VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY FAKULTA STAVEBNÍ ÚSTAV KOVOVÝCH A DŘEVĚNÝCH KONSTRUKCÍ FACULTY OF CIVIL ENGINEERING INSTITUTE OF METAL AND TIMBER STRUCTURES VÝSTAVNÍ PAVILON V BYSTŘICI POD HOSTÝNEM EXHIBITION PAVILION IN BYSTŘICE POD HOSTÝNEM BAKALÁŘSKÁ PRÁCE BACHELOR'S THESIS AUTOR PRÁCE AUTHOR VEDOUCÍ PRÁCE SUPERVISOR TOMÁŠ KUČERA Ing. MILAN PILGR, Ph.D. BRNO 2015
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 kovových a dřevěných konstrukcí ZADÁNÍ BAKALÁŘSKÉ PRÁCE Student Tomáš Kučera Název Vedoucí bakalářské práce Datum zadání bakalářské práce Datum odevzdání bakalářské práce V Brně dne 30. 11. 2014 Výstavní pavilon v Bystřici pod Hostýnem Ing. Milan Pilgr, Ph.D. 30. 11. 2014 29. 5. 2015...... prof. Ing. Marcela Karmazínová, CSc. Vedoucí ústavu prof. Ing. Rostislav Drochytka, CSc., MBA Děkan Fakulty stavební VUT
Podklady a literatura Požadavky na architektonické a dispoziční řešení Literatura doporučená vedoucím bakalářské práce Zásady pro vypracování Navrhněte nosnou ocelovou konstrukci výstavního pavilonu o půdorysných rozměrech 32 45 m. Dispozici navrhněte v souladu s architektonickými požadavky; klimatická zatížení uvažujte pro lokalitu Bystřice pod Hostýnem. Požadované výstupy: Technická zpráva Statický výpočet hlavních nosných částí konstrukce Výkresová dokumentace v rozsahu stanoveném vedoucím bakalářské práce Struktura bakalářské/diplomové práce VŠKP vypracujte a rozčleňte podle dále uvedené struktury: 1. Textová část VŠKP zpracovaná podle Směrnice rektora "Úprava, odevzdávání, zveřejňování a uchovávání vysokoškolských kvalifikačních prací" a Směrnice děkana "Úprava, odevzdávání, zveřejňování a uchovávání vysokoškolských kvalifikačních prací na FAST VUT" (povinná součást VŠKP). 2. Přílohy textové části VŠKP zpracované podle Směrnice rektora "Úprava, odevzdávání, zveřejňování a uchovávání vysokoškolských kvalifikačních prací" a Směrnice děkana "Úprava, odevzdávání, zveřejňování a uchovávání vysokoškolských kvalifikačních prací na FAST VUT" (nepovinná součást VŠKP v případě, že přílohy nejsou součástí textové části VŠKP, ale textovou část doplňují).... Ing. Milan Pilgr, Ph.D. Vedoucí bakalářské práce
Abstrakt Cílem této práce je navrhnout a posoudit nosnou ocelovou konstrukci výstavního pavilonu v Bystřici pod Hostýnem. Objekt má obdélníkový půdorys o rozměrech 32x45 m. Výška objektu je 13 m. Hlavní nosná konstrukce je v příčném směru tvořena dvojkloubovým příhradovým parabolickým obloukem. Příčná vazba je kladena po 6,43 m. Prostorová tuhost je zajištěna v příčném směru samotným obloukem a v podélném směru příčným a podélným ztužidlem. Objekt byl navržen podle platných norem ČSN EN. Klíčová slova nosná ocelová konstrukce, jednopodlažní budova, dvojkloubový příhradový parabolický oblouk, příčná vazba, Abstract The aim of the thesis is to design and check the loadbearing steel structure of exhibition pavilion in Bystřice pod Hostýnem. Building has rectangular plan with dimensions 32x45 m. Building height is 13 m. Main loadbearing structure is two-hinged parabolic arched truss in the transverse direction. Main trusses are placed in the distance of 6.43 m. Spatial rigidity of the structure is achieved by the arch itself in the transverse direction and by sway and longitudinal bracing in the longitudinal direction. The building was designed according to valid ČSN EN standards. Keywords loadbearing steel structure, single-storey building, two-hinged parabolic arched truss, main truss,
Bibliografická citace VŠKP Tomáš Kučera Výstavní pavilon v Bystřici pod Hostýnem. Brno, 2015. 9 s., 94 s. příl. Bakalářská práce. Vysoké učení technické v Brně, Fakulta stavební, Ústav kovových a dřevěných konstrukcí. Vedoucí práce Ing. Milan Pilgr, Ph.D.
Prohlášení: Prohlašuji, že jsem diplomovou práci zpracoval(a) samostatně a že jsem uvedl(a) všechny použité informační zdroje. V Brně dne 29.5.2015.. podpis autora
PROHLÁŠENÍ O SHODĚ LISTINNÉ A ELEKTRONICKÉ FORMY VŠKP Prohlašuji, že elektronická forma odevzdané typ práce je shodná s odevzdanou listinnou formou. V Brne dne 29. 5. 2015 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - titul jméno a příjmení studenta
Sdělení Tato bakalářská práce byla zpracována s využitím infrastruktury Centra AdMAS. Poděkování Děkuji Ing. Milanu Pilgrovi, Ph.D. za odborné vedení bakalářské práce a poskytování cenných rad, které mi v průběhu zpracování práce podával.
VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ FAKULTA STAVEBNÍ POPISNÝ SOUBOR ZÁVĚREČNÉ PRÁCE Vedoucí práce Autor práce Škola Fakulta Ústav Studijní obor Studijní program Název práce Název práce v anglickém jazyce Typ práce Přidělovaný titul Jazyk práce Datový formát elektronické verze Ing. Milan Pilgr, Ph.D. Tomáš Kučera Vysoké učení technické v Brně Stavební Ústav kovových a dřevěných konstrukcí 3647R013 Konstrukce a dopravní stavby B3607 Stavební inženýrství Výstavní pavilon v Bystřici pod Hostýnem Exhibition pavilion in Bystřice pod Hostýnem Bakalářská práce Bc. Čeština Anotace práce Anotace práce v anglickém jazyce Cílem této práce je navrhnout a posoudit nosnou ocelovou konstrukci výstavního pavilonu v Bystřici pod Hostýnem. Objekt má obdélníkový půdorys o rozměrech 32x45 m. Výška objektu je 13 m. Hlavní nosná konstrukce je v příčném směru tvořena dvojkloubovým příhradovým parabolickým obloukem. Příčná vazba je kladena po 6,43 m. Prostorová tuhost je zajištěna v příčném směru samotným obloukem a v podélném směru příčným a podélným ztužidlem. Objekt byl navržen podle platných norem ČSN EN. The aim of the thesis is to design and check the loadbearing steel structure of exhibition pavilion in Bystřice pod Hostýnem. Building has rectangular plan with dimensions 32x45 m. Building height is 13 m. Main loadbearing structure is two-hinged parabolic arched truss in the transverse direction. Main trusses are placed in the distance of 6.43 m. Spatial rigidity of the structure is achieved by the arch itself in the transverse direction and by sway and longitudinal bracing in the longitudinal direction. The building
Klíčová slova Klíčová slova v anglickém jazyce was designed according to valid ČSN EN standards. nosná ocelová konstrukce, jednopodlažní budova, dvojkloubový příhradový parabolický oblouk, příčná vazba, loadbearing steel structure, single-storey building, two-hinged parabolic arched truss, main truss,
Seznam použitých zdrojů 1. Normativní dokumenty [1] ČSN EN 1990 Zásady navrhování konstrukcí [2] ČSN EN 1991-1-1 Zatížení konstrukcí, Obecná zatížení Objemové tíhy, vlastní tíha a užitná zatížení pozemních staveb [3] ČSN EN 1991-1-3 Zatížení konstrukcí, Obecná zatížení Zatížení sněhem [4] ČSN EN 1991-1-4 Zatížení konstrukcí, Obecná zatížení Zatížení větrem [5] ČSN EN 1993-1-1 Navrhování ocelových konstrukcí, Obecná pravidla a pravidla pro pozemní stavby [6] ČSN EN 1993-1-8 Navrhování ocelových konstrukcí, Navrhování styčníků 2. Literatura [7] MELCHER J., STRAKA B. Kovové konstrukce Konstrukce průmyslových budov (skriptum). Praha: SNTL, 1985, 218 s. [8] ČSN 01 3483 Výkresy kovových konstrukcí, Praha: Český normalizační institut, 1986. [9] ČSN 73 1401 Navrhování ocelových konstrukcí [10] STODŮLKA J., Směrnice pro kotvení ocelových konstrukcí podniková norma, VÍTKOVICE, a.s., Ostrava, 1994, 35 s. [11] MELCHER J.,KARMAZÍNOVÁ M.,BAJER M., SÝKORA K., Prvky kovových konstrukcí, modul BO02- M05 Pruty namáhané kroucením, studijní opory, Brno: ŽS Brno, 32 s. [12] KADLČÁK J., KYTÝR K., STATIKA STAVEBNÍCH KONSTRUKCÍ II. Brno: VUTIUM, 2004, 432 s., ISBN 80-214-3428-8 3. Odkazy www.kingspan.cz http://www.steelcalc.com
Obsah I. Textová část 1. Technická zpráva II. Přílohy 1. Statický výpočet 2. Výkaz materiálu 3. Výkresová dokumentace a. Výkres dispozice M 1:100 b. Výkres detailů M 1:5
VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY FAKULTA STAVEBNÍ ÚSTAV KOVOVÝCH A DŘEVĚNÝCH KONSTRUKCÍ FACULTY OF CIVIL ENGINEERING INSTITUTE OF METAL AND TIMBER STRUCTURES VÝSTAVNÍ PAVILON V BYSTŘICI POD HOSTÝNEM EXHIBITION PAVILION IN BYSTŘICE POD HOSTÝNEM TECHNICKÁ ZPRÁVA BAKALÁŘSKÁ PRÁCE BACHELOR'S THESIS AUTOR PRÁCE AUTHOR VEDOUCÍ PRÁCE SUPERVISOR TOMÁŠ KUČERA Ing. MILAN PILGR, Ph.D. BRNO 2015
Bakalářská práce Technická zpráva Tomáš Kučera Obsah 1 Obecné údaje... 3 2 Normativní dokumenty... 4 3 Předpoklady návrhu nosné konstrukce... 5 4 Popis objektu výstavního pavilonu... 6 5 Popis konstrukčního systému... 6 6 Popis statického řešení nosné konstrukce... 8 7 Hmotnost konstrukce... 8 8 Literatura... 9 Stránka 2 z 9
Bakalářská práce Technická zpráva Tomáš Kučera 1 Obecné údaje Cílem bakalářské práce je návrh a posouzení nosné ocelové konstrukce výstavního pavilonu v Bystřici pod Hostýnem o půdorysných rozměrech 32x45 m. Návrh splňuje normativní požadavky na únosnost a použitelnost konstrukce a také požadavky na architektonické a dispoziční řešení. Pavilon má obdélníkový půdorys o rozměrech 32x45 m. Zastřešení má tvar parabolické válcové plochy. Konstrukční výška je 13 m, maximální světlá výška 11,4 m, celková výška objektu je 13,46 m. Půdorys objektu Stránka 3 z 9
Bakalářská práce Technická zpráva Tomáš Kučera Schéma příčné vazby Schéma štítové stěny 2 Normativní dokumenty Nosná ocelová konstrukce objektu výstavního pavilonu byla navržena v souladu s těmito platnými normativními dokumenty: Stránka 4 z 9
Bakalářská práce Technická zpráva Tomáš Kučera ČSN EN 1990 Zásady navrhování konstrukcí ČSN EN 1991-1-1 Zatížení konstrukcí, Obecná zatížení Objemové tíhy, vlastní tíha a užitná zatížení pozemních staveb ČSN EN 1991-1-3 Zatížení konstrukcí, Obecná zatížení Zatížení sněhem ČSN EN 1991-1-4 Zatížení konstrukcí, Obecná zatížení Zatížení větrem ČSN EN 1993-1-1 Navrhování ocelových konstrukcí, Obecná pravidla a pravidla pro pozemní stavby ČSN EN 1993-1-8 Navrhování ocelových konstrukcí, Navrhování styčníků 3 Předpoklady návrhu nosné konstrukce Statické posouzení nosné ocelové konstrukce bylo provedeno na: Mezní stav únosnosti s uvážením vlivu ztráty stability prvků, prosté pevnosti průřezu a pevnosti spojů, na nejnepříznivější z kombinací návrhových hodnot zatížení, přičemž hodnoty materiálových vlastností byly uvažovány pro ocel S 235. Mezní stav použitelnosti na nejnepříznivější hodnoty deformací z kombinací charakteristických hodnot zatížení, přičemž hodnoty materiálových vlastností byly uvažovány pro ocel S 235. Nosná ocelová konstrukce objektu byla dimenzována na následující stálá zatížení: Vlastní tíha nosné konstrukce Střešní plášť q 1 =0,214 kn/m 2 Rozvody TZB q 2 =1,00 kn/m 2 Nosná ocelová konstrukce objektu byla dimenzována na následující proměnná zatížení: Stránka 5 z 9
Bakalářská práce Technická zpráva Tomáš Kučera Klimatické zatížení sněhem s charakteristickou hodnotou zatížení sněhem s k =1,5 kn/m 2 odpovídající III. sněhové oblasti dle ČSN EN 1991-1-3: Zatížení konstrukcí Zatížení sněhem. Klimatické zatížení větrem se základní výchozí rychlostí větru v b,0 =25 m/s odpovídající II. větrové oblasti a kategorii terénu III dle ČSN EN 1991-1-4: Zatížení konstrukcí Zatížení větrem. Užitné zatížení osamělým břemenem o velikosti 1 kn a rovnoměrným rozděleným zatížením o velikosti q k =0,75 kn/m 2 na plochu maximálně 10 m 2 bylo uvažováno samostatně pro osamělé břemeno a rovnoměrné rozdělené zatížení. Žádná další proměnná zatížení nebyla uvažována a nosné konstrukce tudíž nejsou na jejich přenos dimenzovány. 4 Popis objektu výstavního pavilonu Vnější půdorysné rozměry pavilonu jsou 36x45m. Světlá výška 11,4 m, konstrukční výška je 13 m, celková výška objektu je 13,46 m. Střešní a stěnový plášť tvoří sendvičové panely Kingspan. Nosná konstrukce je navržena mezi podélnými modulovými osami A-B ve vzdálenosti 32 m a mezi modulovými osami 1-2-3-4-5-6-7-8 v příčném směru ve vzdálenosti 6,43 m. 5 Popis konstrukčního systému Hlavní nosnou konstrukcí je parabolický dvojkloubový příhradový oblouk o rozpětí 32 m a vzepětí 12,2 m. Konstrukce je tvořena 8 oblouky v osové vzdálenosti 6,43 m, které jsou spojeny plnostěnnými vaznicemi a podélnými ztužidly. Oblouk je uložen pomocí čepového spoje a ukotven pomocí zabetonovaného šroubu s hákem. Prostorová tuhost konstrukce zajišťuje v podélném směru jedno příčné a šest podélných ztužidel. V příčném směru zajišťuje tuhost samotná příčná vazba. Stránka 6 z 9
Bakalářská práce Technická zpráva Tomáš Kučera Sloupy štítové stěny jsou ve vodorovném směru podepřeny jednak v patě a ve vrcholu a jednak vodorovným příhradovým nosníkem. Tento nosník je ve výšce 6,086 m, jedná se o svislicový systém, výška nosníku je 2 m. Ocelová konstrukce je navržena jako svařovaná se šroubovými a čepovými montážními spoji. Příčná vazba je tvořena příhradovým parabolickým obloukem o rozpětí 32 m a vzepětí 12,2 m. Oblouky jsou v obou směrech kloubově uložené. Příhradový oblouk je 1,6 m vysoký s konstantní vzdáleností pásů. Pásy tvořící oblouk jsou doplněny mezipásovými pruty diagonálami a v místech připojení podélných ztužidel i svislicemi. Pásy jsou navrženy z obdélníkových trubek 200x100x10 mm, mezipásové pruty ze čtvercových trubek 80x3,2 mm. Trubky jsou svařeny přímo, ve styčníku mezi diagonálami je použit dělící plech. Osová délka horního pásu je 40,95 m, dolního pásu 37,81 m. Příhradový oblouk bude rozdělen na 3 cca 13metrové přepravní celky, spojené montážním tupým svarem s plným závarem. Vaznice jsou spojeny šroubovým spojem k přípojnému úhelníku, který je přivařen k hornímu pásu oblouku. Vaznice jsou navrženy z válcovaného profilu IPE 270. Pootočení hlavních os vaznic sleduje sklon parabolické střešní plochy. Vaznice jsou v rovině menší tuhosti v polovině rozpětí podepřeny táhlem. V rovině větší tuhosti vaznice působí jako prostý nosník, v rovině menší tuhosti vaznice působí jako spojitý nosník. Táhlo podporující vaznice je z plné kruhové oceli průměru 21 mm. Na obou koncích je opatřeno závitem. Podélná ztužidla jsou navržena za vyloučení tlaku z táhel z plné kruhové oceli ϕ=12 mm. Jsou přivařena na plech, který je šroubově připojen k styčníkovému plechu. Ten je přivařen k pásům vazníku. Je zde použit přeplátovaný spoj. Příčné ztužidlo je navrženo za vyloučení tlaku z kruhových trubek 76,1x2,6 mm. Jedná se o složenou soustavu. Krajní pole při podporách jsou tvořena polopříčkovou soustavou ze čtvercových trubek 60x4 mm. Tyto pruty jsou namáhány tahem i tlakem. Vodorovný příhradový nosník štítové stěny se skládá z pásových prutů průřezu IPE 220 a z mezipásových prutů navržených ze čtvercových trubek 50x2,6 mm. V místě sloupů je podepřen vzpěrkami ze čtvercových trubek stejného průřezu. Stránka 7 z 9
Bakalářská práce Technická zpráva Tomáš Kučera Štítové stěny jsou tvořeny čelními sloupy z válcovaného průřezu HEB 120 a paždíky z válcovaného průřezu IPE 2200. Uložení je uvažováno v obou směrech kloubové. Střešní plášť je tvořen sendvičovými panely Kingspan KS 1000 XD (tl. 80 mm). Panely jsou kladeny kolmo na vaznice a jsou konstrukčně spojeny s vaznicemi. Maximální rozpon dle tabulek výrobce je uvažován 4 m, což je větší než 2,93 m. Stěnový plášť je tvořen sendvičovými panely Kingspan KS 1150 TF 80 (tl. 80 mm). Stěnový plášť je ve svislém směru samonosný, konstrukčně připojen k paždíkům. Maximální rozpon dle tabulek výrobce je uvažován 4,23 m, což je větší než 3,96 m. 6 Popis statického řešení nosné konstrukce Statická analýza nosné ocelové konstrukce výstavního pavilonu byla provedena metodou konečných prvků v komerčním programu RFEM 5. Výpočtem byl analyzován prostorový model nosné konstrukce a to na účinky stálých a proměnných zatížení, specifikovaných v části 3. Posouzení mezního stavu únosnosti a použitelnosti nosné konstrukce jako celku i jejích jednotlivých elementů bylo provedeno v souladu s normou ČSN EN 1993 Navrhování ocelových konstrukcí. Nosná konstrukce vyhověla na obě skupiny mezních stavů. 7 Hmotnost konstrukce Konstrukčním materiálem je ocel S 235. Pro spojovací materiál je použita ocel pevnostní třídy 5.6. Hmotnost nosné ocelové konstrukce odhadnutá na základě systémových délek prutů, jmenovité plochy průřezů a objemové hmotnosti oceli ρ=7850 kg/m 3 je cca 68,6 t. Tato hmotnost je pouze orientační. Brno, červen 2015 Stránka 8 z 9
Bakalářská práce Technická zpráva Tomáš Kučera 8 Literatura MELCHER J., STRAKA B. Kovové konstrukce Konstrukce průmyslových budov (skriptum). Praha: SNTL, 1985, 218 s. ČSN 01 3483 Výkresy kovových konstrukcí, Praha: Český normalizační institut, 1986. ČSN 73 1401 Navrhování ocelových konstrukcí STODŮLKA J., Směrnice pro kotvení ocelových konstrukcí podniková norma, VÍTKOVICE, a.s., Ostrava, 1994, 35 s. MELCHER J.,KARMAZÍNOVÁ M.,BAJER M., SÝKORA K., Prvky kovových konstrukcí, modul BO02-M05 Pruty namáhané kroucením, studijní opory, Brno: ŽS Brno, 32 s. KADLČÁK J., KYTÝR K., STATIKA STAVEBNÍCH KONSTRUKCÍ II. Brno: VUTIUM, 2004, 432 s., ISBN 80-214-3428-8 Stránka 9 z 9