu nosné konstrukce byl použit výpočetní program na bázi MKP SCIA Engineer 2013 studentská verze. Ve výpočetním programu byly řešeny dva nezávislé výpočetní modely a to v prostoru 2D a 3D. Výsledky byly porovnány a navzájem vyhodnoceny. POPIS OBJEKTU: Třípodlažní objekt přistavěný k již existující stavbě v proluce. Ke konstrukci objektu přiléhají ze tři stran stávající objekty. Konstrukce je tedy z jedné strany otevřená. V podlaží 1.PP budou parkovací stání pro vozidla majitelů bytů. V tomto podlaží jsou dva sloupy kruhového pruřezu, které jsou silně namáhány reakcí od vrchních podlaží. Nosná konstukce objektu je tedy dvě na sebe kolmé železobetonové stěny, dva sloupy kruhového průřezu a jeden sloup podporující terasu 1.NP. V nadzemních podlažích budou bytové prostory. Svislé nosné konstrukce nadzemních podlaží budou tvořit zděné stěny. V prvním nadzemním podlaží bude balkon na isokorbech. V druhém nadzemním podlaží bude přístřešek na isokorbech. Objekt má plochou střechu. PROVÁDĚNÍ STAVBY: Provádění stavby bude ve více etapách. Bude potřeba vytvořit nájezdovou rampu pro garáže, která bude vést pod stávajícím objektem, tato konstrukce není součástí diplomové práce. Budou prováděny bourací práce, aby bylo zajištěno pohodlné napojení na nově budovanou konstrukci. Založení objektu bude muset být provedeno s ohledem na přiléhající základové konstrukce sousedícíh objektů. Minimalizace přitížení stávajích základových JAKUB VLACH STRANA 2
konstrukcí bude dosaženo vybetonováním základového roštu, který se bude snažit převést zatížení z objektu do příčné vazby, tedy kolmo na stávající objekt. Toto opatření je nutné, aby podélné reakce nepřitižovali stávající základy a nedocházelo k nekontrolovatelným a nechtěným deformacím přiléhajícíh konstrukcí. Detailní postup výstavby je rozebrán v příloze P3. Stavební postup a vizualizace. ZPRACOVÁNÍ DIPLOMOVÉ PRÁCE: Práce se zabývá návrhem a posouzením třípodlažního objektu. Posuzované prvky: základové konstrukce, deska nad 1.PP, nad 1.NP, nad 2.NP, průvlaky P0.1, P0.2, P0.3, P1.1, P1.2, P1.3, P2.1, P2.2, P2.3, sloupy S0.1, S0.2, S0.3, S0.4, S1.1, S1.2, S2.1, S2.2, suterénní stěna, ocelove sloupy podporující konzoly v 1.NP a 2.NP, zděné stěny 1.NP a 2.NP, balkon na isokorbech a přístřešek na isokorbech. Rozhodující pro dimenzování byl stav použitelnosti a to u středních, křížem vyztužených desek v jednotlivých podlažích. Konstrukce v podlaží 1.PP jsou zhotoveny z třídy betonu C30/37 s vlivem prostředí XD3 středně vlhké prostředí. Nadzemní podlaží jsou zhotoveny z třídy betonu C20/25 s vlivem prostředí XC1 suché prostředí. Třída oceli použitá pro výztuž je B500B. Minimální krycí vrstva s přihlédnutím k podmínkám prostředí: cmin,dur = 35 mm pro 1.PP a cmin,dur = 25 mm pro nadzemní podlaží. Návrhová životnost dle ČSN EN 1990, Eurokód: Zásady navrhování konstrukcí, 2004 - kategorie návrhové životnosti 4. Třída následků (spolehlivosti) CC2 (RC2): Střední následky s ohledem na ztráty na lidských životů nebo značné následky ekonomické, sociální nebo pro prostředí. ZATÍŽENÍ: Vzhledem k dispozici objetu se neuvažuje se zatížením větrem. Vlastní tíha je generována výpočetním programem SCIA Engineer 2013. Zatěžovací stavy jsou: LC1 Vlastní tíha, LC2 Stálé, LC3 Sníh, LC4 Užitné + příčky 1, LC5 Užitné + příčky 2, LC6 přitížení. JAKUB VLACH STRANA 3
Model 2D byl postupně přitěžován reakcemi a liniovými zatíženími simulující konstrukce z vrchních pater. Model 2D nepočítá s konstrukcí jako celek, nezapočítává jednotlivé tuhosti prvků, taky nepočítá s poklesem podpor, ke kterým dochází vlivem přetváření betonu. Převážné výsledky se však poměrně málo lišily, proto dimenze u většiny prvků jsou schodné. HLAVNÍ KONSTRUKČNÍ PRVKY: Základový rošt, pod sloupy idealizované patky silně vyztuženy, aby byly ohybově tuhé. Sloupy kruhového průřezu průměru 300 mm S0.1 a S0.2 jsou silně namáhány. Na sloup S0.2 nedosedá centricky sloup S1.2. Sloupy silně vyztuženy. Průvlaky P0.1 a P0.2, přenášejí zatížení příčně, jsou silně vyztuženy hlavně na smyk. U průvlaku P1.3 dochází k velkému namáhání, proto je silně vyztužen a je také posouzen na mezní stav použitelnosti viz. statický výpočet. Další průvlaky nejsou významně namáhány. U stropních desek dochází k běžnému namáhání, avšak jsou velkých rozponů, proto dochází k velkým deformacím. Proto rozhodující stav je mezní stav použitelnosti, na které jsou převážně všechny střední desky navrhnuty. PODLOŽÍ: Jako podklad mi nebyl poskytnut inženýrsko geologický průzkum. Vedoucím diplomové práce byla výpočtová únostnost zeminy zadána hodnotou R dt = 200 kpa. Výpočet kontaktního napětí byl proveden výpočetním programem SCIA Engineer 2013 modul soilin. JAKUB VLACH STRANA 4
POUŽITÝ SOFTWARE: - SCIA Engineer 2012 studentská verze - AutoCAD 2010 - MS Word a Excel 2010 POUŽITÉ ZDROJE: Normové předpisy ČSN EN 1990: Eurokód: Zásady navrhování konstrukcí, Praha: ČNI, 2004, 76 stran ČSN EN 1991-1-1: Eurokód 1: Zatížení konstrukcí - Část 1-1: Obecná zatížení - Objemové tíhy, vlastní tíha a užitná zatížení pozemních staveb, Praha: ČNI, 2004, 44 stran ČSN EN 1992-1-1: Eurokód 2: Navrhování betonových konstrukcí - Část 1-1: Obecnápravidla a pravidla pro pozemní stavby, Praha: ČNI, 2006, 214 stran ČSN EN 1996-1-1 (73 1101) Navrhování zděných konstrukcí Část 1-1: Obecná pravidla pro pozemní stavby Pravidla pro vyztužené a nevyztužené konstrukce. ČNI Praha, 2007 ČSN EN 206-1 Beton Část 1: Specifikace, vlastnosti, výroba a shoda. ČNI Praha, 2005 ČSN EN 771-1 Specifikace zdících prvků Část 1: Pálené zdící prvky. ČNI Praha, 2004, včetně změn Literatura ZICH, Miloš., BAŽANT, Zdeněk. Plošné betonové konstrukce, nádrže a zásobníky. 1.vyd. Brno: Akademické nakladatelství CERM, 2010. 161 s. ISBN 978-80-7204-693-5 JAKUB VLACH STRANA 5
PROCHÁZKA, Jaroslav. a kol. Navrhování betonových konstrukcí: příručka k ČSN EN 1992-1-1 a ČSN EN 1992-1-2. 1. vyd. Praha: Pro Ministerstvo pro místní rozvoj a Českou BAREŠ, Richard. Tabulky pro výpočet desek a stěn /. 2. dopl. vyd. Praha : Státní nakladatelství technické literatury, 1979. 617 s. ZICH, Miloš. a kol. Příklady posouzení betonových prvků dle Eurokódů. Praha: Verlag Dashofer, nakladatelství, 2010. 145 s. ISBN: 978-80-86897-38- 7. SEZNAM POUŽITÝCH SYMBOLŮ A plocha a pořadnice k těžišti Ac plocha betonu Ast plocha betonářské výztuže c betonová krycí vrstva cnom nominální hodnota betonové krycí vrstvy Ecm sečnový modul pružnosti betonu Es modul pružnosti betonářské výztuže Fc výslednice v tlaku betonu (vnitřní síla) fcd návrhová hodnota válcové pevnosti betonu v tlaku fck charakteristická hodnota válcové pevnosti betonu v tlaku fctm střední hodnota pevnosti betonu v tahu fyd návrhová hodnota meze kluzu betonářské oceli fyk charakteristická hodnota meze kluzu betonářské výztuže gd návrhová hodnota stálých složek zatížení gk charakteristická hodnota stálých složek zatížení I moment setrvačnosti průřezu Ii moment setrvačnosti ideálního průřezu Ai plocha ideálního průřezu Si statický moment ideálního průřezu agi vzdálenost těžiště ideálního průřezu od horního okraje lbd kotevní délka JAKUB VLACH STRANA 6
MEd ohybový moment od účinků zatížení MRd ohybová únosnost zc rameno vnitřních sil x tlačená plocha betonu VEd posouvající síla od účinků zatížení VRdc smyková únosnost wk šířka trhliny wmax maximální dovolená šířka trhliny αe poměr modulu pružnosti oceli a betonu γc dílčí součinitel vlastností materiálu pro beton γs dílčí součinitel vlastností materiálu pro ocel εc přetvoření betonu εs přetvoření oceli φ úhel vnitřního tření zeminy ν poissonův součinitel σ napětí v betonářské výztuži SEZNAM PŘÍLOH: P1) Použité podklady a varianty řešení P2) Výkresy P3) Stavební postup a vizualizace P4) Statický výpočet JAKUB VLACH STRANA 7