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 KONSTRUKCE RODINNÉHO DOMU REINFORCED CONCRETE STRUCTURE OF A MULTIFUNCTION BUILDING
BAKALÁŘSKÁ PRÁCE BACHELOR'S THESIS
AUTOR PRÁCE
MAREK POLÁK
AUTHOR
VEDOUCÍ PRÁCE SUPERVISOR
BRNO 2014
Ing. PAVEL ŠULÁK, Ph.D.
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 3608R001 Pozemní stavby Ústav betonových a zděných konstrukcí
ZADÁNÍ BAKALÁŘSKÉ PRÁCE Student
Marek Polák
Název
Nosná konstrukce rodinného domu
Vedoucí bakalářské práce
Ing. Pavel Šulák, Ph.D.
Datum zadání bakalářské práce Datum odevzdání bakalářské práce V Brně dne 30. 11. 2013
30. 11. 2013 30. 5. 2014
............................................. prof. RNDr. Ing. Petr Štěpánek, CSc. Vedoucí ústavu
................................................... prof. Ing. Rostislav Drochytka, CSc., MBA Děkan Fakulty stavební VUT
Podklady a literatura Platné předpisy a normy (včetně změn a doplňků) zejména: ČSN EN 1990 Zásady navrhování konstrukcí ČSN EN 19901 -1 až 4 Zatížení stavebních konstrukcí ČSN EN 1992-1-1 Navrhování betonových konstrukcí Další potřebná literatura po dohodě s vedoucím bakalářské práce. Zásady pro vypracování V rámci bakalářské práce bude nadimenzovaná vybraná část konstrukce rodinného domu. Pro analýzu nosné konstrukce bude použit výpočetní program MKP. Výsledky
budou ověřeny zjednodušenou ruční metodou. Posouzení prvků proveďte podle mezního stavu únosnosti. Kromě statické analýzy bude vypracována i výkresová dokumentace v odpovídající kvalitě a rozsahu bakalářské práci. Předepsané výstupy: Textová část (obsahuje průvodní zprávu a ostatní náležitosti dle níže uvedených směrnic) Přílohy textové části P1) Použité podklady P2) Statický výpočet P3) Výkresová dokumentace Prohlášení o shodě listinné a elektronické formy VŠKP (1x) Popisný soubor závěrečné práce (1x) Bakalářská práce bude odevzdána v listinné a elektronické formě dle směrnic a na CD (1x).
Předepsané přílohy
............................................. Ing. Pavel Šulák, Ph.D. Vedoucí bakalářské práce
Abstrakt Bakalářská práce se zabývá statickým návrhem dvou variant stropní konstrukce rodinného domu a jejich ekonomickým porovnáním. První varianta je železobetonová stropní deska, druhá je polomontovaný strop HELUZ MIAKO. Dále je v práci řešen návrh a posouzení základových pásů. Výpočet vnitřních sil je proveden pomocí programu SCIA Engineer a ověření pomocí zjednodušených metod. Na tyto výpočty byly provedeny návrhy, posouzení a výkresové dokumentace dle platných norem. Klíčová slova Železobetonová stropní deska, polomontovaný strop HELUZ MIAKO, zatížení, zatěžovací stavy, vnitřní síly, dimenzovaní výztuže, výkresová dokumentace, základový pás.
Abstract The bachelor's thesis deals with the static design of two variant ceiling construction of family house and their economic comparison. Firs variant is reinforced concrete slab, and the other is half prefabricated ceiling HELUZ MIAKO. The thesis also deal with design and assessment foundation lane. Calculation of internal forces is made by software system SCIA Engineer and this results are compared with results of simplified method. Design, assessment and drawing documentation were made by the valid standards on these calculations. Keywords Reinforced concrete slab, half prefabricated ceiling HELUZ MIAKO, load, load cases, internal forces, dimension reinforcement, drawing documentation, foundation lane.
Bibliografická citace VŠKP Marek Polák Nosná konstrukce rodinného domu. Brno, 2014. 16 s., 139 s. příl. Bakalářská práce. Vysoké učení technické v Brně, Fakulta stavební, Ústav betonových a zděných konstrukcí. Vedoucí práce Ing. Pavel Šulák, Ph.D.
Prohlášení: Prohlašuji, že jsem bakalářskou práci zpracoval samostatně a že jsem uvedl všechny použité informační zdroje.
V Brně dne 18.5.2014
……………………………………………………… podpis autora Marek Polák
Poděkování: Poděkování patří vedoucímu práce Ing. Pavlu Šulákovi, Ph.D za pomoc, ochotu a odborné rady, které mi poskytl, při vypracování této bakalářské práce. Dále bych chtěl poděkovat svým rodičům za podporu při studiu.
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
A) TECHNICKÁ ZPRÁVA NOSNÁ KONSTRUKCE RODINNÉHO DOMU REINFORCED CONCRETE STRUCTURE OF A MULTIFUNCTION BUILDING
BAKALÁŘSKÁ PRÁCE BACHELOR'S THESIS
AUTOR PRÁCE
MAREK POLÁK
AUTHOR
VEDOUCÍ PRÁCE SUPERVISOR
BRNO 2014
Ing. PAVEL ŠULÁK, Ph.D.
OBSAH TECHNICKÉ ZPRÁVY 1. ÚVOD.................................................................................................................... 3 2. ZÁKLADOVÉ POMĚRY ........................................................................................ 3 3. POPIS OBJEKTU ................................................................................................. 3 4. STATICKÝ MODEL KROVU ................................................................................. 3 5. STATICKÝ MODEL STROPNÍ KONSTRUKCE .................................................... 4 6. ZATÍŽENÍ .............................................................................................................. 4 7. MATERIÁLY.......................................................................................................... 4 8. KRYTÍ VÝZTUŽE .................................................................................................. 5 9. ZÁVĚR .................................................................................................................. 5 10. SEZNAM POUŽITÉ LITERATURY ....................................................................... 6 11. SEZNAM POUŽITÝCH ZKRATEK ........................................................................ 6 12. SEZNAM POUŽITÝCH PROGRAMŮ ................................................................... 9 13. SEZNAM PŘÍLOH................................................................................................. 9
2
1. ÚVOD Tématem této bakalářské práce je nosná konstrukce rodinného domu. V první části práce je řešena stropní konstrukce nad 1. NP. Ta byla provedena ve dvou variantách, první je železobetonová deska s vázanou výztuží a druhá je polomontovaný strop HELUZ MIAKO. Na obě varianty byl proveden statický výpočet, dimenzování a výkresová dokumentace v odpovídajícím rozsahu. Dále je provedeno ekonomické porovnání obou variant. V další části práce je řešen návrh a posouzení základové konstrukce. Výpočet byl proveden pro první geotechnickou kategorii.
2. ZÁKLADOVÉ POMĚRY Na základové spáře se nachází zemina F3 – hlína písčitá, konzistence tuhá. Tabulková únosnost této zeminy je 175 kPa. Hladina podzemní vody neovlivňuje základové poměry.
3. POPIS OBJEKTU Jedná se o rodinný dům ve tvaru L o půdorysných rozměrech 9,9 (7,85) x 12,4m. Objekt se nachází v obci Oslavice patřící do kraje Vysočina. Objekt je jednopodlažní s obytným podkrovím. Střecha je navržená sedlová se sklonem 40° s pálenou krytinou. Jedná se o vaznicový krov, kde krokve v delší části domu jsou podporovány středovými vaznicemi a pozednicemi. V kratší části tvoří podporu krokví vrcholová vaznice a pozednice. Středové vaznice jsou podporovány sloupky a nosnými stěnami, které přenáší zatížení do stropní konstrukce. Schodiště bude dřevěné, jeho kotvení do stropu bude provedeno dodatečně kotvícími prostředky po zhotovení stropní konstrukce a zhotovení daného schodiště. Sloup v rohu domu, který vynáší strop nad závětřím, bude vyzděn z mrazuvzdorných malo formátových cihel HELUZ CV 14, P20. 3.1 SVISLÉ KONSTRUKCE Svislé konstrukce jsou z keramického zdiva. Obvodová stěna je navržena z tvárnic Heluz STI 30 s kontaktním zateplovacím systémem tloušťky 150 mm. Vnitřní nosné stěny jsou z tvárnic Heluz 24 a Heluz 20. Příčky jsou tvořeny tvárnicemi Heluz 11,5. 3.2 VODOROVNÉ KONSTRUKCE Navrhovaná stropní konstrukce je v monolitické variantě tloušťky 180 mm a v polomontované variantě tloušťky 250 mm.
4. STATICKÝ MODEL KROVU Pro statický výpočet krovu byl použit program Scia engineer 2012, jako i pro další statické výpočty. Pro výpočet byl zvolen zjednodušený model, ve kterém byly spočítány reakce v rovinném modelu. Tento model není tak výstižný jako prostorový model. Oproti 3D modelu zde nejsou zohledněny tuhosti jednotlivých prvků a spoje, které ovlivní 3
průběh vnitřních sil. Posuvnou vazbou na závětrné straně je zohledněno to, že klasické osedlání krokve na pozednici je v příčném směru poměrně poddajné (umožní prokluz). Druhá pozednice je uložena pevně. Věnec pod pozednicí bude na obou stranách nadimenzován na příslušnou vodorovnou reakci. Tento model poslouží pro bezpečné nadimenzování.
5. STATICKÝ MODEL STROPNÍ KONSTRUKCE V první variantě stropu – monolitickém je model řešen jako 2D deska s liniovými podporami. Tento model byl řešen v programu Scia engineer 2012 a následně byly dané výsledky ověřeny pomocí zjednodušených metod. První ověření je pomocí metody náhradních nosníků a druhé pomocí Barešových tabulek, kdy byl vytvořen nový zatěžovací stav s pouze plošným zatížením a ten byl porovnán. Pro druhou variantu – polomontovaný strop byl statickým modelem prostý nosník a prostý nosník s převislým koncem.
6. ZATÍŽENÍ 6.1 STÁLÁ Výpočet jednotlivých zatížení viz příloha P2) statický výpočet. 6.2 NAHODILÁ Užitné kategorie budov A – plochy pro domácí a obytné činnosti. qk = 2 kN/m2 pro stropní konstrukce qk = 3 kN/m2 pro balkóny Klimatické zatížení – větrem Oblast III. → základní rychlost větru vb,0 = 27,5 m/s. Klimatické zatížení – sněhem Sněhová oblast IV. → Sk = 2 kN/m2.
7. MATERIÁLY 7.1 BETON První varianta stropu – monolitická: C 20/25 Druhá varianta stropu – polomontovaná (beton na zmonolitnění): C 20/25 Beton na základové pásy: C 16/20
4
7.2 OCEL Pro obě varianty stropu byla předepsána žebříková ocel B 500B.
8. KRYTÍ VÝZTUŽE Konstrukce se nachází v prostředí XC1 – beton uvnitř budov s nízkou vlhkostí. Konstrukce balkónu a strop nad závětřím je chráněná proti vnějším vlivům kontaktním zateplovacím systémem. Třída konstrukce S4 → předpoklad neovlivnění polohy výztuže splněn, zmenšení o 1 třídu. Maximální průměr profilu v obou variantách stropu je 10 mm → krytí C =20 mm.
9. ZÁVĚR V této bakalářské práci byly zpracovány dvě varianty stropu. Bylo spočítáno zatížení a následně vypočteny vnitřní síly pomocí softwaru. Na tyto výsledky proběhlo dimenzování a následná výkresová dokumentace v odpovídajícím rozsahu. Všechny výpočty proběhly dle platných norem. Dále jsem vypracoval ekonomické porovnání obou variant. V poslední části práce jsem se zabýval návrhem a posouzení základových pásů. Za vlastní přínos této práce považuji to, že jsem se naučil pracovat s normou, naučil jsem se vyhledávat potřebné informace a získal jsem přehled o velikosti zatížení a vnitřních sil, které mohou u rodinného domu působit. Jelikož jsem si prošel kompletním návrhem domu a následným statickým posouzení, pro další návrhy již budu vědět, co daný návrh bude přinášet pro statické řešení. Za další přínos považuji to, že jsem se naučil pracovat s programem Scia engineer, díky různým školením a sebevzděláváním. Práce mě také naučila pracovat s různým formátováním a grafickou úpravou.
5
10.
SEZNAM POUŽITÝCH ZDROJŮ
1) BAREŠ, Richard. Tabulky pro výpočet desek a stěn. 3. nezm. vyd. Praha: SNTL, 1989, 617 s. Řada stavební literatury. 2) ČSN EN 1990: Eurokód: Zásady navrhování konstrukcí, Praha: ČNI, 2004, 76 stran. 3) 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. 4 ČSN EN 1991-1-3: Eurokód 1: Zatížení konstrukcí - Část 1-3: Obecná zatížení – Zatížení sněhem, Praha: ČNI, 2013, 52 stran. 5) ČSN EN 1991-1-4: Eurokód 1: Zatížení konstrukcí - Část 1-4: Obecná zatížení – Zatížení větrem, Praha: ČNI, 2013, 124 stran. 6) ČSN EN 1992-1-1: Eurokód 2: Navrhování betonových konstrukcí - Část 1-1: Obecná pravidla a pravidla pro pozemní stavby, Praha: ČNI, 2006, 214 stran. 7) Dřevěné konstrukce podle eurokódu 5. Vyd. 1. Praha: Informační centrum ČKAIT, 2004, 401 s. ISBN 80-867-6913-5. 7) ZICH, Miloš a Zdeněk BAŽANT. Plošné betonové konstrukce, nádrže a zásobníky. Vyd. 1. Brno: Akademické nakladatelství CERM, 2010, 161 s. ISBN 978-80-7204693-5. 8) ZICH, Miloš. Příklady posouzení betonových prvků dle eurokódů. Praha: Dashöfer,
2010, 145 s. ISBN 978-80-86897-38-7.
11.
SEZNAM POUŽITÝCH ZKRATEK A SYMBOLŮ
As
plocha hlavní výztuže
As, req
nutná plocha výztuže
As, skut
skutečná plocha výztuže
As,max
maximální plocha výztuže
As,min
minimální plocha výztuže
b
vyšetřovaná šířka desky
c
návrhová hodnota krycí vrstvy
cdir
součinitel směru větru
ce
součinitel expozice
cmin
minimální krycí vrstva
cnom
jmenovitá nominální hodnota krycí vrstvy
cpe
součinitel vnějšího tlaku větru 6
cseason
součinitel ročního období
ct
tepelný součinitel
d
účinná výška průřezu
Es
modul pružnosti oceli
fcd
návrhová pevnost betonu v tlaku
fck
charakteristická pevnost betonu v tlaku
fctd
návrhová pevnost betonu v tahu
fctd,pl
návrhová pevnost betonu v tahu
fctk; 0,05
pětiprocentní kvantil pevnosti betonu v tahu
fctm
průměrná pevnost betonu v tahu
fyd
návrhová mez kluzu oceli
fyk
charakteristická mez kluzu oceli
gk
charakteristické zatížení stálé
gd
návrhové zatížení stálé
h
výška objektu, tloušťka desky
leff
efektivní rozpětí
l0
návrhová přesahová délka
l0,min
minimální přesahová délka
lb,min
minimální kotevní délka
lbd
návrhová kotevní délka
lbd,rqd
základní kotevní délka
MEd
návrhový moment od zatížení
MRd
moment na mezi únosnosti
mxD-
návrhový ohybový moment pro spodní vlákna ve směru x
mxD+
návrhový ohybový moment pro horní vlákna ve směru x
myD-
návrhový ohybový moment pro spodní vlákna ve směru y
myD+
návrhový ohybový moment pro horní vlákna ve směru y
qb
základní dynamický tlak větru
qd(´)
návrhové zatížení nahodilé plošné (liniové)
qk(´)
charakteristické zatížení nahodilé plošné (liniové)
qp(z)
maximální dynamický tlak větru
Rdt
tabulková únosnost zeminy
s
zatížení sněhem
s
osová vzdálenost vložek
sk
charakteristické zatížení sněhem 7
tl.
tloušťka
vb
základní rychlost větru
vb.0
výchozí hodnota základní rychlosti větru
VEd
návrhová posouvající síla od zatížení
VRd,c
návrhová únosnost betonu ve smyku
w
průhyb
we
tlak větru vypočtený
x
výška tlačené části betonu
z
rameno vnitřních sil
z0
parametr drsnosti terénu
zmin
minimální výška
zmax
maximální výška
Zš
zatěžovací šířka
α1
součinitel tvaru prutů
α2
součinitel pro krycí vrstvu
α3
součinitel ovinutí příčnou výztuží
α4
součinitel ovinutí přivařenou příčnou výztuží
α5
součinitel ovinutí příčným tlakem
α6
součinitel procenta stykování výztuže
γc
součinitel spolehlivosti materiálu pro beton
γs
součinitel spolehlivosti materiálu pro ocel
εcu3
poměrné přetvoření betonu pro návrhový bilineární pracovní diagram
εs
poměrné přetvoření ve výztuži
εyd
poměrné přetvoření oceli
μ1
součinitel sklonu střechy
η1
součinitel podmínek betonáže
η2
součinitel zohledňující velikost zrn kameniva
Ø
průměr ocelových vložek
νmin
minimální napětí ve smyku
ρ
hustota vzduchu
ρ
stupeň vyztužení gd
kontaktní napětí způsobující ohyb
z
kontaktní napětí v základové spáře
8
12.
SEZNAM POUŽITÝCH PROGRAMŮ
1) Scia engineer 2012 – studentská verze 2) Microsoft word 2010 3) Microsoft excel 2010 4) ArchiCAD 15 – studentská verze 5) Autocad 2010 – studentská verze
13.
SEZNAM PŘÍLOH
P1) Použité podklady P2) Statický výpočet P3) Výkresová dokumentace
9
