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 VÍCEPODLAŽNÍHO OBJEKTU STRUCTURE OF THE MULTI-STOREY OF REINFORCED CONCRETE BUILDING DIPLOMOVÁ PRÁCE MASTER'S THESIS AUTOR PRÁCE AUTHOR VEDOUCÍ PRÁCE SUPERVISOR Bc. ONDŘEJ LOCHMAN Ing. PAVEL ŠULÁK, Ph.D. BRNO 2012
Abstrakt Předmětem diplomové práce je návrh a posouzení nosné konstrukce vícepodlažního objektu. Řešená konstrukce má členitý půdorysný tvar tvořený třemi obdélníkovými trakty a nachází se v suterénu objektu pod úrovní terénu. Nosnou konstrukci tvoří stěny a stropní deska, která se ve středním traktu vertikálně zvedá blíže k úrovni terénu. Dalšími řešenými prvky v konstrukci jsou schody, základová deska a trám. Nosná konstrukce je řešena monoliticky jako železobetonová. Klíčová slova Diplomová práce, nosná konstrukce, stěny, stropní deska, schody, základová deska, trám, monoliticky, železobetonová. Abstract The Master s thesis subject is a design and an estimation of the load-bearing structure of a multi-storeyed building. The structure has a miscellaneous ground-plan shape consisting of three rectangular tracts and it is placed in the building basement under the ground level. The load-bearing structure involves walls and a floor slab which rises up vertically closer to the ground level in the central tract. Among further components being solved belong stairs, basement slab and beam. The load-bearing structure is solved monolithically as steel concrete component. Keywords Master s thesis, load-bearing-structure, walls, floor slab, stairs, basement slab, beam, monolithically, steel concrete.
Bibliografická citace VŠKP LOCHMAN, Ondřej. Nosná železobetonová konstrukce vícepodlažního objektu. Brno, 2011. 7 s., 124 s. příl. Diplomová práce. Vysoké učení technické v Brně, Fakulta stavební, Ústav betonových a zděných konstrukcí. Vedoucí práce Ing. Pavel Šulák, Ph.D..
Poděkování: Především bych chtěl poděkovat panu Ing. Pavlu Šulákovi, Ph.D za věcné rady a připomínky při konzultacích.
VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ FAKULTA STAVEBNÍ ÚSTAV BETONOVÝCH A ZDĚNÝCH KONSTRUKCÍ A) TEXTOVÁ ČÁST Vypracoval: Bc. Ondřej Lochman Vedoucí bakalářské práce: Ing. Pavel Šulák, Ph.D Brno 2012
OBSAH: Úvod 3 Řešené konstrukce 4 Postup výstavby 4 Řešení konstrukční části 4 Model konstrukce 5 Závěr 5 Seznam použitých zdrojů 6 Seznam příloh 7 2
Úvod: Předmětem diplomové práce je řešení části nosné konstrukce shromažďovacího prostoru budovy hanáckého statku ve Vyškově. Stávající objekt dříve sloužil jako hanácký statek, ale postupem doby začal chátrat a nový majitelé se rozhodli pro rozsáhlejší rekonstrukci a změnu účelu budovy. Po rekonstrukci by budova měla sloužit jako centrum environmentální výchovy, čili jako taková galerie sloužící ke vzdělávání občanů. Stávající budova statku má půdorysné rozměry 14,75 x 35,25 m. Obvodové zdivo je zhotoveno z cihel plných pálených tloušťky 0,9 m. Výška budovy k střešnímu hřebeni je 10,47 m. Sedlová střecha zhotovena z pálených tašek. Předmětem rekonstrukce je výměna staré střešní krtiny, výstavba konstrukce pro překonání výškové úrovně (schody + výtah), oprava nutných částí stávajícího objektu a přistavení nové konstrukce přiléhající přímo k objektu. Oba objekty budou propojeny a to jak v úrovni nadzemního podlaží,tak i v úrovni suterénu. Bude tedy možné přecházet plynule z jednoho objektu do druhého, aniž by jsme opustili prostor pod střechou. Přiléhající novostavba v úrovni nad terénem bude mít půdorysný tvar písmena L. Nosnou konstrukci budou tvořit tvarovky Porotherm 44 P+D. Budova o dvou nadzemních podlaží bude mít výšku hřebene 6,29 m a střešní krytinu zhotovenou z rákosu. Celkově bude nová konstrukce posazena hlouběji do terénu v porovnání se stávajícím objektem a to asi o 1,5 m. Dále bude zhotovena monolitická železobetonová konstrukce pod úrovní terénu, která jak bylo zmíněno výše v textu, bude spojovat oba nadzemní objekty a to v hloubce až 5 m pod úrovní přiléhajícího terénu. Nebude však plnit jen funkci spojovací. Podzemní konstrukce se skládá ze tří traktů. Tato práce řeší pouze stavbu spodní a proto se dále budu věnovat pouze popisu podzemní konstrukce. Ta je tvořena dvěma trakty, které jsou vzájemně spojeny třetím traktem, chodbou (betonový krček). První trakt ležící pod původní budovou má půdorysné rozměry 15,3 x 6,3 m je tím menším. Skládá se z konstrukce tříramenného schodiště a dvou technických místností se světlou výškou 4,94 m. Do druhého traktu se dostaneme chodbou o délce 7,8 m a šíři 2,8 m. Asi v půlce této chodby dochází ke snížení stropní konstrukce o 1,8 m a dostáváme tedy světlo výšku 3,1 m. Druhý trakt o 3
půdorysných rozměrech 17,8 x 8,6 m je tím větším. Jeho součástí je předsálí, šatna, ocelové točité schody, multimediální místnost a sociální zařízení. Řešené konstrukce V rámci diplomové práce jsem se zaměřil pouze na spodní stavbu, tedy návrh a statické posouzení železobetonové monolitické konstrukce sestávající se ze základové desky, stěn, stropních desek, trámů a schodiště. Návrh a posouzení všech těchto komponent je součástí přílohy B2) statický výpočet. Postup výstavby Navrhovaná konstrukce suterénních prostor je konstrukce navržená dodatečně k již stojící budově hanáckého statku. Měla by spojovat stávající objekt hanáckého statku s plánovanou přiléhající novostavbou a to pod úrovní terénu. Vzhledem k těmto skutečnostem musely být na stávající budově provedeny některé úpravy tak, aby se dala navrhovaná konstrukce zrealizovat. Do nosné obvodové stěny původní budovy byl vytvořen otvor pro zpřístupnění těžké techniky (výkopové práce). Otvor byl zajištěn ocelovými nosníky profilu I. Abychom této konstrukci při výstavbě maximálně ulevili, byla rozebrána stará střešní konstrukce nad místem vybudovaného otvoru. Pro vytvoření betonového krčku spojujícího podzemní místnosti musela být probourána část stávajícího základu. Pro zachování stability zbylého základu muselo dojít k jeho zajištění a to tím způsobem, že byla vytvořena podbetonávka. Výkopové práce probíhaly pomocí potřebné techniky, zajištění výkopu proti zborcení bylo zajištěno příslušnými pažícími prostředky. Řešení konstrukční části Vzhledem k fiktivnímu umístění stavby byly základové poměry zvoleny jako jednoduché bez nepříznivých účinků spodní vody. Základovou půdou jsou písčité štěrky. Založení objektu je zvoleno na ŽB základové desce o tloušťce 300 mm. V ploše základové desky byla umístěna podkladní deska z prostého betonu o tloušťce 100 mm nad kterou byla umístěna hydroizolace. Dále byly vybetonovány ŽB stěny tloušťky 300 mm lemující základovou desku po obvodě, které byly také opatřeny hydroizolací. Výška stěny se v místě betonového krčku spojujícího oba trakty mění z 3,1 na 4,94 m. Nad oběma trakty je vybetonována stropní deska, o tl. 250 a 200 mm. V místě vertikálního 4
posunu stropních desek je navrženo monolitické železobetonové schodiště s nadbetonovanými stupni, které je vetknuto do stropních desek. Tloušťka schodišťových ramen je navržena 160 mm a tloušťka mezipodesty je shodná s tl. stropní desky, tj 200 mm. Pro překonání výškové vzdálenosti z 1PP do vyšších pater je navržena výtahová šachta o tl. ŽB stěn 200 mm i monolitické železobetonové schodiště skládající se ze tří ramen a dvou mezipodest. Model konstrukce Konstrukce je řešena jako 3D model ve výpočetním programu SCIA Engineer, a je modelována jako celek. Výhodou takto zhotoveného modelu je sledování skutečného působení nosných prvků a jejich vzájemného propojení. Taktéž pak model budí dojem větší kompaktnosti, což je i z hlediska představivosti daleko názornější. Naopak nevýhodou takového modelu je nezohlednění fází výstavby, jako by konstrukce byla vystavěna v jednom okamžiku. Závěr: Cílem diplomové práce bylo pochopit statické působení posuzovaných prvků a vystihnout jejich chování na vytvořeném modelu co možná nejlépe. Výpočet účinků zatížení byl proveden pomocí výpočetního programu SCIA Engineer. Výsledky výpočtů byly uplatněny při návrhu konstrukčních prvků dle mezních stavů únosnosti MSÚ a mezních stavů použitelnosti MSP. Vyhodnocení prvků na mezní stavy bylo provedeno pro nejméně příznivé kombinace. Veškeré tabulky provedeny v programu Microsoft Office Excel, textová část v Microsoft Office Word. 5
Seznam použitých zdrojů [1] ČSN EN 1990: Zásady navrhování konstrukcí [2] ČSN EN 1991-1-1: Zatížení konstrukcí-část 1-1: Obecná zatížení-objemové tíhy, vlastní tíha a užitná zatížení pozemních staveb [3] ČSN EN 1992-1-1: Navrhování betonových konstrukcí Část 1-1: Obecná pravidla a pravidla pro pozemní stavby [4] Navrhování betonových konstrukcí 1 Prvky z prostého a železového betonu, Prof. Ing. Jaroslav Procházka, CSc. a kolektiv [5] Betonové konstrukce III, Doc. Ing. Zdeněk Bažant, CSc., Doc. Ing. Svatopluk Šmiřák, CSc. [6] Příklady navrhování betonových konstrukcí 1, Prof. Ing. Jaroslav Procházka, CSc. a kolektiv Použitý software: SCIA Engineer AutoCAD MS Office 6
SEZNAM PŘÍLOH: B1) Použité podklady B2) Statický výpočet B3) Výkresová dokumentace 01 Výkres tvaru žb konstrukce 1.pp 1.část 1:50 02 Výkres tvaru žb konstrukce 1.pp 2.část 1:50 03 Výkres tvaru stropní konstrukce 1.pp 1:50 04 Výkres tvaru výztuže - základová deska 1.část 1:50,1:20 05 Výkres tvaru výztuže - stěna 1.část 1:50,1:20 06 Výkres tvaru výztuže - stropní deska- 1.část 1:50,1:20 07 Výkres tvaru výztuže - základová deska 2.část 1:50,1:20 08 Výkres tvaru výztuže - stěna 2.část 1:50,1:20 09 Výkres tvaru výztuže - stropní deska- 2.část 1:50,1:20 10 Výkres tvaru výztuže - schodiště s1 1:50,1:20 11 Výkres tvaru výztuže - schodiště s2 1:50,1:20 12 Výkres tvaru výztuže - trámy ve stropě - 1.část 1:20 13 Výkres tvaru výztuže - trámy ve stropě - 2.část 1:20 B4) Technická zpráva 7