INŽENÝRSKÉ KONSTRUKCE sylabus přednášek pro předmět 133BK02 a Michal Drahorád Marek Foglar INŽENÝRSKÉ KONSTRUKCE Stavební konstrukce nebo jejich části, které nelze primárně klasifikovat jako pozemní stavby, např.: Založení a speciální části pozemních staveb Dopravní stavby (mosty, propustky, apod.) Opěrné konstrukce (zdi) Stožáry a komíny Zásobníky a skořepinové konstrukce Protihlukové zdi volně šiřitelné 1
ZÁKLADOVÉ KONSTRUKCE Podepření staveb, přenos reakcí z konstrukce do základové půdy DĚLENÍ ZÁKLADOVÝCH KCÍ Plošné (patky, pasy, základové desky) Hlubinné (piloty, studny, kesony) PLOŠNÉ ZÁKLADY Zatížení se přenáší svislým kontaktním napětím mezi patkou a základovou půdou (patky pasy, desky) Plošné základy: Prostý beton, přenos 60 Železobeton, přenos 45 Tah v betonu + smyk Tah zachycuje výztuž volně šiřitelné 2
Navrhování patek Navrhování závisí na typu patky Prostý beton Železobeton 1) Napětí v betonu v tahu 1) Návrh výztuže na ohyb 2) Ověření protlačení Základové pasy Délka významně větší než šířka (L > 3B) V příčném směru se dimenzuje stejně jako patka V podélném směru jako nosník na pružném podloží volně šiřitelné 3
Základové pasy Rozdělení napětí v základové spáře závisí na zatížení (umístění sloupů) a tuhosti podloží Typické vyztužení (nosník) Základové desky Použití na méně únosných zeminách Redukce nerovnoměrného sednutí konstrukce Tloušťka min. 0,3 m + případné zesílení v místě sloupů a stěn NK (patky, pasy, někdy i piloty) volně šiřitelné 4
Bílé vany V současnosti často spojené se stěnami (podzemní části NK) Požadavky na vodotěsnost a šetření na izolaci vedou na návrh vodotěsných konstrukcí, tzv. bílých van Hlavní rysem je návrh konstrukce na šířku trhlin (MSP) + speciální detaily konstrukcí HLUBINNÉ ZÁKLADY Zatížení se přenáší jednak svislým kontaktním napětím mezi patou a základovou půdou a jednak třením na plášti Typy hlubinných základů: Piloty Studně Kesony volně šiřitelné 5
Piloty Typy pilot: Vrtané Beraněné Předrážené CFA (trysková injektáž) Piloty Návrh výztuže na tlak s ohybem + smyk Zvýšené krytí Zvýšená stabilita armokoše volně šiřitelné 6
Studně (šachtové pilíře) De facto piloty velkého průměru Zatížení se přenáší svislým tlakem na patě Nevýhodné při silných přítocích do jámy Využito např. na Nuselském mostě Kesony Hlubinné založení pod vodou Max. hloubka 35 m Ruční práce v komoře kesonu Materiál zpravidla ŽB nebo ocel volně šiřitelné 7
OPĚRNÉ ZDI Trvalé konstrukce zajišťující stabilitu svahů DĚLENÍ OPĚRNÝCH KONSTRUKCÍ Podle působení Tížné (gravitační) Úhlové Kotvené Pilotové volně šiřitelné 8
Základní části Nosná konstrukce: základ, dřík, římsa Zásyp Odvodnění Statické působení Zdi zajišťují stabilitu zeminy za konstrukcí Základní typy porušení: Překlopení Posunutí Selhání základové půdy Celková ztráta stability volně šiřitelné 9
ZATÍŽENÍ Vlastní tíha NK Vlastní tíha zeminy (podle typu zdi) Zemní tlak + vliv vody Nahodilé zatížení za zdí NÁVRH/OVĚŘENÍ KONSTRUKCE Pro posouzení založení a stability obvykle používán zemní tlak aktivní nebo zvýšený aktivní K = 0,5. (K 0 + K a ) Pro návrh výztuže v NK zemní tlak v klidu volně šiřitelné 10
NÁVRH/OVĚŘENÍ KONSTRUKCE Železobeton Klasické posouzení konstrukce na základě MS V případě potřeby ověření šířky trhlin Úprava výztuže podle skutečného tvaru konstrukce Obvyklá vzdálenost 150 mm Zahuštění vodorovné výztuže nad základy volně šiřitelné 11
Zpravidla kotvené lanovými kotvami Prováděno z povrchu a následně odtěženo Líc konstrukce často upravován Pilotové stěny Pilotové stěny: Převrtávané Na sraz Volně stojící volně šiřitelné 12
Speciální konstrukce Obdélníkové lamely do hloubených rýh Výztuž ve formě armokošů Podzemní stěny PRŮMYSLOVÉ PODLAHY Specifická část stavby, která nemůže nikam spadnout Platí pro ně zvláštní předpis ČSN 74 4505 Zatížení rovnoměrným zatížením > 5 kn/m 2, nebo pohyblivým zatížením > 2000 kg. Průmyslovou podlahou je i konstrukce se zvláštními požadavky na odolnost proti obrusu, kontaktnímu namáhání, chemickému působení, a to i v případě, že zatížení je menší než výše uvedené hodnoty. volně šiřitelné 13
Důležité části Smršťovací spára Spára v části tloušťky potěru vytvořená pro kontrolovaný vznik smršťovacích trhlin Umožňuje, aby proběhly přirozené objemové změny betonu (jeho smrštění), aniž by na povrchu podlahové desky vznikly nežádoucí divoké trhliny Po odeznění objemových změn je možné smršťovací spáru zmonolitnit. Nutno uvažovat lokální břemena (působení svislých kcí, skladovacích regálů a dopravy) Uvažovat spolupůsobení s okolními konstrukcemi Podlahu dilatovat od svislých konstrukcí a prostupů volně šiřitelné 14
PŘEDPJATÉ BETONOVÉ Minimum betonářské výztuže rychlost výstavby Žádné smršťovací spáry (eliminace nejnáročnější fáze výstavby) Konstrukce podlahy bez trhlin delší životnost, menší náklady na údržbu Úspora konstrukčního betonu Velká únosnost Technologická náročnost Příklad realizace Skladovací hala Opava 35x50m, tloušťka desky 180mm Obvod zesílen kvůli prostorovým požadavkům napínání a zabránění zvedání okrajů 2 fáze napínání v první fázi se napíná cca 24hod po betonáži na cca 1/3 max. napětí pro zamezení vlivu smršťování. V čase 3 dny se dopne na 100% Využití jednolanových systémů se soudržností (v místě budoucích otvorů) a monostrandy Centrické předpětí + kabely byly sdružovány do skupin po dvou Podlahová deska se staticky nepodílí na působení halových prvků nepřenáší zatížení od sloupů, je od nich oddilatována Měkká výztuž pouze v oblasti obvodového zesílení a v oblastech otvorů v desce pro svislé nosné konstrukce haly volně šiřitelné 15
Základová spára 2 x PE Folie tl. 0,2 mm poklouznutí při napínání Geotextilie Hydroizolace E def,2 = cca 60-80MPa Při výpočtu je složité určení konstant podloží pro vodorovný posun od předpětí Výstup z výpočetního modelu posouzení napětí v desce od charakteristické kombinace ZÁSOBNÍKY Konstrukce určené ke skladování sypkých materiálů Platí pro ně zvláštní předpisy (ČSN EN 1991-4, ČSN EN 1992-3, atd.) volně šiřitelné 16
Dělení Štíhlé (dříve sila) Středně štíhlé Nízké (dříve bunkry) Současně platí: Zatížení náplní zásobníků Závisí na skladované látce, typu zásobníku a návrhové situaci Stanoví se podle ČSN EN 1991-4 Běžné návrhové situace plnění vyprazdňování maximální kolmý tlak na svislé stěny maximální tahovou složku tření o svislé stěny zásobníku maximální svislý tlak na dno zásobníku maximální zatížení výsypky zásobníku volně šiřitelné 17
KOMÍNY Konstrukce určené k odvodu spalin Kazachstán - 407,5 m Zatížení a statické působení Komín působí jako konzola vetknutá do základu Nutno uvažovat nelineární chování (geometrická nel.) Nutno provést dynamickou analýzu (vl. frekvence) Uvažovaná zatížení Vlastní tíha (NK, plášť, plošiny, atd.) Vítr (statická i dynamická složka) Seizmické zatížení Teplota (provozní, oslunění) Námraza Montážní zatížení volně šiřitelné 18
SKOŘEPINY Tenkostěnné konstrukce namáhané převážně osovými silami Rozdělení skořepin TLUSTOSTĚNNÉ SKOŘEPINY tloušťka skořepiny h je srovnatelná s minimálním poloměrem křivosti plochy Rmin; neplatí Kirchhoffova hypotéza tenkých desek nelineární rozložení napětí po výšce skořepiny, velice složité řešení blízké tlustým deskám TENKOSTĚNNÉ SKOŘEPINY velmi malá tloušťka stěny ve srovnání s minimálním poloměrem křivosti střednicové plochy; lze zanedbat vliv smykových sil na deformaci normál ke střednicové ploše lineární rozložení normálových napětí volně šiřitelné 19
NELINEÁRNÍ TENKOSTĚNNÉ SKOŘEPINY velice tenké skořepiny, deformace srovnatelné s tloušťkou konstrukce, nutno uvážit geometrickou nelinearitu při řešení konstrukcí MEMBRÁNY speciální typ skořepin, u kterých se vyskytují pouze normálové, popřípadě smykové síly rovnoměrné rozložení napětí po tloušťce konstrukce membránová napjatost (stav napjaté blány); stav konstrukce, který je dán jejím tvarem, zatížením a podmínkami uložení (nutno zajistit takové podmínky uložení, které zabezpečí volné pootočení a zároveň musí být uložení schopno přenést membránové síly) Statické působení Tažené skořepiny a membrány jsou velmi stabilní a odolné proti nesymetrickému zatížení (změna geometrie vlivem malé tuhosti) Tlačené skořepiny je nutno posoudit na vybočení a ztrátu stability volně šiřitelné 20
Specifické konstrukce energetiky Dělení podle zajištění tahu S přirozeným tahem S vynuceným tahem Chladící věže Dělení podle druhu chlazení Suché chlazení Mokré chlazení Tvar a provedení Výstavba po prstencích postupnou betonáží Tvar zpravidla rotační hyperboloid s proměnnou tloušťkou Podstavu tvoří záchytný bazén a soustava stojek Na horní hraně ztužující věnec a ochoz (prefabrikát) volně šiřitelné 21