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 ÚPRAVA A ZMĚNA PRŮMYSLOVÉ HALY ADAPTATION AND MODIFICATION OF THE INDUSTRY HALL DIPLOMOVÁ PRÁCE DIPLOMA THESIS AUTOR PRÁCE AUTHOR VEDOUCÍ PRÁCE SUPERVISOR BC. LUKÁŠ BENDA doc. Ing. LADISLAV KLUSÁČEK, CSc. BRNO 2015
Abstrakt Diplomová práce je zaměřena na návrh železobetonového montovaného skeletu průmyslové haly. Předmětem návrhu jsou dva vnitřní příčné rámy haly, skládající se ze střešního železobetonového vazníku, sloupů, průvlaku a plošného založení. Práce obsahuje vypracování statického výpočtu, výkresů tvaru a výztuže řešených prvků, vypracování výkresů sestavy dílců. Ostatní části objektu nejsou v této práci řešeny. Klíčová slova montovaný skelet, průmyslová hala, jeřábová dráha, železobetonový vazník, sloup, plošný základ, dimenzování, vnitřní síly, zatížení, zatěžovací stavy, výkresová dokumentace Abstract The master s thesis is focused on a design of reinforced concrete refabricated skeleton of the industrial hall. Object of the design are two internal traverse frames of the hall which consists of reinforced concrete truss, columns, girder and concrete flat foundation. Thesis includes working-out of static calculation, elaboration drawings of shape, reinforcement of solved elements and evolvement of assembly drawings. The rest of the project parts are not analyzed. Keywords prefabricated skeleton, industrial hall, crane track, reinforced concrete truss, column, flat foundation, design of structures, internal forces, load, load cases, drawing documentation
Bibliografická citace VŠKP Bc. Lukáš Benda Úprava a změna průmyslové haly. Brno, 2015. 123 s., 24 s. příl. Diplomová práce. Vysoké učení technické v Brně, Fakulta stavební, Ústav betonových a zděných konstrukcí. Vedoucí práce doc. Ing. Ladislav Klusáček, CSc.
Poděkování: Hlavní poděkování patří panu doc. Ing. Ladislavu Klusáčkovi, CSc. za věcné rady a připomínky při konzultacích. Děkuji.
Seznam příloh A) PRŮVODNÍ ZPRÁVA B) POUŽITÉ PODKLADY C1) STATICKÝ VÝPOČET 1.ČÁST: Zatížení, Kombinace zatížení, Materiály C2) STATICKÝ VÝPOČET 2.ČÁST: Dimenzování konstrukčních prvků D) VÝKRESOVÁ ČÁST
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 ÚPRAVA A ZMĚNA PRŮMYSLOVÉ HALY ADAPTATION AND MODIFICATION OF THE INDUSTRY HALL A) PRŮVODNÍ ZPRÁVA DIPLOMOVÁ PRÁCE DIPLOMA THESIS AUTOR PRÁCE AUTHOR VEDOUCÍ PRÁCE SUPERVISOR BC. LUKÁŠ BENDA doc. Ing. LADISLAV KLUSÁČEK, CSc. BRNO 2015
Obsah: 1. Úvod. 3 2. Popis objektu. 3 3. Variace provedení.. 4 4. Materiály. 6 5. Zatížení. 6 6. Postup návrhu. 6 7. Postup montáže. 8 8. Bezpečnost a ochrana zdraví. 9 9. Závěr. 9 10. Seznam použitých zdrojů. 10 11. Seznam použitých programů. 11
1
1. Úvod Předmětem diplomové je řešení částí nosné konstrukce přístavby průmyslového objektu. Objekt je řešen jako dvoulodní výrobní hala s dvoupodlažním skladovacím sektorem. Nosnou konstrukci tvoří železobetonový montovaný skelet. Šířka jedné lodi je 17,5m, jednotlivé příčné vazby jsou od sebe vzdáleny 6m. V obou lodích se nachazí jeřábové dráhy se 2 jeřáby (celkem 4). Objekt je založen na monolitických patkách s prefabrikovanými objímkami, tvořící v celku kalichovou patku. Sloupy mimo základní řady, podporující stropy skladovacích prostor jsou založeny na dvoustupňových patkách z prostého betonu. 2. Popis objektu Jedná se o výrobní a skladovou halu o dvou lodích umístěnou v zářezu hloubky 3,70m. Záměrem stavby je rozšíření skladovacích prostor stávajícího průmyslového objektu a zřízení nových výrobních prostor. Půdorysné rozměry konstrukce jsou 35 x 78m, výška 10,690m od ±0,000 tj. úrověň podlahy nové části haly. Střecha je navržena sedlová se sklonem 7. Nosná konstrukce je tvořena železobetonovým montovaným (prefabrikovaným) skeletem a monolitickými prvky v oblasti základů. Podélné ztužení objektu je zajištěno ztužidly ZT01 v úrovni hlavy krajních sloupů a ztužidly ZT02 umístěnými mezi vnitřními sloupy ve výšce +6,300m. Dilatační rovina konstrukce se nachází v ose 7 a je v úrovni střešního pláště posuvným spojem (obr.1). V úrovni ztužidel je řešena měkkou výplní spoje ztužidlo-sloup materiálem typu PUR - polyuretanová pěna (obr.2). V oblasti obvodového pláště je dilatace řešena nahrazením svařovaného spoje posuvným zámkem typu HTA profilů společnosti Halfen (obr.3). Obr.1 Schéma spoje Vaznice-Vazník umožňující podélný posun Obr.2 Schéma spoje Sloup-Ztužidlo v ose 7 2
Obr.3 Schéma posuvného zámku (Profil HTA) společnosti Halfen Dvoupodlažní skladovací část objektu je přímo napojena na výrobní sektor. Stropy jsou tvořeny prefabrikovanými nosníky typu SPIROLL, specifikovanými včetně vrstev podlahy v části C.1) Statický výpočet 1.část. 3. Variace provedení Vzhledem k nekonkretizovanému typu výroby nelze stanovit nejúčinnější rozmístění jednotlivých sektorů. Proto byla sestavena druhá varianta úspornější z ekonomického hlediska a to s úsporou zemních prací a objemem materiálu potřebným pro výrobu jednotlivých prvků (Obr.4). Obr.4 Schéma příčného řezu sekundární varianty provedení konstrukce Nedostatkem této varianty a pro investora jistě velice důležitým faktorem je omezení kontinuálního provozu uvnitř budovy a to hlavně z hlediska nutnosti 4
překonávat výškový rozdíl podlah mezi jednotlivými loděmi. Proto bylo jako vhodnější řešení zvoleno provedení uvedené na Obr.5. Obr.5 Schéma příčného řezu navrhované konstrukce 5
4. Materiály Specifikace použitých materiálů viz. C1) Statický výpočet 1.část 5. Zatížení Zatížení stálá Stálá zatížení působící na konstrukci haly jsou vlastní tíha konstrukce, tíha střešního a obvodového pláště, vlastní tíha nosníků jeřábových drah, vlastní tíha stropů ve skladovací části objektu a zemní tlak působící na opěrné stěny v ose C. Zatížení užitná Užitná zatížení působící na konstrukci jsou zatížení sněhem, zatížení větrem, zatížení mostovými jeřáby včetně maximálního nosného břemene, zatížení nákladní dopravou pohybující se podél osy C nad opěrnými stěnami a užitné zatížení na stropech ve skladovací části objektu. Bližší specifikace zatížení viz. C1) Statický výpočet 1.část (Sněhová oblast II, Větrová oblast II ) 6. Postup návrhu Jeřábová dráha Účinky od mostového jeřábu o nosnosti 8t byli stanoveny dle ČSN EN 1991-3. Jako průřez jeřábové dráhy byl zvolen válcovaný profil HEA320. Polohy zatížení vyvozující maximální zatížení i maximální vnitřní sily byly určeny pojezdem sestavou břemen dle výpočtu. Pro ověření správnosti tohoto postupu byly tyto polohy a vyvozené vnitřní síly určeny ručně pomocí Winklerova resp. Břemenového kritéria. Posléze byl nosník jeřábové dráhy posouzen na mezní stav únosnosti při namáhání maximálním ohybovým momentem s vlivem posouvající síly. Střešní vazník Pro vazník o rozpětí 17,3 m byl zvolen průřez tvaru T s proměnnou výškou 0,73 1,05m. Takto navržený vazník byl posouzen na mezní stav únosnosti. Ze strany namáhání ohybem, způsobeným provozním zatížením, byl posouzen v místě největšího ohybového momentu a v místě, kde je hlavní nosná výztuž redukovaná na min 50% výztuže kotvené v podpoře. Z hlediska namáhání posouvající silou byl nosník posouzen u obou podpor. Nosník byl dále 6
posouzen na ohybové účinky vzniklé při manipulaci s prvkem např. vyzvedávání z formy. V poslední řadě byl vazník posouzen na mezní stav použitelnosti z hlediska průhybu při provozním zatížení. Sloupy Průřezy sloupů byly zvoleny z větší části jako obdélníkové a to hlavně z důvodu převažujícího zatížení v rovině rámu (zemní tlak, kamionová doprava). Veškeré sloupy byli posouzeny na mezní stav únosnosti při namáhání ohybovým momentem a to v nejvíce namáhaných místech daného průřezu. K posouzení byly sestaveny interakční diagramy. Základní ohybové momenty byli přepočteny s vlivem geometrických imperfekcí a o účinky druhého řádu metodou jmenovité křivosti. Sloup monoliticky spojený s opěrnou stěnou byl také posouzen na namáhání posouvající silou. Pro uložení jeřábové dráhy a průvlaků byly navrženy konzoly metodou příhradové analogie. Navržena byla také vidlice v hlavě sloupu na účinky větru opírající se o uložené vazníky. Návrhy výztuže sloupů zabírají velkou část statického výpočtu z důvodu získání skutečné ohybové tuhosti rámu. Jako zatížení zemním tlak byl zvolen předpoklad působení klidového zemního tlaku, což bylo nutné ověřit na deformacích příčného rámu. Průvlak Průřez průvlaku byl zvolen ve tvaru převráceného T výšky 0,45m, šířky 0,40/0,70m a to z důvodu vytvoření ložného prostoru pro stropy z panelů SPIROLL. Průvlak byl posouzen na mezní stav únosnosti při namáhání maximálním ohybem v poli a v podpoře nad sloupem. Dále na maximální namáhání posouvající silou v oblasti podpor. V části průvlaku, uloženém na konzole, byla navržena výztuž pro únosnost ozubu, na kterém je uložen. Tato výztuž byla zohledněna v posudku na namáhání posouvající silou. Kalich Kalichová patka je rozdělena na prefabrikovanou objímku a monolitickou dolní část. V první řadě byli navrženy rozměry objímky dle normových zásad závislých na rozměrech usazovaného sloupu a vnitřních silách v patě sloupu. Objímka byla posouzena na mezní stav únosnosti na mezní stav porušení objímky rozštěpením, odtržením objímky od spodní deskové části a roztržením. Dolní část patky byla posouzena na mezní stav únosnosti metodou náhradní konzoly a zatížením působícím na efektivní ploše. Vzhledem k dobře únosnému podloží, nebylo nutné navrhovat hloubkové založení. 7
Monolitická dvoustupňová patka z prostého betonu Rozměry dvoustupňové patky byli navrženy tak, aby spojnice mezi dolní hranou spodního stupně a dolní hranou sloupu svírali s horizontálou úhel 60. Patka byla posouzena na mezní stav únosnosti ověřením maximálního napětí v tažených vláknech betonu. Návrh spoje tenkostěnné vaznice a vazníku K připojení vaznic v rozteči 2m byli navrženi vždy 2 samořezné šrouby s šířkou dříku 5,5mm, průměrem podložky 16mm a minimální hloubkou zapuštění 140mm. Tento spoj byl posouzen na mezní stav únosnosti na mezní stav protržení plechu vaznice, mezní stav přetržení šroubu, mezní stav porušení soudržnosti mezi šroubem a betonem a mezní stav vytržení šroubu z vazníku (z betonu). Vzhledem k tomu, že spoj bude prováděn do hotového a uloženého vazníku, bylo mezní napětí v soudržnosti mezi šroubem a betonem sníženo o 30% (není zaručena soudržnost na celé ploše šroubu). 7. Postup montáže Montáž Po odebrání zeminy do hloubky -1,450m od ±0,000 bude vně budoucí konstrukce rovnoběžně s osou C a osou 14 zřízeno dočasné pažení výkopu. V první fázi budou vybudovány monolitické patky do nichž se usadí prefabrikované kalichové objímky. Po zatvrdnutí betonu patek budou osazeny sloupy a ihned po osazení bude zabetonován volný prostor mezi sloupem a objímkou. V další fázy budou osazena veškerá ztužidla a dále vazníky. Jako závěrečná fáze proběhne osazení průvlaků a stropů. Betonáž Výroba, doprava, ukládání, zhutňování a ošetřování betonu musí vyhovovat normovým předpisům. Beton musí mít předepsanou kvalitu, tj. na každou betonu musí být při přejímce betonové směsi předán dodací list, slouží jako doklad o kvalitě (jakosti) betonu a o množství které bylo dodané. Za nízkých a teplot pod bodem mrazu musí být teplota betonové směsi taková, aby působením tepelných ztrát během manipulace až do míst ukládky neklesla pod 10 C. Po betonáži musí být beton dostatečně chráněn proti účinkům vysychání a promrzání. Vybetonované konstrukce musí být minimálně po dobu 28 dní podporováno bedněním. 8
Výztuž Veškerá výztuž musí být dodána dle objednávky a v souladu s dodacím listem. Při vstupní kontrole prověří pracovník druh oceli, průměr jednotlivých prvku, délky, ohyby, počet kusů a čistotu povrchu oceli. Při ukládání výztuže je nutné dodržet polohu dle výkresové dokumentace a zajistit dostatečnou krycí vrstvu. Po uložení výztuže bude provedena kontrola správnosti uložení výztuže, rozmístění a soulad s výkresovou dokumentací. Zjištěné závady musí být neprodleně odstraněny. 8. Bezpečnost práce Před zahájením prací na stavbě je nutné, aby všichni zúčastněni pracovníci byli proškolení o bezpečnosti a ochraně zdraví. Na vyžádání musí pracovník být schopen tuto skutečnost doložit. Odborné práce, které potřebují kvalifikované pracovníky, mohou provádět osoby kvalifikované tuto práci vykonávat. Při provázení je nutné dodržet ustanovení: Nařízení vlády č. 362/2005 Sb. o bližších minimálních požadavcích na ochranu a bezpečnost zdraví při práci na pracovištích s nebezpečím pádu z výšky nebo do hloubky. 9. Závěr K výpočtu vnitřních sil na konstrukci bylo využito metody konečných prvků za pomoci 3D modelu v programu SCIA Engineer 2015. Výsledné hodnoty byly ověřeny ručně několika zjednodušenými metodami. Modelování konstrukce přes software je výhodnější pro lepší přehled chování konstrukce v prostoru ovšem i přesto je dobré, ověřit si získané výsledky například na 2D výřezu konstrukce (rámu). 9
10. Seznam použitých zdrojů NORMY [1] ČSN EN 1990: Zásady navrhování konstrukcí, ČSNI 03/2004 [2] ČSN EN 1991-1-1: Zatížení konstrukcí - Obecná zatížení - Část 1-1 : Objemové tíhy, vlastní tíha a užitná zatížení budov, ČSNI 03/2004 [3] ČSN EN 1991-1-3. Eurokód 1: Zatížení konstrukcí - Část 1-3: Obecná zatížení - Zatížení sněhem. Praha: Český normalizačný institut, 2005. [4] ČSN EN 1991-1-4. Eurokód 1: Zatížení konstrukcí - Část 1-4: Obecná zatížení - Zatížení větrem. Praha: Český normalizačný institut, 2007. [5] ČSN EN 1991-3. Eurokód 1: Zatížení konstrukcí - Část 3: Zatížení od jeřábu a strojního vybavení. Praha: Český normalizačný institut, 2008. [6] ČSN EN 1992-1-1: Navrhování betonových konstrukcí - Obecně - Část 1-1 : Obecná pravidla pro pozemní a inženýrské stavby, ČSNI 7/2007 [7] ČSN EN 1993-1-1. Eurokód 3: Navrhování ocelových konstrukcí - Část 1-1: Obecná pravidla a pravidla pro pozemní stavby. Praha: Český normalizačný institut, 2006. [8] ČSN EN 1993-6. Eurokód 3: Navrhování ocelových konstrukcí - Část 6: Jeřábové dráhy. Praha: Český normalizačný institut, 2008. [9] ČSN 73 1201: Navrhování betonových konstrukcí pozemních staveb, ÚNMZ Praha 2010 [10] ČSN 73 1000 : Zakládání stavebních objektů. Základní ustanovení pro navrhování [11] ČSN 73 1001 : Zakládání staveb. Základová půda pod plošnými základy [12] ČSN 73 0037 : Zemní tlak na stavební konstrukce 1990 PUBLIKACE [13] Procházka, J. a kol.: Navrhování betonových konstrukcí - Prvky z prostého a železového betonu, ČBS ČSSI a ČBS Servis, s.r.o., Praha 2006. ISBN 978-80-903807-5-2 [14] ZICH, Miloš. Vybrané statě z nosných konstrukcí: Betonové základy - 1.část. 2006. [15] Zakládání staveb výpočty Ing. Zdeněk Štěpánek, CSc. 1989 10
KATALOGY A PŘEDPISY VÝROBCŮ [16] Halfen DEHA, s.r.o. dostupné na www.halfen.cz 11. Seznam použitých programů AutoCAD 2014 SCIA Engineer 2015 MS Office 2013 11