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
VÍCEPODLAŽNÍ BUDOVA MULTI-STOREY BUILDING
DIPLOMOVÁ PRÁCE MASTER'S THESIS
AUTOR PRÁCE
BC. MARTIN HRYCÍK
AUTHOR
VEDOUCÍ PRÁCE SUPERVISOR
BRNO 2014
Ing. KAREL SÝKORA
VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ FAKULTA STAVEBNÍ Studijní program Typ studijního programu Studijní obor Pracoviště
N3607 Stavební inženýrství Navazující magisterský studijní program s prezenční formou studia 3608T001 Pozemní stavby Ústav kovových a dřevěných konstrukcí
ZADÁNÍ DIPLOMOVÉ PRÁCE Diplomant
Bc. Martin Hrycík
Název
Vícepodlažní budova
Vedoucí diplomové práce
Ing. Karel Sýkora
Datum zadání diplomové práce Datum odevzdání diplomové práce V Brně dne 30. 9. 2013
30. 9. 2013 17. 1. 2014
............................................. doc. Ing. Marcela Karmazínová, CSc. Vedoucí ústavu
................................................... prof. Ing. Rostislav Drochytka, CSc., MBA Děkan Fakulty stavební VUT
Podklady a literatura 1. Prostorové uspořádání vícepodlažní budovy. 2. ČSN EN 1993 (731401), Navrhování ocelových konstrukcí. 3. Literatura podle doporučení vedoucího diplomové práce. 4. Odborné publikace v časopisech a sbornících, které se vztahují k řešené problematice, podle doporučení vedoucího diplomové práce. Zásady pro vypracování Vypracujte návrh nosné ocelové konstrukce osmipodlažní administrativní budovy. Půdorysné rozměry administrativní budovy cca 15,0 x 54,0 m Konstrukci navrhněte pro město Brno. Konstrukci orientačně navrhněte v několika variantách, vybranou variantu podrobně rozpracujte. Požadované výstupy: 1. Technická zpráva obsahující základní charakteristiky navržené konstrukce, požadavky na materiál, spojovací prostředky montáž a ochranu. 2. Statický výpočet hlavních nosných prvků a částí konstrukce. 3. Výkresová dokumentace obsahující zejména dispoziční výkres, výkres vybraných konstrukčních dílců, charakteristické detaily podle pokynů vedoucího diplomové práce. 4. Orientační výkaz spotřeby materiálu. 5. Specializace z oboru konstrukcí pozemních staveb.
dvanáctip Předepsané přílohy
............................................. Ing. Karel Sýkora Vedoucí diplomové práce
Abstrakt Práce se zabývá návrhem nosné ocelové konstrukce vícepodlažní administrativní budovy. Konkrétně se jedná o osmipodlažní ocelovou konstrukci obdélníkového půdorysu o rozměrech 15,4 x 54,4 metrů a výšce 29,2 metrů. Konstrukce je navržena pro lokalitu Brno. Statický výpočet je řešen kombinací ručního výpočtu a výpočtu pomocí programu Scia. Je navrženo konstrukční uspořádání, statické působení, rozbor zatížení, výpočet vnitřních sil, návrh dimenzí a řešení přípojů. Součástí práce je výkresová dokumentace. Konstrukce je navržena ve variantě s rámovými styčníky a variantě s kloubovými styčníky. Varianta s kloubovými spoji je dále podrobněji zpracována. Klíčová slova nosná ocelová konstrukce, vícepodlažní budova, administrativní budova, spřažený nosník, mezní stav únosnosti, mezní stav použitelnosti, vnitřní síly, zatížení, statický výpočet
Abstract Thesis deals with design of steel structure multi-storey office building. Specifically, it is the eight-storey steel structure of rectangular plan with dimensions of 15.4 x 54.4 m and a height of 29.2 meters. The structure is designed for the site Brno. Static calculation is solved by a combination of manual calculation and calculation using software Scia. It is designed structural arrangement, static action, load analysis, calculation of internal forces, the design of dimensions and connections solutions. Thesis includes drawing documentation. The structure is designed in a variant with a frame joints and in variant with articulated joints. Variant with articulated joints is further processed. Keywords steel construction, multi-storey building, office building, composite beam, the ultimate limit state, serviceability limit state, the internal forces, loads, structural analysis …
Bibliografická citace VŠKP Bc. Martin Hrycík Vícepodlažní budova. Brno, 2014. 172 s., 13 s. příl. Diplomová práce. Vysoké učení technické v Brně, Fakulta stavební, Ústav kovových a dřevěných konstrukcí. Vedoucí práce Ing. Karel Sýkora.
Prohlášení: Prohlašuji, že jsem diplomovou práci zpracoval(a) samostatně a že jsem uvedl(a) všechny použité informační zdroje.
V Brně dne 13.1.2014
……………………………………………………… podpis autora Bc. Martin Hrycík
Poděkování: Chtěl bych poděkovat Ing. Karlu Sýkorovi za odborné vedení diplomové práce, za vstřícné jednání a cenné rady, které mi v průběhu zpracování práce podával.
Obsah diplomové práce:
1. 2. 3. 4. 5.
Technická zpráva Statický výpočet Orientační výkaz materiálu Specializace z pozemního stavitelství Výkresová dokumentace
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
VÍCEPODLAŽNÍ BUDOVA TECHNICKÁ ZPRÁVA
DIPLOMOVÁ PRÁCE MASTER'S THESIS
AUTOR PRÁCE
BC. MARTIN HRYCÍK
AUTHOR
VEDOUCÍ PRÁCE SUPERVISOR
BRNO 2014
Ing. KAREL SÝKORA
Martin Hrycík
Technická zpráva
Diplomová práce
Obsah Obsah .......................................................................................................................................... 1 1
Obecné údaje ....................................................................................................................... 2
2
Normativní dokumenty ....................................................................................................... 2
3
Předpoklady návrhu nosné konstrukce ............................................................................... 2
4
Dispoziční řešení ................................................................................................................. 3
5
Obecné konstrukční řešení .................................................................................................. 4
6
Střešní konstrukce ............................................................................................................... 4
7
Stropní konstrukce .............................................................................................................. 5
8
Sloupy ................................................................................................................................. 6
9
Kotvení sloupů .................................................................................................................... 7
10
Svislá ztužidla ................................................................................................................. 7
11
Materiál ........................................................................................................................... 7
12
Ochrana konstrukce proti korozi ..................................................................................... 8
13
Opláštění budovy a stavebně technické řešení ................................................................ 8
14
Popis statického řešení konstrukce .................................................................................. 9
15
Montážní postup .............................................................................................................. 9
16
Hmotnost konstrukce....................................................................................................... 9
1
Martin Hrycík
Technická zpráva
Diplomová práce
1 Obecné údaje Práce se zabývá návrhem nosné ocelové konstrukce vícepodlažní administrativní budovy. Konkrétně se jedná o osmipodlažní ocelovou konstrukci obdélníkového půdorysu o rozměrech 15,4 x 54,4 metrů a výšce 29,2 metrů. Půdorys je řešen jako podélný trojtrakt. Přesné tvarové řešení je patrné z výkresové dokumentace. Konstrukce je navržena pro lokalitu Brno.
2 Normativní dokumenty Nosná ocelová konstrukce vícepodlažní budovy byla navržena v souladu s těmito platnými normativní dokumenty: • ČSN EN 1990 „Zásady navrhování konstrukcí“ • ČSN EN 1991 „Zatížení konstrukcí“ • ČSN EN 1993 „Navrhování ocelových konstrukcí“ • ČSN EN 1994 „Navrhování spřažených ocelobetonových konstrukcí“ • ČSN 01 3483 „Výkresy kovových konstrukcích“
3 Předpoklady návrhu nosné konstrukce • Statické posouzení objektu bylo provedeno dle ČSN EN 1993 „Navrhování ocelových konstrukcí“ na: • Mezní stav únosnosti s uvážením vlivu ztráty stability prvků na nejnepříznivější z kombinací návrhových hodnot zatížení, přičemž mezní hodnoty byly brány pro ocel S235. • Mezní stav použitelnosti na nejnepříznivější hodnoty deformací z kombinací charakteristických hodnot zatížení, přičemž hodnoty materiálových vlastností byly uvažovány pro ocel S235.
2
Martin Hrycík
Technická zpráva
Diplomová práce
Nosná ocelová konstrukce haly byla dimenzována na následující nahodilá zatížení: • Klimatické zatížení sněhem s charakteristickou hodnotou zatížení sněhem sk = 1,0 kPa odpovídající II. sněhové oblasti ČSN EN 1991-1-3. • Klimatické zatížení větrem se základní rychlostí větru Vb,0=22,5 m/s2 odpovídající větrové oblasti I podle ČSN EN 1991-1-3, byla uvažována kategorie terénu III. • Užitné zatížení stropů - kategorie B - kancelářské plochy, ke kterému je přičteno přídavné zatížení od přemístitelných příček • Užitné zatížení střechy - kategorie H • Žádná další nahodilá zatížení nebyla uvažována a nosné konstrukce tudíž nejsou na jejich přenos dimenzovány.
4 Dispoziční řešení Vnější půdorysné rozměry objektu jsou 15,4 x 54,4 metrů. Dispoziční řešení je dáno modulovou sítí, kde podélné modulové osy A - B - C - D jsou ve vzdálenostech 6 metrů, 3 metry a 6 metrů. Mezi modulovými osami 1 – 2 – 3 – 4 – 5 – 6 – 7 – 8– 9 – 10 v příčném směru je vzdálenostmi 6 metrů. Půdorys je v podélném směru rozdělen na tři trakty, kde střední trakt o šířce tři metry slouží jako hlavní chodba, krajní trakty slouží jako kancelářské a administrativní prostory. Kvůli větší variabilitě dispozice bude rozdělení administrativních prostor řešeno přemístitelnými příčkami. Konstrukční výška jednotlivých podlaží je 3,6 metrů. Výška celé budovy s atikou je 29,2 metrů. Objekt je osazen dvojicí výtahů samostatné nosné konstrukce s plochými lany, které nevyžadují konstrukci strojovny výtahu na střeše nebo pod úrovní nejnižšího podlaží. V objektu se nachází dvě schodiště, každé u jednoho výtahu. První schodiště s výtahem je prostoru mezi modulovými osami A - B, 3 - 4 a druhé mez osami A - B, 7 - 8.
3
Martin Hrycík
Technická zpráva
Diplomová práce
5 Obecné konstrukční řešení Objekt je řešen jako ocelová konstrukce. Vodorovné prvky stropů a střechy - stropnice a průvlaky - jsou řešeny jako ocelobetonové spřažené prvky. Konstrukční systém je tvořen soustavou vzájemně kloubově připojených prvků. Prostorové ztužení objektu je navrženo pomocí soustavy trvalých ztužidel. Ke ztužení ve vodorovném směru v rovině stropní konstrukce jsou navržena vodorovná ztužidla pro montážní stav. V provozním stádiu je potom konstrukce dostatečně ztužena monolitickou spřaženou stropní deskou.
6 Střešní konstrukce Nosná konstrukce střechy je řešena jako spřažná ocelobetonová konstrukce. Průvlaky profilu IPE 200 jsou v konstrukci umístěny v příčném směru budovy, v příčných modulových osách 1 – 2 – 3 – 4 – 5 – 6 – 7 – 8– 9 – 10. Průvlaky o délce 6 metrů, respektivě 3 metrů ve středním traktu, jsou kloubově uloženy ke sloupům. Tyto spoje jsou řešeny pomocí kotevní čelní desky, která je přivařena k průvlaku. Kotevní deska je připojena ke konstrukci sloupu pomocí čtyř šroubů, konkrétní posudek spojů je obsažen ve statickém výpočtu. Průvlak je spřažen s monolitickou železobetonovou deskou. V podélném směru
jsou umístěny vaznice profilu IPE 120, které jsou od sebe
vzdáleny 2 metry. Vaznice délky 6 metrů jsou kloubově uloženy na průvlaky, vaznice v modulové ose jsou kloubově uloženy na sloupy. Spoje jsou řešeny kotevní čelní deskou, podobně jako u průvlaků. Vaznice jsou také spřaženy s monolitickou železobetonovou deskou. Jako bednění je použitý ocelový trapézový plech TR 60/250/0,75. Plech je posouzen na únosnost v montážním stádiu. Trapézový plech je k průvlakům a vaznicím připojen pomocí provaření kotevními ocelovými trny, které jsou k hlavím spřahovacím prvkům přivařeny pomoci el. svařování. Monolitická železobetonová stropní deska je navržena jako spojitý nosník, kde její podpory tvoří vaznice - podrobněji ve statickém výpočtu. Je použit beton třídy C25/30, deska
4
Martin Hrycík
Technická zpráva
Diplomová práce
je vyztužena KARI sítí z oceli B500, průměr 7 mm. Výška betonové desky nad vlnou je 60 mm. Pro vodorovné ztužení střešní konstrukce pro montážní stádium jsou navržena ztužidla profil L 70/7. Ztužidla jsou kloubově připojena k průvlakům, rozmístění ztužidel je podrobně znázorněno ve výkresové dokumentaci. Střešní konstrukce je řešena pomocí spádových klínů z tvrzeného extrudovaného polystyrenu EPS 100S. Odvodnění plochy střechy objektu je řešeno pomocí vnitřních vpustí navazujících na svislé interiérové dešťové svody. Spádové klíny z tvrzeného polystyrenu budou do betonové desky kotveny pomocí speciálních plastových kotev. Střešní konstrukce tohoto systému je pochůzná. Hydroizolační vrstva střešní konstrukce je tvořena z dvou natavovaných živičných pásů Dekplan 76.
7 Stropní konstrukce Nosná konstrukce stropu je řešena podobně jako konstrukce střechy jako spřažná ocelobetonová konstrukce. Průvlaky profilu IPE 270 jsou v konstrukci umístěny v příčném směru budovy, v příčných modulových osách 1 – 2 – 3 – 4 – 5 – 6 – 7 – 8– 9 – 10. Průvlaky o délce 6 metrů, respektivě 3 metrů ve středním traktu, jsou kloubově uloženy ke sloupům. Tyto spoje jsou řešeny pomocí kotevní čelní desky, která je přivařena k průvlaku. Kotevní deska je připojena ke konstrukci sloupu pomocí čtyř šroubů, konkrétní posudek spojů je obsažen ve statickém výpočtu. Průvlak je spřažen s monolitickou železobetonovou deskou. V podélném směru jsou umístěny stropnice, které jsou od sebe vzdáleny 2 metry. V konstrukci jsou navrženy dva různé profily stropnic. Pro krajní stropnici je použit profil IPE 120, Ostatní stropnice jsou profilu IPE 160. Stropnice délky 6 metrů jsou kloubově uloženy na průvlaky, vaznice v modulové ose jsou kloubově uloženy na sloupy. Spoje jsou řešeny kotevní čelní deskou, podobně jako u průvlaků. Stropnice jsou také spřaženy s monolitickou železobetonovou deskou. Jako bednění je použitý ocelový trapézový plech TR 60/250/0,75. Plech je posouzen na únosnost v montážním stádiu. Trapézový plech je k průvlakům a vaznicím připojen
5
Martin Hrycík
Technická zpráva
Diplomová práce
pomocí provaření kotevními ocelovými trny, které jsou k hlavím spřahovacím prvkům přivařeny pomoci el. svařování. Monolitická železobetonová stropní deska je navržena jako spojitý nosník, kde její podpory tvoří stropnice - podrobněji ve statickém výpočtu. Je použit beton třídy C25/30, deska je vyztužena KARI sítí z oceli B500, průměr 7 mm. Výška betonové desky nad vlnou je 60 mm. Pro vodorovné ztužení stropní konstrukce pro montážní stádium jsou navržena ztužidla profil L 70/7. Ztužidla jsou kloubově připojena k průvlakům, rozmístění ztužidel je podrobně znázorněno ve výkresové dokumentaci.
8 Sloupy Hlavními nosnými prvky, které přenášejí svislá zatížení v konstrukci, jsou sloupy. Jsou navrženy jako ocelové profily HEB bez dalších úprav. Každý sloup je rozdělen na tři montážní díly. Dolní díl, který vede přes první dvě podlaží, má délku 8 metrů. Střední díl o délce 10,8 metrů protíná 3. - 5. podlaží. Horní díl mezi 6. - 8. podlažím má délku 10,1 metrů. Průřez každého sloupu je po výšce odstupňován. Montážní styky jsou umístěn 500 mm nad podlahou. Stykování sloupů je provedeno kontaktním spojením pomocí čelních desek a čtyř šroubů. Šrouby jsou pouze konstrukční. V konstrukci je pro různá zatížení navrženo pět typů sloupů. První typ sloupu je vnitřní sloup bez ztužidla S1, který se po výšce skládá z profilů HEB 160, HEB 220 a HEB 240. Druhý sloup S2 je vnější sloup bez ztužidla složený z profilů HEB 160, HEB 180, HEB 220. Profily jsou dimenzované pro sloup na podélné straně budovy. Pro sloupy na příčné straně budovy S5 jsou použity stejné profily, které vzhledem k nižšímu zatížení nejsou ověřeny výpočtem. Další typ sloupu je vnitřní sloup s příčným ztužidlem S3, který je z profilů HEB 160, HEB 240 a HEB 300. Stejné průřezy se použijí u vnitřního sloupu s podélným ztužidlem S6.
6
Martin Hrycík
Technická zpráva
Diplomová práce
9 Kotvení sloupů Kotvení ocelového sloupu je navrženo klasicky pomocí patního plechu tlušťky 35 mm. Plech bude k ocelovému sloupu připojen ovařením dokola svarem o účinné výšce 5 mm. Podlití patky sloupu je navrženo v tloušťce 50 mm. Základová betonová patka je čtvercového půdorysu o rozměrech 1,8 x 1,8 metrů a výšce 0,8 metru. Beton patky je třídy C16/20. Patní plech je kotven pomocí dvou kotevních šroubů M20. Kotevní šrouby se provedou jako předem zabetonované s metrickým závitem. Kotevní šrouby jsou navrženy jako konstrukční. U všech druhů sloupů jsou použity stejné patní plechy a kotevní šrouby.
10 Svislá ztužidla V příčném směru je navrženo šest svislých ztužidel, v podélné směru jsou dvě ztužidla. Umístění ztužidel je patrné z výkresové dokumentace. Pro diagonály ztužidel v příčném i podélném směru je navržen zdvojený profil 2 x L80/65/8. Diagonály jsou kloubově připojené k průvlaku. Spoj je realizován pomocí styčníkového plechu přivařeného k průvlaku a šroubového spoje třemi šrouby M20. Diagonály svislého ztužidla jsou pro mezní stav únosnosti navrženy na přenos tahových sil, tlačená diagonála se neuvažuje, počítá se s jejím vybočením. Pro mezní stav použitelnosti se uvažuje jak s taženou, tak s tlačenou diagonálou.
11 Materiál Pro návrh nosné konstrukce je použita válcovaná ocel S 235 J0 se zaručenou svařitelností. Pro přípoje jsou navrženy šrouby jakostí 4,6 a 8,8.
7
Martin Hrycík
Technická zpráva
Diplomová práce
12 Ochrana konstrukce proti korozi Ocelová konstrukce musí být chráněna proti vlhkosti pomocí nátěrů. I ocelové prvky, které jsou opláštěné sádrokartonovými deskami, budou chráněny kompletním nátěrovým systémem. -
základní nátěr: HPS 3385 tloušťka suché vrstvy 90 µm, odstín šedá
-
vrchní nátěr: ETERNAL ANTIKOR SPECIAL 101 tloušťka suché vrstvy 50 µm, odstín bílý vrchní nátěr bude proveden dvakrát
-
šrouby, matice a podložky budou galvanicky pozinkovány přímo ve výrobě
-
trapézové plechy budou dodané v pozinkované úpravě
13 Opláštění budovy a stavebně technické řešení Obvodový plášť je navržen ze stěnového fasádního systému Kingspan Optimo. Jedná se sendvičový panel se skrytým kotvením a jádrem z polyuretanu. Krycí vrstva panelu je z ocelového plechu tloušťky 0,7 a 0,4 mm. Tloušťka panelu je 100 mm. Nosnou konstrukci pláště tvoří tenkostěnné ocelové CW profily tl. 0,6 mm. Na straně interiéru jsou použity protipožární SDK desky Rigips RF. Prosklení obvodového pláště bude zajištěno plastovými okny s izolačním dvojsklem. Interiérové sloupy jsou chráněny proti účinkům požáru opláštěním protipožárními sádrokartonovými deskami. Příčky v interiéru jsou lehké, přemístitelné ze sádrokartonu. Podhledy stropů jsou z protipožárních sádrokartonových desek Rigips RF 15, zavěšených na tenkostěných R-CD profilech.
8
Martin Hrycík
Technická zpráva
Diplomová práce
14 Popis statického řešení konstrukce Statická analýza nosné ocelové konstrukce vícepodlažní administrativní budovy byla provedena kombinací ručního výpočtu a metodou konečných prvků programovým systémem Scia. Posouzení mezního stavu únosnosti i použitelnosti nosné konstrukce jako celku i jejich jednotlivých částí bylo provedeno podle normem ČSN EN 1993 Navrhování ocelových konstrukcí a ČSN EN 1994
Navrhování spřažených ocelobetonových konstrukcí , a to
s uvážením globální i lokální ztráty stability prvků.
15 Montážní postup V první fázi budou osazeny sloupy 1. PP, jejichž stabilita bude při montáži zajištěna provizorními montážními ztužidly. Následně budou osazeny průvlaky a ocelové nosníky spřažených stropnic. Poté se provede montáž stěnových ztužidel, čímž dojde k vytvoření tuhého celku. Další podlaží budou montovány obdobným způsobem. Stropní konstrukce bude pro montážní stav zajištěna vodorovnými ztužidly. Pokládka trapézového plechu a betonáž desky bude probíhat postupně v jednotlivých podlažích od spodního podlaží. Stropnice budou při betonáži podepřeny. Při montáži budou dodrženy veškeré požadavky na BOZP a všichni pracovníci budou seznámeni s pracovním postupem.
16 Hmotnost konstrukce Hmotnost nosné ocelové konstrukce z oceli S235 je podle výkazu materiálu cca 214,1 t. Tato hmotnost je pouze orientační.
Brno, prosinec 2013.
9
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
VÍCEPODLAŽNÍ BUDOVA STATICKÝ VÝPOČET
DIPLOMOVÁ PRÁCE MASTER'S THESIS
AUTOR PRÁCE
BC. MARTIN HRYCÍK
AUTHOR
VEDOUCÍ PRÁCE SUPERVISOR
BRNO 2014
Ing. KAREL SÝKORA
1 Obsah
1
Obsah .................................................................................................................................. 1
2
Geometrie ........................................................................................................................... 4
3
4
5
6
2.1
Stropní konstrukce ....................................................................................................... 4
2.2
Podélný řez .................................................................................................................. 4
Zatížení ............................................................................................................................... 5 3.1
Stálé zatížení ................................................................................................................ 5
3.2
Nahodilé zatížení ......................................................................................................... 9
Stropní konstrukce............................................................................................................ 15 4.1
Trapézový plech ........................................................................................................ 15
4.2
Stropní deska ............................................................................................................. 18
4.3
Stropnice 1 ................................................................................................................. 23
4.4
Stropnice 2 ................................................................................................................. 31
4.5
Stropnice 3 ................................................................................................................. 34
4.6
Průvlak ....................................................................................................................... 39
Střecha .............................................................................................................................. 47 5.1
Vaznice 1 ................................................................................................................... 47
5.2
Vaznice 2, 3, 4 ........................................................................................................... 54
5.1
Vaznice 2, 3, 4 ........................................................................................................... 54
5.2
Průvlak ....................................................................................................................... 55
Sloupy............................................................................................................................... 61 6.1
Rozdělení sloupů v půdorysu budovy ....................................................................... 61
6.2
Vnitřní sloup S1 ......................................................................................................... 62
6.3
Krajní sloup - S2 ....................................................................................................... 71 1
7
8
9
10
6.4
Vnitřní sloup s příčným ztužidlem - S3 ................................................................... 84
6.5
Krajní sloup s příčným ztužidlem - S4 ..................................................................... 88
Svislá ztužidla .................................................................................................................. 97 7.1
Svislé ztužidlo - příčný směr ..................................................................................... 97
7.2
Svislé ztužidlo - podélný směr................................................................................. 101
Vodorovné ztužidlo ........................................................................................................ 106 8.1
Podélné vodorovné ztužidlo - varianta 1 ................................................................. 106
8.2
Příčné vodorovné ztužidlo - varianta 1 ................................................................... 109
8.3
Podélné vodorovné ztužidlo - varianta 2 ................................................................. 111
8.4
Příčné vodorovné ztužidlo - varianta 2 ................................................................... 114
Varianta - rámy v příčném směru ................................................................................... 116 9.1
Zatížení .................................................................................................................... 117
9.2
Geometrie ................................................................................................................ 119
9.3
Vzpěrné délky .......................................................................................................... 121
9.4
Vnitřní síly ............................................................................................................... 123
9.5
Posouzení únosnosti ................................................................................................ 125
9.6
Posouzení použitelnosti ........................................................................................... 131
Přípoje ............................................................................................................................ 132 10.1
Stropnice - průvlak ............................................................................................... 132
10.2
Průvlak - sloup ..................................................................................................... 133
10.3
Sloup - sloup ........................................................................................................ 134
10.4
Diagonála svislého ztužidla - sloup ..................................................................... 135
10.5
Křížení diagonál svislého ztužidla ....................................................................... 137
10.6
Kotvení vnitřního sloupu se ztužidlem ................................................................ 138
10.7
Svislé ztužidlo - pata sloupu ................................................................................ 140
2
10.8
Diagonála vodorovného ztužidla - Průvlak......................................................... 140
10.9
Křížení diagonály vodorovného ztužidla ............................................................. 142
3
2 Geometrie 2.1 Stropní konstrukce
2.2 Podélný řez
4
3 Zatížení • Zatížení bylo počítáno podle ČSN EN 1991
„Zatížení
konstrukcí“. Bylo uvažováno 11 zatěžovacích stavů: •
•
Stálé zatížení ZS1.
Vlastní tíha
ZS2.
Střešní plášť
ZS3.
Stropní konstrukce
ZS4.
Obvodový plášť
ZS5.
Příčka
Nahodilé zatížení ZS6.
Sníh
ZS7.
Příčný vítr
ZS8.
Podélný vítr
ZS9.
Užitné zatížení - strop
ZS10.
Užitné zatížení - střecha - osamělé břemeno
ZS11.
Užitné zatížení - střecha - plošné zatížení
3.1 Stálé zatížení 3.1.1 ZS1 – Vlastní tíha Zatížení od vlastní tíhy je spočítáno pro jednotlivé prvky v následujících kapitolách. Toto zatížení je uvažováno jako nepříznivé se součinitelem zatížení γG = 1,35 a jako příznivé se součinitelem γG = 1,0.
5
3.1.2 ZS2 – Střešní plášť Skladba střechy
Zatížení od střešního pláště je v této kapitole spočítáno jako plošné zatížení pro jednotlivé prvky střešního pláště bez
započítání
nosných ocelových prvků. Tloušťka
Tíha
Zatížení
[m]
[kN/m3]
[kN/m2]
1. Střecha Hydroizolace Tepelná izolace EPS 100S SBS pás 2. Železobetonová deska
0,004 0,18 0,004
12 1,5 11
0,048 0,27 0,044
Železobeton C25/30
0,0835
25
2,0875
Trapézový plech TR 60/250/0,75
0,077
3. Stropnice 4. Podhled TZB - odhad
0,12
Profil R-CD (0,52 kg/m)
0,015
Zavěšený podhled Rigips RF 15
0,135
6
3.1.3 ZS.3 - Stropní konstrukce Skladba stropu
Zatížení od stropního pláště je v této kapitole spočítáno jako plošné zatížení pro jednotlivé prvky stropního pláště bez nosných ocelových prvků.
Tloušťka [m] 1. Podlaha Keramická dlažba Lepidlo na KD Betonová mazanina Tepelná izolace EPS 100S 2. Železobetonová deska Železobeton C25/30 Trapézový plech TR 3. Stropnice 4. Podhled TZB Profil R-CD (0,52 kg/m) Zavěšený podhled Rigips
Tíha
Zatížení
[kN/m3] [kN/m2]
0,008 0,005 0,04 0,02
23 20 23 1,5
0,184 0,1 0,92 0,03
0,0835 0,00075
25
2,0875 0,077
0,12 0,015 0,135
7
započítání
3.1.4 ZS.4 - Obvodový plášť Obvodový plášť je navržen ze stěnového fasádního systému Kingspan Optimo. Jedná se sendvičový panel se skrytým kotvením a jádrem z polyuretanu. Krycí vrstva panelu je z ocelového plechu tloušťky 0,7 a 0,4 mm. Tloušťka panelu je 100 mm. Váha panelu je 13 kg/m2 Nosnou konstrukci pláště tvoří tenkostěnné ocelové profily tl. 0,6 mm. CW profil 120/50/0,6 mm - váha 1,13 kg/m SDK deska Rigips RF - váha 13,5 kg/m2 Prosklení obvodového pláště bude zajištěno plastovými okny s izolačním dvojsklem. Zatížení je počítáno jako celková hmotnost
jednoho pole
obvodového pláště o rozměrech 3 x 3,6 metrů (viz obrázek) a dále rozpočítáno na jeden metr délky.
Panel Kingspan Optimo CW profil 120/50/0,6 SDK deska Rigips RF Plastové okno Celková hmotnost pole Hmotnost na metr délky
Hmotnost [kg/m2] 13
Plocha [m2] 7,44
13,5 22
7,44 3,36
Hm. Pole [kg] 96,72 7,5 100,44 73,92
278,58 m = 278,58/3 = 91,96 kg/m
8
3.1.5 ZS.5 - Příčka Zatížení z příčky je spočítáno jako liniové zatížení na jeden metr délky, které ze získá vynásobením její tíhy na ploše jednoho metru čtverečního a výšky příčky.
2 x SDK deska rigips Profil R-CW 75 (0,54 kg/m) Tep. izolace Isover AKU 6 Celkem
hmotnost [kg/m2] 27
výška [m] 3
Zat. na metr [kN/m] 0,81
1,62 2,4
3 3
0,0486 0,072 0,9306
3.2 Nahodilé zatížení 3.2.1 ZS.6 - Sníh Zatížení sněhem bylo zjištěno podle ČSN EN 1991-1-3. Součinitel zatížení γS = 1,5. Konstrukce se nachází v Brně → II. Sněhová oblast Charakteristická hodnota zatížení sněhem: s k = 1,0kPa Součinitel expozice: Normální typ krajiny: C e = 1,0 Součinitel teploty: Střecha nemá vysokou tepelnou prostupnost: Ct = 1,0 Tvarový součinitel: α = 5° → µ 1 = 0,8 Pro nenavátý sníh platí:
s = µ1 × Ce × C p × sk = 0,8 × 1 × 1 × 1 = 0,8kN / m 2 9
3.2.2 ZS. 7 - Příčný vítr Konstrukce se nachází v Brně → I. větrová oblast, kategorie terénu III. Výchozí základní rychlost větru podle větrové oblasti: Vb,0 = 22,5 m/s parametr drsnosti terénu: z0 = 0,3 m minimální výška: zmin = 5 m maximální výška: zmax= 200 m
Základní rychlost větru:
υ b = cdir × cseason × vb,0 υ b = 1 × 1 × 22,5 = 22,5m / s Střední rychlost větru pro z = 29,2 m:
υ m( z ) = cr ( z ) × co( z ) × vb co ( z ) = 1 cr ( z ) = k r × ln
z z0
z k r = 0,19 × o zo. II
0, 07
0,3 k r = 0,19 × 0,05
0, 07
= 0,2154
29,2 = 0,9861 0,3 = 0,9861 × 1 × 22,5 = 22,1869m / s
cr ( z ) = 0,2154 × ln
υ m( z )
10
Intenzita turbolence pro z = 29,5 m: I v( z ) =
I v( z ) =
kI co ( z ) × ln
z zo
1 = 0,2183 29,2 1 × ln 0,3
Maximální dynamický tlak pro z = 29,5 m:
q p ( z ) = [1 + 7 × I v ( z ) ]× q p( z ) q p( z )
1 × ρ × vm2 ( z ) 2 1 = [1 + 7 × 0,2183] × × 1,25 × 22,1869 2 2 = 777,7992 Pa
Střední rychlost větru pro z = 15 m:
υ m( z ) = cr ( z ) × co( z ) × vb co ( z ) = 1 cr ( z ) = k r × ln
z z0
z k r = 0,19 × o zo. II
0, 07
0,3 k r = 0,19 × 0,05
0, 07
= 0,2154
15 = 0,8426 0,3 = 0,9861 × 1 × 22,5 = 18,9585m / s
cr ( z ) = 0,2154 × ln
υ m( z )
Intenzita turbolence pro z = 15 m: I v( z ) =
I v( z ) =
kI co( z ) × ln 1 15 1 × ln 0,3
z zo = 0,2556
11
Maximální dynamický tlak pro z = 15 m:
q p ( z ) = [1 + 7 × I v ( z ) ] × q p( z) q p( z)
1 × ρ × v m2 ( z ) 2 1 = [1 + 7 × 0,2556] × × 1,25 × 18,95852 2 = 626,6021Pa
Tlak větru v příčném směru: h 29,2 = = 1,966 d 15 wE = CPE × q p( z )
Součinitele CPE pro stěnu:
Součinitele CPE pro střechu:
12
Výsledný tlak větru we v tabulce:
CPE we[Pa]
A -1,2
B -1,255
D 0,8
E 0,5483
F -1,6
G -1,1
H -0,7
-933,359 -976,138 622,2394 426,4673 -1244,48 -855,579 -544,459
3.2.3 ZS. 8 - Podélný vítr Tlak větru v příčném směru:
h 29,2 = = 0,5358 d 54,5
wE = CPE × q p( z )
Součinitele CPE pro stěnu:
Součinitele CPE pro střechu:
13
Výsledný tlak větru we v tabulce: A B CPE -1,2 -1,4 we (1) [Pa] -933,359 -1088,92
C -0,5 -388,9
we (2) [Pa] -751,923 -877,243 -313,301 F -1,6
CPE we[Pa]
G -1,1
H -0,7
D 0,7381 574,0936
E 0,3762 292,6081
462,495
235,7277 I
0,2
-1244,48 -855,579 -544,459 155,5598
-0,2 -155,56
3.2.4 ZS. 9 - Užitné zatížení - strop 1) kategorie B - kancelářské plochy qk = 2,5 kN/m2 2) přemístitelné příčky - vlastní tíha menší než 1 kN/m qk = 0,5 kN/m2
3.2.5 ZS. 10 - Užitné zatížení na střeše - osamělé břemeno Kategorie H Qk = 1 kN
3.2.6
ZS. 11 - Užitné zatížení na střeše - plošné zatížení
Kategorie H qk = 0,75 kN/m2
14
4 Stropní konstrukce 4.1 Trapézový plech Trapézový plech je navržen jako spojitý nosník o třech polích pro přenos zatížení v montážním stádiu. Proměnné montážní zatížení se při betonáži uvažuje podle ČSN EN 1990 a 1991-1-6. Zvětšené proměnné zatížení působí na čtverci 3 x 3 m a umisťuje se do nejnepříznivější polohy.
4.1.1 Zatížení
1. Stálé Betonová deska Trapézový plech TR Celkem 2. Proměnné Rovnoměrné Zvětšené
Tloušťka [m]
Tíha [kN/m3]
Zatížení [kN/m2]
0,0835 0,00075
26 gk =
2,171 0,077 2,248
qk = qk =
0,75 1,5
g d = γ g × g k + γ q × qk g d ,rov = 1,35 × 2,248 + 1,5 × 0,75 = 4,16kN / m g d ,zvěv = 1,35 × 2,248 + 1,5 × 1,5 = 5,285kN / m 15
4.1.2 Geometrie Navržen je trapézový plech TR60/250/0,75. Materiál a průřezové charakteristiky podle tabulek výrobce: ocel S320G m = 7,88kg / m 2 Weff = 11,86 × 10 −6 m 3 I y ,eff = 0,459 × 106 mm 4
4.1.3 Vnitřní síly Plech je posuzován jako spojitý nosník o třech polích o šířce 1 m. Vnitřní síly jsou vypočítány programem Scia. Maximální moment nad podporou pro 1.MS je: M ed ,MAX = −2,12kNm
4.1.4 Posouzení únosnosti Únosnost v ohybu:
M rd =
Weff × f y
γ M1
=
11,86 × 10−6 × 320 × 106 = 3,795kNm 1,00
M ed ,MAX = 2,12kNm < M rd = 3,795kNm ⇒ vyhoví
4.1.5 Posouzení průhybu Průhyb se určí z charakteristické hodnoty stálého zatížení. g k = 2,248kN / m
Vnitřní síly od tohoto zatížení jsou vypočítány programem Scia. Moment nad podporou: Mb,k = -0,9kNm
16
Největší průhyb v krajním poli se určí superpozicí - součtem vlivu spojitého zatížení na prostém nosníku a vlivu momentu ve vnitřní podpoře Mb.k. Průhyb:
δ=
1 5 1 g k × L4 + M b,k × L2 = E × I eff 384 16
1 1 5 2248 × 2 4 + × 90 × 2 2 = −7 210 × 10 × 4,59 × 10 384 16 1 (468,333 + 225) = 96390 = 7,193 × 10 −3 m
=
9
δ = 7,2mm <
tdeska 83,5 = = 8,35mm ⇒ vyhoví 10 10
17
4.2 Stropní deska Stropní deska je posuzována jako spojitý nosník o osmi polích o šířce b = 1 m.
18
4.2.1 Zatížení A) Stálé
1. Podlaha Keramická dlažba Lepidlo na KD Betonová mazanina Tepelná izolace EPS 100S Celkem 2. Železobetonová deska Železobeton C25/30 Trapézový plech TR Celkem
Tloušťka [m]
Tíha [kN/m3]
Zatížení [kN/m2]
0,008 0,005 0,04 0,02
23 20 23 1,5
0,184 0,1 0,92 0,03 1,234
0,0835 0,00075
25
2,0875 0,077 2,1645 3,3985
gk =
B) Proměnné Zatížení [kN/m2] 2,5 0,5 qk = 3
1. Užitné - kategorie B 2. Přemistitelné příčky Celkem proměnné
Kombinace: K1 = γ g × g k + γ q × ψ 0 × q k K 2 = ε × γ g × g k + γ q × qk K1 = 1,35 × 3,3985 + 1,5 × 0,7 × 3 = 7,738kN / m K 2 = 0,85 × 1,35 × 3,3985 + 1,5 × 3 = 8,4kN / m
19
4.2.2 Vnitřní síly Vnitřní síly byly počítány programem Scia pro pruh desky o šířce jeden metr a jako spojitý nosník o osmi polích.
Maximální moment v poli: M ed ,MAX = 2,62kNm
Maximální moment nad podporou: M ed ,MAX = −3,50kNm
Maximální smyková síla nad podporou: Ved ,MAX = 10,15kN
4.2.3 Materiál, geometrie Návrh výztuže: Ø 7 mm á 100 mm, ocel B500 20
f yk = 500 MPa f yd =
f yk
=
γy
500 = 434,783MPa 1,15
Ast = 3,848 x 10-4 m2 Beton C25/30 f ck = 25MPa f ck
f cd =
γc
=
25 = 16,66 MPa 1,5
Krytí:
cnom ,sl = cmin + ∆cdev cmin = max(cmin, b ; cmin, dur + ∆cdur , y − ∆cdur ,st − ∆cdur ,add ;10) cmin = 10mm ∆cdev = 10mm cnom ,sl = 10 + 10 = 20mm
d = 30mm x=
Ast × f yd 0,8 × b × η × f cd
z=d−
=
3,848 × 10 −4 × 434,783 = 0,0125m 0,8 × 1 × 1 × 16,66
12,5 x = 30 − = 23,725mm 2 2
Kontrola plochy výztuže:
As ,min = 0,26
f ctm 2,6 bt × d = 0,26 × 1 × 0,03 = 4,056 × 10 −5 m 2 → vyhoví f yk 500
As ,min = 0,0013 × bt × d = 3,9 × 10 −5 m 2 → vyhoví As ,max = 0,04 × Ac = 0,04 × 1 × 0,06 = 2,4 × 10 −3 m 2 → vyhoví Kontrola tečení výztuže:
εs =
(d − x ) × ε
x ⇒ vyhoví
cu 3
=
(30 − 12,5) × 0,0035 = 4,9 × 10 −3 ≥ ε 12,5
21
yd
= 1,785 × 10 −3
4.2.4 Posouzení únosnosti Moment únosnosti železobetonového průřezu: M rd = z × f yd × Ast M rd = 0,0237 × 434,783 × 106 × 3,848 × 10 −4 = 3,969kNm
M rd ≥ M ed 3,969kNm ≥ 3,35kNm ⇒ vyhoví
22
4.3 Stropnice 1 Stropnice 1 je navržena jako ocelobetonový spřažený prostý nosník o délce 6 metrů. Zatěžovací šířka stropnice je 2 m. Umístění stropnic dle obázku.
23
4.3.1 Zatížení A) Stálé Stropnice 1
1. Podlaha Keramická dlažba Lepidlo na KD Betonová mazanina Tepelná izolace EPS 100S Celkem
2. Železobetonová deska Železobeton C25/30 Trapézový plech TR Celkem
3. Stropnice IPE 160
Tloušťka
Tíha
[m]
[kN/m3]
0,008 0,005 0,04 0,02
23 20 23 1,5
Tloušťka [m]
Tíha [kN/m3]
0,0835
25
0,00075
b
Zat. stropnice
[kN/m2] [m] 0,184 0,1 0,92 0,03 1,234
[kN/m]
2
Zatížení b [kN/m2] [m]
2,468 Zat. stropnice [kN/m]
2,0875 0,077 2,1645
2
4,329
b [m]
Zat. stropnice [kN/m]
A [m2]
Tíha [kN/m3]
Zatížení [kN/m]
0,00201
78,5
0,157785
Délka
Tloušťka
Zatížení
b
Zat. stropnice
[m]
[kN/m2]
[m]
[kN/m]
0,12 0,015 0,135 0,27
2
0,54
2
[m/m ] 4. Podhled TZB Profil R-CD (0,52 kg/m) Zavěšený podhled Rigips Celkem
Zatížení
3 0,015
0,157785
Zat. stropnice [kN/m] gk =
Celkem stálé
7,494785
B) Proměnné
1. Užitné - kategorie B 2. Přemistitelné příčky Celkem proměnné
Kombinace:
Zatížení
b
Zat. stropnice
[kN/m2] 2,5 0,5
[m] 2 2
[kN/m] 5 1
qk =
6
K 1 = γ g × g k + γ q × ψ 0 × qk K 2 = ε × γ g × g k + γ q × qk K1 = 1,35 × 7,495 + 1,5 × 0,7 × 6 = 16,418kN / m K 2 = 0,85 × 1,35 × 7,495 + 1,5 × 6 = 17,6kN / m
24
4.3.2 Vnitřní síly g d = 17,6kN / m l = 6m 1 × g × l2 8 1 M ed = × 17,6 × 6 2 = 79,2855kNm 8 1 Ved = × g × l 2 1 Ved = × 17,6 × 6 = 52,8kN 2 M ed =
4.3.3 Geometrie Návrh průřezu: IPE 160, ocel S235
Aa = 0,00201m 2 Avz = 9,66 × 10 −4 m 2 I y = 8,693 × 106 mm 4 f yk = 235MPa f yd =
f yk
γ M1
=
235 = 235MPa 1,00
Beton C25/30 f ck = 25MPa f cd = 0,85 ×
f ck
γc
= 0,85 ×
25 = 14,166 MPa 1,5
Účinná šířka desky: L 6 = = 1,5m 4 4 = 1,5m ≤ B = 2m
beff = beff
25
4.3.4 Posouzení únosnosti Momentová plastická únosnost:
Na = Nc Aa × f yd = x × beff × f cd 0,00201 × 235 = x × 1,5 × 14,166 x = 0,02223m 160 22,23 r= + 120 − = 188,885mm 2 2 M pl ,rd = N a × r = 0,00201 × 235 × 106 × 0,1889 = 89,227kNm M ed = 79,2855kNm ≤ M pl ,rd = 89,227kNm ⇒ vyhoví Smyková únosnost: V pl ,Rd = Avz × f yd / 3 V pl ,Rd = 9,66 × 10 −4 × 235 × 106 / 3 = 131,064kN Ved = 52,8kN < V pl ,Rd = 131,064kN ⇒ vyhoví
4.3.5 Spřažení přivařený trn 19/100 průměr d = 19 mm délka hsc = 100 mm ocel S235 fu = 360MPa Únosnost jednoho trnu: PRd ,1 = 0,8 × f u ×
π ×d2 4
PRd , 2 = 0,29 × α × d 2 × 3≤
×
1
γV
= 0,8 × 360 ×
f ck × Ecm
1
γV
hsc ≤ 4 ⇒α =1 d
26
π × 19 2 4
×
1 = 65,325kN 1,25
= 0,29 × 1 × 19 2 × 25 × 31000 ×
1 = 73,73kN 1,25
součinitel kt pro trn v žebrové desce s žebry kolmo na nosník: kt =
0,7 82,5 100 0,7 bo hsc − 1 = − 1 = 0,642 1 60 60 nr h p h p
Únosnost trnu: PRd = k t × PRd ,1 = 0,642 × 65,325 = 41,939kN
Potřebný počet trnů: Fcf = N c ´= N a nf =
Fcf PRd
=
0,00201 × 235 × 106 = 11,26 ⇒ 12trnů 41939
Při umístění jednoho trnu do žebra je na polovinu nosníku možné umístit 3000/250 = 12 trnů. → Úplné spřažení
4.3.6 Stropnice - montážní stádium IPE 160, ocel S235
W pl ,rd = 1,24 × 10 −4 m 3 f yd = 235MPa Stropnice je navržena pro přenos zatížení v montážním stádiu. Proměnné montážní zatížení se při betonáži uvažuje podle ČSN EN 1990 a 1991-1-6. Zvětšené proměnné zatížení působí na čtverci 3 x 3 m a umisťuje se do nejnepříznivější polohy.
27
Zatížení: Tloušťka [m]
Tíha [kN/m3]
Zatížení [kN/m2]
0,0835 0,00075
26 gk =
2,171 0,077 2,248
qk = qk =
0,75 1,5
1. Stálé Betonová deska Trapézový plech TR Celkem 2. Proměnné Rovnoměrné Zvětšené
g d = γ g × g k × b + γ q × qk × b g d ,rov = 2 × (1,35 × 2,248 + 1,5 × 0,75) = 8,32kN / m g d ,zvěv = 2 × (1,35 × 2,248 + 1,5 × 1,5) = 10,57kN / m
Maximální moment nad podporou je vypočítaný programem Scia: M ed ,MAX = 45,03kN
M pl ,rd = W pl ,rd × f yd = 1,24 × 10 −4 × 235 × 106 = 29,14kNm M ed = 45,03kNm ≥ M pl ,rd = 29,14kNm ⇒ nevyhoví Stropnice nevyhoví na posouzení pro montážní stádium. Stropnice musí být při montáži podepřena.
Při podepření uprostřed nosníku je maximální moment nad podporou: M ed ,MAX = 10,86kN
M pl ,rd = W pl ,rd × f yd = 1,24 × 10 −4 × 235 × 106 = 29,14kNm M ed = 10,86kNm ≥ M pl ,rd = 29,14kNm ⇒ vyhoví
28
4.3.7 Mezní stav použitelnosti Zatížení: g k = 7,495kN / m qk = 6kN / m g k + qk = 7,495 + 6 = 13,495kN / m
Vnitřní síly:
M ek =
1 × 13,495 × 6 2 = 60,728kNm 8
Ideální průřez:
Modul pružnosti betonu s vlivem dotvarování a smršťování:
E c' =
E m 31000 = = 15500MPa 2 2
Pracovní součinitel: n=
E a 210000 = = 13,55 E c' 15500
Plocha ideálního průřezu: Ai = 0,00201 +
1,500 × 0,060 = 8,652 × 10 −3 m 2 13,55
Těžiště ideálního průřezu:
0,00201 × e= =
0,16 1,500 × 0,060 0,060 + × 0,160 + 0,060 + 2 13,55 2 = 8,652 × 10 −3
1,604 × 10 −4 + 1,661 × 10 −3 = 0,210m 8,652 × 10 −3 29
Moment setrvačnosti ideálního průřezu:
I i = ∑ (I + A × c 2 ) I i = 8,693 × 10−6 + 0,00201 × (0,201 − 0,8) +
1 × 0,111 × 0,063 + 12 2 + 0,111 × 0,06 × (0,07 − 0,03) = 8,693 × 10−6 + 3,397 × 10 −5 + 1,998 × 10 −6 + 2
+ 1,066 × 10−5 = 55,321 × 10−6 m 4
Posouzení pružného působení: Maximální napětí v ocelovém profilu: σ a ,max =
M Ek × zd Ii
60728 × 0,21 = 230,525MPa < f y = 235MPa ⇒ vyhoví 55,321 × 10−6 M Ek = × zh n × Ii
σ a ,max = σ c ,max
σ c ,max =
60728 × 0,07 = 5,67 MPa < 0,85 f ck = 21,25MPa ⇒ vyhoví 13,55 × 55,321 × 10 −6
Posouzení průhybu: Ověření pro průhyb od proměnného zatížení.
δ2 =
5 qk × L4 5 6000 × 64 × = × = 0,00869m 385 E × I i 385 210 × 109 × 55,321 × 10−6
δ 2 = 8,69mm ≤
L 6000 = = 24mm ⇒ vyhoví 250 250
30
4.4 Stropnice 2 Stropnice 2 je navržena jako ocelobetonový spřažený prostý nosník o délce 6 metrů. Zatěžovací šířka stropnice je 1 m. Umístění stropnic dle obázku.
4.4.1 Zatížení A) Stálé Stropnice 2
1. Podlaha Keramická dlažba Lepidlo na KD Betonová mazanina Tepelná izolace EPS 100S Celkem 2. Železobetonová deska Železobeton C25/30 Trapézový plech TR Celkem
Tloušťka
Tíha
[m]
[kN/m3]
0,008 0,005 0,04 0,02
23 20 23 1,5
0,0835 0,00075
25
Zatížení
b
[kN/m2] [m]
Zat. stropnice [kN/m]
0,184 0,1 0,92 0,03 1,234
1
1,234
2,0875 0,077 2,1645
1
2,1645
2
A [m ] 3. Stropnice IPE 120
4. Podhled TZB Profil R-CD (0,52 kg/m) Zavěšený podhled Rigips Celkem
0,001321
78,5
0,103699
Délka [m/m2]
Tloušťka [m]
Zatížení [kN/m2]
3 0,015
31
0,12 0,015 0,135 0,27
0,1036985
b Zat. stropnice [m] [kN/m]
1
0,27
Zatížení - obvodový plášť
Panel Kingspan Optimo CW profil 120/50/0,6
hmotnost [kg/m2] 13 1,13
Plocha [m2] 13,6 13,6
Hm. Pole [kg/m2] 176,8 15,368
13,5 22
13,6 8
183,6 176 551,768
SDK deska Rigips RF Plastové okno Celkem
Zat. stropnice [kN/m]
0,919613333 Zat. stropnice [kN/m] 4,691811833
Celkem stálé
B) Proměnné
1. Užitné - kategorie B 2. Přemistitelné příčky Celkem proměnné
Zatížení
b
Zat. stropnice
[kN/m2] 2,5 0,5
[m] 1 1
[kN/m] 2,5 0,5 3
Kombinace: K1 = γ g × g k + γ q ×ψ 0 × qk K 2 = ε × γ g × g k + γ q × qk K1 = 1,35 × 4,692 + 1,5 × 0,7 × 3 = 9,484kN / m K 2 = 0,85 × 1,35 × 4,692 + 1,5 × 3 = 9,884kN / m
4.4.1 Vnitřní síly g d = 9,884kN / m l = 6m 1 × g × l2 8 1 M ed = × 9,884 × 6 2 = 44,478kNm 8 1 Ved = × g × l 2 1 Ved = × 9,884 × 6 = 29,52kN 2 M ed =
32
4.4.2 Geometrie Návrh průřezu: IPE 120, ocel S235 Aa = 0,00132m 2 Avz = 5,366 × 10 −4 m 2 I y = 3,18 × 10 −6 m 4 f yk = 235MPa f yd =
f yk
γ M1
=
235 = 235MPa 1,00
Beton C25/30 f ck = 25MPa f cd = 0,85 ×
f ck
γc
= 0,85 ×
25 = 14,166 MPa 1,5
Účinná šířka desky: L 6 + 0,06 = + 0,06 = 0,81m 8 8 = 1,5m ≤ B = 2m
beff = beff
4.4.3 Posouzení únosnosti Momentová plastická únosnost:
33
Na = Nc Aa × f yd = x × beff × f cd 0,00132 × 235 = x × 0,81 × 14,166 x = 0,027m 120 27 r= + 120 − = 166,5mm 2 2 M pl ,rd = N a × r = 0,00132 × 235 × 10 6 × 0,1665 = 51,648kNm M ed = 44,478kNm ≤ M pl ,rd = 51,648kNm ⇒ vyhoví Smyková únosnost: V pl ,Rd = Avz × f yd / 3 V pl ,Rd = 5,366 × 10 −4 × 235 × 10 6 / 3 = 72,804kN Ved = 29,52kN < V pl ,Rd = 72,804kN ⇒ vyhoví
4.5 Stropnice 3 Stropnice 3 je navržena jako ocelobetonový spřažený prostý nosník o délce 6 metrů. Zatěžovací šířka stropnice je 1,75 m. Umístění stropnic dle obázku.
34
35
4.5.1 Zatížení A) Stálé Stropnice 3
1. Podlaha Keramická dlažba Lepidlo na KD Betonová mazanina Tepelná izolace EPS 100S Celkem
2. Železobetonová deska Železobeton C25/30 Trapézový plech TR Celkem
3. Stropnice IPE 160
4. Podhled TZB Profil R-CD (0,52 kg/m) Zavěšený podhled Rigips Celkem
Tloušťka
Tíha
Zatížení
b
Zat. stropnice
[m]
[kN/m3]
[kN/m2]
[m]
[kN/m]
0,008 0,005 0,04 0,02
23 20 23 1,5
Tloušťka [m]
Tíha [kN/m3]
0,184 0,1 0,92 0,03 1,234 Zatížení [kN/m2]
1,75 2,1595 b Zat. stropnice [m] [kN/m]
0,0835 0,00075
25
2,0875 0,077 2,1645
1,75
3,787875
b [m]
Zat. stropnice [kN/m]
A [m2]
Tíha [kN/m3]
Zatížení [kN/m]
0,00201 Délka [m/m2]
78,5 Tloušťka [m]
0,157785 Zatížení [kN/m2]
b [m]
0,157785 Zat. stropnice [kN/m]
0,12 0,015 0,135 0,27
1,75
0,4725
3 0,015
Zatížení - příčka
2 x SDK deska rigips Profil R-CW 75 (0,54 kg/m) Tep. izolace Isover AKU 6 Celkem
hmotnost [kg/m2]
výška [m]
Zat. stropnice [kN/m]
27 1,62 2,4
3 3 3
0,81 0,0486 0,072 0,9306 Zat. stropnice [kN/m] 7,50826
Celkem stálé
B) Proměnné
1. Užitné - kategorie B 2. Přemistitelné příčky Celkem proměnné
36
Zatížení
b
Zat. stropnice
[kN/m2] 2,5 0,5
[m] 1,75 1,75
[kN/m] 4,375 0,875 5,25
Kombinace: K1 = γ g × g k + γ q × ψ 0 × q k K 2 = ε × γ g × g k + γ q × qk K1 = 1,35 × 7,51 + 1,5 × 0,7 × 5,25 = 15,651kN / m K 2 = 0,85 × 1,35 × 7,51 + 1,5 × 5,25 = 16,49kN / m
4.5.2 Geometrie Zatížení u stropnice 3: gd = 16,49kN/m je menší, než zatížení u stropnice 1, kde gd = 17,6kN/m. Návrh průřezu je stejný jako u stropnice 1. Vzhledem k nižšímu zatížení stropnice a stejnému postupu výpočtu není třeba průřez stropnice ověřovat výpočtem. Návrh průřezu: IPE 160, ocel S235 Aa = 0,00201m 2 Avz = 9,66 × 10 −4 m 2 I y = 8,693 × 106 mm 4 f yk = 235MPa f yd =
f yk
γ M1
=
235 = 235MPa 1,00
Beton C25/30 f ck = 25MPa f cd = 0,85 ×
f ck
γc
= 0,85 ×
25 = 14,166 MPa 1,5
Účinná šířka desky: L 6 = = 1,5m 4 4 = 1,5m ≤ B = 1,75m
beff = beff
37
38
4.6 Průvlak Průvlak je navržen jako spřažený ocelobetonový prostý nosník o rozpětí 6 m.
4.6.1 Zatížení Zatížení, které působí na průvlak je součet zatížení vlastní tíhy průvlaku a zatížení, které se přenáší ze stropnic. Zatížení ze stropnice: g d ,stropnice = 17,6kN / m Fd = g d ,stropnice × b = 17,6 × 6 = 105,6kN Vlastní tíha: g d = γ G × Aa × 7850 × 10 = 1,35 × 0,00459 × 7850 × 10 = 486,425kN
39
4.6.2 Vnitřní síly Posouvající síly:
gd × L 2 0,49 × 6 = 105,6 + = 107,07kN 2
Vmax = F + Vmax
Maximální moment:
l l 1 M max = Gd × − Gd × + × g d × l 2 2 6 8 6 6 1 M max = 105,6 × − 105,6 × + × 0,49 × 62 = 213,405kNm 2 6 8
4.6.3 Geometrie Návrh: IPE 270, ocel S235 Aa = 0,00459m 2 Avz = 2,214 × 10 −3 I y = 5,79 × 10 −5 f yk = 235MPa f yd =
f yk
γ M1
=
235 = 235MPa 1,00
Beton C25/30 f ck = 25MPa f cd = 0,85 ×
beff =
f ck
γc
= 0,85 ×
25 = 14,166 MPa 1,5
l 6 = = 1,5m 4 4
40
4.6.4 Posouzení únosnosti Momentová únosnost:
Na = Nc Aa × f yd = x × beff × f cd 0,00459 × 235 = x × 1,5 × 14,166 x = 0,05076m 270 50,75 r= + 120 − = 229,62mm 2 2 M pl ,rd = N a × r = 0,00459 × 235 × 106 × 0,22962 = 247,68kNm M ed = 213,049kNm ≤ M pl ,rd = 247,68kNm ⇒ vyhoví Smyková únosnost: V pl ,Rd = Avz × f yd / 3 V pl ,Rd = 2,214 × 10 −3 × 235 × 106 / 3 = 300,39kN Ved = 107,07kN < V pl ,Rd = 300,39kN ⇒ vyhoví
4.6.5 Spřažení přivařený trn 19/100 průměr d = 19 mm délka hsc = 100 mm ocel S235 fu = 360MPa Únosnost jednoho trnu: 1 π ×d2 1 π × 19 2 × = 0,8 × 360 × × = 65,325kN 4 4 1,25 γV 1 1 = 0,29 × α × d 2 × f ck × Ecm = 0,29 × 1 × 19 2 × 25 × 31000 × = 73,73kN 1,25 γV
PRd ,1 = 0,8 × f u × PRd , 2 3≤
hsc ≤ 4 ⇒α =1 d
41
součinitel kl pro trny v žebrové desce s žebry rovnoběžnými s nosníkem: kι = 0,6
bo hp
hsc 82,5 100 − 1 = 0,6 − 1 = 0,55 h 60 60 p
Únosnost trnu: PRd = k t × PRd ,1 = 0,55 × 65,325 = 35,929kN
Potřebný počet trnů:
Fcf = N c ´= N a 0,00459 × 235 × 106 nf = = = 30,022 ⇒ 32trnů PRd 35929 Fcf
4.6.6 Mezní stav použitelnosti Zatížení ze stropnice: g k ,stropnice = 13,495kN / m Fk = g k ,stropnice × b = 13,495 × 6 = 80,97kN Vlastní tíha: g k = Aa × 7850 × 10 = 0,00459 × 7850 × 10 = 0,36kN Ohybový moment:
l l 1 M ek = Fk × − Fk × + × g k × l 2 2 6 8 6 6 1 M ek = 80,97 × − 80,97 × + × 0,36 × 62 = 163,56kNm 2 6 8
42
Ideální průřez:
Modul pružnosti betonu s vlivem dotvarování a smršťování:
E c' =
E m 31000 = = 15500MPa 2 2
Pracovní součinitel: n=
E a 210000 = = 13,55 15500 E c'
Plocha ideálního průřezu: Ai = 0,00459 +
1,500 × 0,060 = 11,23 × 10 −3 m 2 13,55
Těžiště ideálního průřezu:
0,00459 × e= =
0,27 1,500 × 0,060 0,060 + × 0,270 + 0,060 + 2 13,55 2 = 11,23 × 10 −3
6,197 × 10 −4 + 2,391 × 10 −3 = 0,268m ≈ 270mm 11,23 × 10 −3
Moment setrvačnosti ideálního průřezu: I i = ∑ (I + A × c 2 ) 2
1 0,27 3 I i = 5,79 × 10 + 0,00459 × + × 0,111 × 0,06 + 2 12 −5
+ 0,111 × 0,06 × (0,09 ) = 5,79 × 10 −5 + 6,098 × 10 −6 + 1,998 × 10 −6 + 2
+ 5,39 × 10 −5 = 119,9 × 10 −6 m 4 Posouzení pružného působení:
43
Maximální napětí v ocelovém profilu: σ a ,max =
M Ek × zd Ii
163560 × 0,27 = 230,525MPa < f y = 235MPa ⇒ vyhoví 119,9 × 10 −6 M Ek = × zh n × Ii
σ a ,max = σ c ,max
σ c ,max =
163560 × 0,12 = 5,67 MPa < 0,85 f ck = 21,25MPa ⇒ vyhoví 13,55 × 119,9 × 10−6
Posouzení průhybu: Ověření pro průhyb od proměnného zatížení.
23 Fk × L3 23 36000 × 63 δ2 = × = × = 0,01096m 648 E × I i 648 210 × 109 × 119,9 × 10−6
δ 2 = 10,96mm ≤
L 6000 = = 15mm ⇒ vyhoví 400 400
4.6.7 Alternativa - Ocelový průvlak Jako alternativa pro srovnání je navržen průvlak, který není spřažen s betonovou deskou. Návrh: IPE 360, S235
Iϖ = 3,14 × 10 −7 m 6
A = 7,27 × 10 −3 m 2 E = 210GPa
Wel , y = 9,04 × 10 −4 m 3
G = 81GPa
W pl , y = 1,019 × 10 −3 m 3
I y = 1,627 × 10 −4 m 4 −5
I z = 1,043 × 10 m
ε =1
4
I t = 3,73 × 10 −7 m 4 Klasifikace průřezu: Pásnice
c 81 = = 6,378 < 10ε = 10 ⇒ tř.1 t f 12,7 44
Stojina
d 298,6 = = 37,325 < 72ε = 72 ⇒ tř .1 tw 8
Kritický moment: 2 π 2 EI z (Lz ) I ω Lz GIt 2 ( ) M cr = C1 + + C e + C e 2 z 2 z 2 2 Lz Lω I z π EI z 2
Lω = 6m Lz = 2m ez = 0,18m C1 = 1,0 C2 = 0,0 M cr = 1,0
π 2 × 210 × 10 9 × 1,043 × 10 −5 22
×
2 2 3,14 × 10 −7 6 2 × 81 × 10 9 × 3,73 × 10 −7 = × + −5 π 2×210 × 109 × 1,043 × 10 −5 6 1,043 × 10 = 5404348,63 ×
[ 3,345 × 10
−3
]
+ 0,0503 = 1251,891kN
Poměrná štíhlost:
λ LT =
W pl f y M cr
1,019 × 10 −3 × 235 × 106 = 0,437 1251,891
=
Součinitel imperfekce α1 = 0,21 Součinitel vzpěrnosti při klopení:
χ LT =
1
φ + φ 2 − λ LT 2
[
(
)
]
φ = 0,5 × 1 + α1 × λ LT − 0,2 + λ LT 2 = 0,5 × [1 + 0,21 × (0,437 − 0,2) + 0,4372 ] = 0,62 χ LT =
1 0,62 + 0,62 2 − 0,437 2
= 0,943
45
Momentová únosnost při klopení:
M b,Rd = χ LT ×
W pl × f y
γ M1
= 0,943 ×
1,019 × 10 −3 × 235 × 106 = 225,782kN 1,00
M Ed = 213,049kN M Ed < M b,Rd ⇒ vyhoví
Průřez nespřaženého průvlaku IPE 360 vychází na posudek únosnosti výrazně větší než spřaženého průvlaku IPE 270. Proto bude zvolena varianta spřaženého průvlaku.
46
5 Střecha Střešní konstrukce je navržena jako ocelobetonová konstrukce se spřaženými vaznicemi a průvlaky. Pro střešní konstrukci je použitý trapézový plech a železobetonová deska o stejné geometrii, jako u stropní konstrukce. Protože je zatížení střechy výrazně menší než u stropní konstrukce, není posouzení těchto prvků u střešní konstrukce dále řešeno.
5.1 Vaznice 1 Vaznice 1 je navržena jako ocelobetonový spřažený prostý nosník o délce 6 metrů. Zatěžovací šířka stropnice je 2 m. Umístění vaznic dle obázku.
47
5.1.1 Zatížení A) Stálé Vaznice 1
1. Sřecha Hydroizolace Tepelná izolace EPS 100S SBS pás
Tloušťka
Tíha
[m]
[kN/m3]
0,004 0,18 0,004
12 1,5 11
Celkem
2. Železobetonová deska Železobeton C25/30 Trapézový plech TR Celkem
3. Vaznice IPE 120
4. Podhled TZB Profil R-CD (0,52 kg/m) Zavěšený podhled Rigips Celkem
Zatížení
[kN/m2] [m]
Tíha [kN/m3]
0,0835
25
0,00075
Zat. vaznice [kN/m]
0,048 0,27 0,044 0,362
Tloušťka [m]
b
2
Zatížení b [kN/m2] [m]
0,724 Zat. vaznice [kN/m]
2,0875 0,077 2,1645
2
4,329
b [m]
Zat. vaznice [kN/m]
A [m2]
Tíha [kN/m3]
Zatížení [kN/m]
0,001321
78,5
0,103699
Délka [m/m2]
Tloušťka
Zatížení
b
Zat. vaznice
[m]
[kN/m2]
[m]
[kN/m]
0,12 0,015 0,135 0,27
2
0,54
3 0,015
0,1036985
Zat. vaznice [kN/m] 5,6966985
Celkem stálé
B) Proměnné
1. Užitné - kategorie H 2. Sníh
Zatížení [kN/m2] 0,75 0,8
b [m] 2 2
Zat. vaznice [kN/m] 1,5 1,6
3. Vítr
0,15556
2
0,31112
48
Kombinace: Jako hlavní proměnné zatížení se uvažuje zatížení sněhem, které se kombinuje s vedlejším zatížením od větru. Protože je užitné zatížení menší než zatížení sněhem a se sněhem se nesčítá, nebude v žádné kombinaci rozhodovat. K1 = γ g × g k + γ q ×ψ 0 × sk + γ q ×ψ 0 × wk K 2 = ε × γ g × g k + γ q × qk + γ q ×ψ 0 × wk K1 = 1,35 × 5,697 + 1,5 × 0,5 × 1,6 + 1,5 × 0,6 × 0,311 = 9,171kN / m K 2 = 0,85 × 5,697 + 1,5 × 1,6 + 1,5 × 0,6 × 0,311 = 9,231kN / m
5.1.2 Vnitřní síly g d = 9,231kN / m l = 6m 1 M ed = × g × l 2 8 1 M ed = × 9,231 × 62 = 41,54kNm 8 1 Ved = × g × l 2 1 Ved = × 9,231 × 6 = 27,69kN 2
5.1.3 Geometrie Návrh průřezu: IPE 120, ocel S235 Aa = 0,00132m 2 Avz = 6,31 × 10−4 m 2 I y = 3,178 × 106 mm 4 f yk = 235MPa f yd =
f yk
γ M1
=
235 = 235MPa 1,00 49
Beton C25/30 f ck = 25MPa f cd = 0,85 ×
f ck
γc
= 0,85 ×
25 = 14,166 MPa 1,5
Účinná šířka desky: L 6 = = 1,5m 4 4 = 1,5m ≤ B = 2m
beff = beff
5.1.4 Posouzení únosnosti Momentová plastická únosnost:
Na = Nc Aa × f yd = x × beff × f cd 0,00132 × 235 = x × 1,5 × 14,166 x = 0,0146m 120 14,6 r= + 120 − = 172,7mm 2 2 M pl ,rd = N a × r = 0,00132 × 235 × 106 × 0,1727 = 53,571kNm M ed = 41,54kNm ≤ M pl ,rd = 53,571kNm ⇒ vyhoví Smyková únosnost: V pl ,Rd = Avz × f yd / 3 V pl ,Rd = 6,31 × 10 −4 × 235 × 106 / 3 = 85,612kN Ved = 27,69kN < V pl ,Rd = 85,612kN ⇒ vyhoví
50
5.1.5 Spřažení přivařený trn 19/100 průměr d = 19 mm délka hsc = 100 mm ocel S235 fu = 360MPa Únosnost jednoho trnu: PRd ,1 = 0,8 × f u ×
π ×d2 4
PRd , 2 = 0,29 × α × d 2 ×
×
1
γV
= 0,8 × 360 ×
f ck × Ecm
1
γV
π × 19 2 4
×
1 = 65,325kN 1,25
= 0,29 × 1 × 19 2 × 25 × 31000 ×
hsc ≤ 4 ⇒α =1 d součinitel kt pro trn v žebrové desce s žebry kolmo na nosník:
3≤
kt =
0,7 82,5 100 0,7 bo hsc − 1 = − 1 = 0,642 nr h p h p 1 60 60
Únosnost trnu: PRd = k t × PRd ,1 = 0,642 × 65,325 = 41,939kN
Potřebný počet trnů: Fcf = N c ´= N a nf =
Fcf PRd
=
0,00132 × 235 × 106 = 7,396 ⇒ 8trnů 41939
Na polovinu nosníku je možné umístit 3000/250 = 12 trnů.
→ Úplné spřažení
51
1 = 73,73kN 1,25
5.1.6 Mezní stav použitelnosti Zatížení: g k = 5,7kN / m qk = 1,5kN / m g k + qk = 5,7 + 1,5 = 7,2kN / m
Vnitřní síly:
1 M ek = × 7,2 × 62 = 32,4kNm 8 Ideální průřez:
E c' = n=
E m 31000 = = 15500MPa 2 2
E a 210000 = = 13,55 E c' 15500
beff =
beff ,v n
=
1,5 = 0,111m 13,55
Ai = 7,922 × 10−3 m 2 e = 0,185m I i = 2,99 × 10 −5 m 4
52
Posouzení pružného působení: Maximální napětí v ocelovém profilu: σ a ,max =
M Ek × zd Ii
32400 × 0,185 = 200,47 MPa < f y = 235MPa ⇒ vyhoví 2,99 × 10−5 M Ek = × zh n × Ii
σ a ,max = σ c ,max
σ c ,max =
32400 × 0,055 = 4,4 MPa < 0,85 f ck = 21,25MPa ⇒ vyhoví 13,55 × 2,99 × 10−5
Posouzení průhybu:
5 qk × L4 5 1500 × 64 δ2 = × = × = 0,00402m 385 E × I i 385 210 × 109 × 2,99 × 10−5
δ 2 = 4mm ≤
L 6000 = = 30mm ⇒ vyhoví 200 200
53
5.2 Vaznice 2, 3, 4
Vaznice 2, 3,a 4 jsou navrženy jako ocelobetonové spřažené prosté nosník o délce 6 metrů. Umístění vaznic dle obázku. Zatěžovací šířka vaznice 2 je 1 m. Zatěžovací šířka vaznice 3 je 1,75 m. Zatěžovací šířka vaznice 4 je 1,5 m. Plošné zatížení je přibližně stejné, jako u vaznice 1 a zatěžovací šířky jsou menší, než u vaznice 1, proto mohou být použity stejné profily IPE 120. Vzhledem k menšímu zatížení a stejného postupu výpočtu není třeba průřez ověřovat výpočtem.
54
5.2 Průvlak Průvlak je navržen jako spřažený ocelobetonový prostý nosník o rozpětí 6 m.
5.2.1 Zatížení Zatížení, které působí na průvlak je součet zatížení vlastní tíhy průvlaku a zatížení, které se přenáší z vaznic. Zatížení ze stropnice: g d ,vaznice = 9,23kN / m Fd = g d ,vaznice × b = 9,23 × 6 = 55,38kN Vlastní tíha: g d = γ G × Aa × 7850 × 10 = 1,35 × 0,00285 × 7850 × 10 = 302,03kN
55
5.2.2 Vnitřní síly Posouvající síly:
gd × L 2 0,302 × 6 = 55,38 + = 56,29kN 2
Ved ,max = F + Ved ,max
Maximální moment:
l l 1 M max = Gd × − Gd × + × g d × l 2 2 6 8 6 6 1 M max = 55,38 × − 55,38 × + × 0,302 × 62 = 112,12kNm 2 6 8
5.2.3 Geometrie Návrh: IPE 200, ocel S235 Aa = 0,00285m 2 Avz = 1,4 × 10 −3 I y = 1,943 × 10 −5 f yk = 235MPa f yd =
f yk
γ M1
=
235 = 235MPa 1,00
Beton C25/30 f ck = 25MPa f cd = 0,85 ×
beff =
f ck
γc
= 0,85 ×
25 = 14,166 MPa 1,5
l 6 = = 1,5m 4 4
56
5.2.4 Posouzení únosnosti Momentová únosnost:
Na = Nc Aa × f yd = x × beff × f cd 0,00285 × 235 = x × 1,5 × 14,166 x = 0,0315m 200 31,5 r= + 120 − = 204,25mm 2 2 M pl ,rd = N a × r = 0,00285 × 235 × 106 × 0,204 = 136,63kNm M ed = 112,12kNm ≤ M pl ,rd = 136,63kNm ⇒ vyhoví Smyková únosnost: V pl ,Rd = Avz × f yd / 3 V pl ,Rd = 1,4 × 10 −3 × 235 × 106 / 3 = 189,95kN Ved = 56,29kN < V pl ,Rd = 189,95kN ⇒ vyhoví
5.2.5 Spřažení přivařený trn 19/100 průměr d = 19 mm délka hsc = 100 mm ocel S235 fu = 360MPa Únosnost jednoho trnu: PRd ,1 = 0,8 × f u ×
π ×d2 4
PRd , 2 = 0,29 × α × d 2 × 3≤
×
1
γV
= 0,8 × 360 ×
f ck × Ecm
1
γV
hsc ≤ 4 ⇒α =1 d
57
π × 19 2 4
×
1 = 65,325kN 1,25
= 0,29 × 1 × 19 2 × 25 × 31000 ×
1 = 73,73kN 1,25
součinitel kl pro trny v žebrové desce s žebry rovnoběžnými s nosníkem: kι = 0,6
bo hp
hsc 82,5 100 − 1 = 0,6 − 1 = 0,55 h 60 60 p
Únosnost trnu: PRd = k t × PRd ,1 = 0,55 × 65,325 = 35,929kN
Potřebný počet trnů: Fcf = N c ´= N a nf =
Fcf PRd
=
0,00285 × 235 × 106 = 18,64 ⇒ 19trnů 35929
5.2.6 Mezní stav použitelnosti Zatížení ze stropnice: g k ,vaznice = 7,2kN / m Fk = g k ,vaznice × b = 7,25 × 6 = 43,2kN Vlastní tíha: g k = Aa × 7850 × 10 = 0,00285 × 7850 × 10 = 0,224kN / m Ohybový moment:
l l 1 M ek = Fk × − Fk × + × g k × l 2 2 6 8 6 6 1 M ek = 43,2 × − 43,2 × + × 0,224 × 6 2 = 87,41kNm 2 6 8
58
Ideální průřez:
E c' = n=
E m 31000 = = 15500MPa 2 2
E a 210000 = = 13,55 15500 E c'
Průřezové charakteristiky vypočítané v programu Scia:
Ai = 9,45 × 10−3 m 2 e = 0,233m I i = 9,33 × 10 −5
Posouzení pružného působení: Maximální napětí v ocelovém profilu: σ a ,max =
M Ek × zd Ii
87410 × 0,233 = 218,29 MPa < f y = 235MPa ⇒ vyhoví 9,33 × 10−5 M Ek = × zh n × Ii
σ a ,max = σ c ,max
σ c ,max =
87410 × 0,087 = 6,01MPa < 0,85 f ck = 21,25MPa ⇒ vyhoví 13,55 × 9,33 × 10−5
59
Posouzení průhybu: Ověření pro průhyb od proměnného zatížení.
δ2 =
23 Fk × L3 23 9000 × 63 × = × = 0,0035m 648 E × I i 648 210 × 109 × 9,33 × 10 −5
δ 2 = 3,5mm ≤
L 6000 = = 24mm ⇒ vyhoví 250 250
60
6 Sloupy 6.1 Rozdělení sloupů v půdorysu budovy
S1 - Vnitřní sloup S2 - Vnější sloup z podélné strany budovy S3 - Vnitřní sloup s příčným ztužidlem S4 - Vnější sloup s příčným ztužidlem S5 - Vnější sloup z příčné strany budovy - použije se stejný průřez jako S2, působí na něj menší zatížení než na sloup S2, proto není potřeba ověřovat výpočtem S6 - Vnitřní sloup s podélným ztužidlem - stejný průřez jako S3, působí na něj menší zatížení než na sloup S3, proto není potřeba ověřovat výpočtem S7 - Rohový sloup - Svařenec průřezu HEB a poloviny průřezu IPE. Průřez HEB je stejný, jako průřez sloupu S2
61
6.2 Vnitřní sloup S1 Každý sloup je rozdělen na tři montážní díly. Průřez bude po výšce odstupňován. Montážní styk je umístěn 500 mm nad podlahou. Sloup je namáhán centrickým tlakem. Zatěžovací plocha střešní konstrukce je znázorněna na obrázku.
62
6.2.1 Zatížení 6.2.1.1
Zatížení běžného podlaží A) Stálé
1. Podlaha Keramická dlažba Lepidlo na KD Betonová mazanina Tepelná izolace EPS 100S 2. Železobetonová deska Železobeton C25/30 Trapézový plech TR 3. Podhled TZB Profil R-CD (0,52 kg/m) Zavěšený podhled Rigips Celkem
Tloušťka [m]
Tíha [kN/m3]
Zatížení [kN/m2]
0,008 0,005 0,04 0,02
23 20 23 1,5
0,184 0,1 0,92 0,03
0,0835 0,00075
25
2,0875 0,077 0,12 0,015 0,135 3,6685
1) Plošné: Zatěžovací plocha: A = 4,5 x 6 = 27 m2 Gk1 = A x g1 = 27 x 3,6685 = 99,05 kN 2) Nosníky: délka IPE 270 IPE 160 Celkem
[m] 4,5 15
Plocha
Zatížení
[kN] [m2] 0,00459 1,621418 0,00201 2,366775 3,988193
Gk2 = 3,988 kN 3) Příčka hmotnost [kg/m2] 2 x SDK deska rigips 27 Profil R-CW 75 (0,54 kg/m) 1,62 Tep. izolace Isover AKU 6 2,4 Celkem
výška [m] 3 3 3
Zatížení [kN] 4,86 0,2916 0,432 5,5836
Gk3 = 5,584 kN Gk,strop = ∑Gki = 99,05+3,988+5,584 = 108,622 kN 63
B) Proměnné Zatížení [kN/m2] 2,5 0,5 3
1. Užitné - kategorie B 2. Přemistitelné příčky Celkem proměnné
Qk = A x qk = 27 x 3 = 81 kN
6.2.1.2
Zatížení střechy
A) Stálé 1) Plošné: Tloušťka [m] 1. Sřecha Hydroizolace 0,004 Tepelná izolace EPS 100S 0,18 SBS pás 0,004 2. Železobetonová deska Železobeton C25/30 0,0835 Trapézový plech TR 0,00075 4. Podhled TZB Profil R-CD (0,52 kg/m) Zavěšený podhled Rigips Celkem
Tíha [kN/m3]
Zatížení [kN/m2]
12 1,5 11
0,048 0,27 0,044
25
2,0875 0,077 0,12 0,015 0,135 2,7965
Zatěžovací plocha: A = 4,5 x 6 = 27 m2 Gk1 = A x g1 = 27 x 2,7965 = 75,506 kN 2) Nosníky:
Nosníky IPE 120 IPE 100 IPE 200 Celkem
A [m2]
délka [m]
Zatížení [kN]
0,001321 0,001032 0,00285
6 9 4,5
0,622191 0,729108 1,006763 2,358062
Gk2 = 2,358 kN Gk,střecha = 75,506 + 2,358 = 77,864 kN
64
B) Proměnné 1) Sníh s = 0,8 kN/m Sk = s * A = 0,8 * 27 = 21,6 kN 2) Užitné - střecha Kategorie H: qk = 0,75 kN/m2 Užitné zatížení není dominantní zatížení, ψ0 = 0 → zatížení se neuvažuje
6.2.2 Průřez 1 6.2.2.1
Zatížení
Vlastní tíha sloupu: A = 5,425 × 10−3 m 2 l = 10,9m Fsl .k = A × l × 78,5 = 4,642kN
Kombinace: K1 : Σγ G × Gk + γ Q ×ψ 0 × Qk ,1 + Σγ Q ×ψ 0,i × Qk ,i =
= 1,35 × (2 × 108,622 + 77,864 + 4,242) + 1,5 × 0,7 × 2 × 81 + 1,5 × 0,5 × 21,6 = = 590,962kN K2 : Σγ G × ε × Gk + γ Q × Qk ,1 + Σγ Q ×ψ 0,i × Qk ,i =
= 1,35 × 0,85 × (2 × 108,622 + 77,864 + 4,242) + 1,5 × 2 × 81 + 1,5 × 0,5 × 21,6 = = 602,704kN N ed = 602,704kN
65
6.2.2.2
Geometrie
HEB 160, ocel 235
A = 5,425 × 10 −3 m 2 E = 210GPa G = 81GPa I y = 2,492 × 10 −5 m 4 I z = 8,892 × 10 −6 m 4 Lcr , z = Lcr , y = 3,6m 6.2.2.3
Posouzení únosnosti
Při stejné vzpěrné délce k oběma osám bude rozhodovat vybočení k ose z. Pružná kritická síla:
N cr , z = N cr , z =
π 2 × E × Iz L2cr , z
π 2 × 210 × 109 × 8,892 × 10 −6 3,6 2
= 1422,046kN
Poměrná štíhlost:
λz=
A× fy N cr ,z
=
5,425 × 235 = 0,947 1422,046
Křivka vzpěrné pevnosti:
h 160 = = 1, t f = 13mm ≤ 40mm ⇒ c b 160
⇒ α = 0,49 Součinitel vzpěru:
χ=
1
φ + φ2 − λ
[
2
(
)
φ = 0,5 × 1 + α × λ − 0,2 + λ
2
]
φ = 0,5 × [1 + 0,49 × (0,947 − 0,2) + 0,9472 ] = 1,131 χ=
1 1,131 + 1,1312 − 0,9472
66
= 0,572
Vzpěrná únosnost: N b,rd = χ × A × f yd N b,rd = 0,572 × 5,425 × 10 −3 × 235 × 106 = 728,772kN N ed = 602,704kN ≤ N b,rd = 728,772kN ⇒ vyhoví
6.2.3 Průřez 2 6.2.3.1
Zatížení
Vlastní tíha sloupu:
A = 9,104 × 10 −3 m 2 l = 20,9m Fsl = A × l2 × 78,5 + Fsl1 = 14,936kN Kombinace: K1 : Σγ G × Gk + γ Q ×ψ 0 × Qk ,1 + Σγ Q ×ψ 0,i × Qk ,i =
= 1,35 × (5 × 108,622 + 77,864 + 14,936) + 1,5 × 0,7 × 5 × 81 + 1,5 × 0,5 × 21,6 = = 1294,033kN K2 : Σγ G × ε × Gk + γ Q × Qk ,1 + Σγ Q ×ψ 0,i × Qk ,i =
= 1,35 × 0,85 × (5 × 108,622 + 77,864 + 14,936) + 1,5 × 5 × 81 + 1,5 × 0,5 × 21,6 = = 1350,432kN N ed = 1350,432kN
6.2.3.2
Geometrie
HEB 220, ocel 235
A = 9,104 × 10 −3 m 2 E = 210GPa G = 81GPa I y = 8,091 × 10 −5 m 4 I z = 2,843 × 10 −5 m 4 Lcr , z = Lcr , y = 3,6m
67
6.2.3.3
Posouzení
Při stejné vzpěrné délce k oběma osám bude rozhodovat vybočení k ose z. Pružná kritická síla:
N cr ,z = N cr ,z =
π 2 × E × Iz L2cr , z
π 2 × 210 × 109 × 2,843 × 10 −5 3,62
= 4546,643kN
Poměrná štíhlost:
λz=
A× fy N cr , z
=
9,104 × 10 −3 × 235 × 106 = 0,686 4546643
Křivka vzpěrné pevnosti:
h 220 = = 1, t f = 13mm ≤ 40mm ⇒ c b 220
⇒ α = 0,49 Součinitel vzpěru:
χ=
1
φ + φ2 − λ
[
2
(
)
φ = 0,5 × 1 + α × λ − 0,2 + λ
2
]
φ = 0,5 × [1 + 0,49 × (0,686 − 0,2 ) + 0,6862 ] = 0,854 χ=
1 0,854 + 0,8542 − 0,6862
= 0,734
Vzpěrná únosnost: N b,rd = χ × A × f yd N b,rd = 0,734 × 9,104 × 10 −3 × 235 × 106 = 1570,349kN N ed = 1350,432kN ≤ N b,rd = 1570,349kN ⇒ vyhoví
68
6.2.4 Průřez 3 6.2.4.1
Zatížení
Vlastní tíha sloupu:
A = 1,06 × 10 −2 l = 20,9m Fsl = A × l3 × 78,5 + Fsl1 + Fsl 2 = 21,6kN Kombinace: K1 : Σγ G × Gk + γ Q ×ψ 0 × Qk ,1 + Σγ Q ×ψ 0,i × Qk ,i =
= 1,35 × (7 × 108,622 + 77,864 + 4,242) + 1,5 × 0,7 × 7 × 81 + 1,5 × 0,5 × 21,6 = = 1764,744kN K2 : Σγ G × ε × Gk + γ Q × Qk ,1 + Σγ Q ×ψ 0,i × Qk ,i =
= 1,35 × 0,85 × (7 × 108,622 + 77,864 + 4,242) + 1,5 × 7 × 81 + 1,5 × 0,5 × 21,6 = = 1769,83kN N ed = 1769,83kN
6.2.4.2
Geometrie
HEB 240, ocel 235
A = 1,06 × 10 −2 m 2 E = 210GPa G = 81GPa I y = 1,126 × 10 −4 m 4 I z = 3,923 × 10 −5 m 4 Lcr , z = Lcr , y = 3,6m
69
6.2.4.3
Posouzení
Při stejné vzpěrné délce k oběma osám bude rozhodovat vybočení k ose z. Pružná kritická síla:
N cr ,z = N cr ,z =
π 2 × E × Iz L2cr , z
π 2 × 210 × 109 × 3,923 × 10 −5 3,62
= 6273,824kN
Poměrná štíhlost:
λz=
A× fy N cr , z
=
10,6 × 235 = 0,63 6273,824
Křivka vzpěrné pevnosti:
h 240 = = 1, t f = 13mm ≤ 40mm ⇒ c b 240
⇒ α = 0,49 Součinitel vzpěru:
χ=
1
φ + φ2 − λ
[
2
(
)
φ = 0,5 × 1 + α × λ − 0,2 + λ
2
]
φ = 0,5 × [1 + 0,49 × (0,63 − 0,2 ) + 0,632 ] = 0,804 χ=
1 0,804 + 0,8042 − 0,632
= 0,767
Vzpěrná únosnost: N b,rd = χ × A × f yd N b,rd = 0,767 × 1,06 × 10 −2 × 235 × 106 = 1910,597kN N ed = 1769,83kN ≤ N b,rd = 1910,597kN ⇒ vyhoví
70
6.3 Krajní sloup - S2 Každý sloup je rozdělen na tři montážní díly. Průřez bude po výšce odstupňován. Montážní styk je umístěn 500 mm nad podlahou. Sloup je namáhán tlakem a ohybovým momentem od zatížení větrem. Zatěžovací plocha fasády pro zatížení větrem:
Zatěžovací plocha ze stropní konstrukce:
71
6.3.1 Zatížení 6.3.1.1
Zatížení běžného podlaží A) Stálé
1. Podlaha Keramická dlažba Lepidlo na KD Betonová mazanina Tepelná izolace EPS 100S 2. Železobetonová deska Železobeton C25/30 Trapézový plech TR 3. Podhled TZB Profil R-CD (0,52 kg/m) Zavěšený podhled Rigips Celkem
Tloušťka [m]
Tíha [kN/m3]
Zatížení [kN/m2]
0,008 0,005 0,04 0,02
23 20 23 1,5
0,184 0,1 0,92 0,03
0,0835 0,00075
25
2,0875 0,077 0,12 0,015 0,135 3,6685
1) Plošné: Zatěžovací plocha: A = 3 x 6 = 18 m2 Gk1 = A x g1 = 27 x 3,6685 = 66,033 kN 2) Nosníky: A [m2] IPE 160 IPE 120 IPE 270 Celkem
délka [m] 6 6 3
0,00201 0,001321 0,00201
Gk2 = 2,042 kN 3) Fasáda Zatížení na stropnici: gstropnice = 0,92 kN/m l=6m
72
Tíha Zatížení [kN/m3] [kN] 78,5 0,94671 78,5 0,622191 78,5 0,473355 2,042256
Gk3 = gstropnice x l = 0,92 x 6 = 5,52 kN Gk,strop = ∑Gki = 66,033+2,042 +5,552 = 73,595 kN B) Proměnné Zatížení [kN/m2] 2,5 0,5 3
1. Užitné - kategorie B 2. Přemistitelné příčky Celkem proměnné
Qk = A x qk = 18 x 3 = 54 kN
6.3.1.2
Zatížení střechy
A) Stálé 1) Plošné: Tloušťka [m] 1. Sřecha Hydroizolace 0,004 Tepelná izolace EPS 100S 0,18 SBS pás 0,004 2. Železobetonová deska Železobeton C25/30 0,0835 Trapézový plech TR 0,00075 4. Podhled TZB Profil R-CD (0,52 kg/m) Zavěšený podhled Rigips Celkem
Tíha [kN/m3]
Zatížení [kN/m2]
12 1,5 11
0,048 0,27 0,044
25
2,0875 0,077 0,12 0,015 0,135 2,7965
Zatěžovací plocha: A = 3 x 6 = 18 m2 Gk1 = A x g1 = 18 x 2,7965 = 50,337 kN 2) Nosníky:
Nosníky IPE 120 IPE 100 IPE 200 Celkem
A [m2]
délka [m]
Zatížení [kN]
0,001321 0,001032 0,00285
6 6 3
0,622191 0,486072 0,671175 1,779438
Gk2 = 1,779kN 73
Gk,střecha = 50,337 + 1,779 = 52,116 kN
B) Proměnné 1) Sníh s = 0,8 kN/m Sk = s * A = 0,8 * 18 = 14,4 kN 2) Užitné - střecha Kategorie H: qk = 0,75 kN/m2 Užitné zatížení není dominantní zatížení, ψ0 = 0 → zatížení se neuvažuje.
6.3.1.3
Zatížení větrem
tlak větru na stěnu: we = 622,24 N/m2 tlak větru na sloup: we,sl = we x b we,sl = 622,24 x 3 = 1,867 kN/m
74
6.3.1 Průřez 1 6.3.1.1
Zatížení
Vlastní tíha sloupu: A = 4,296 × 10−3 m 2 l = 10,9m Fsl .k = A × l × 78,5 = 3,68kN
Kombinace - osová síla: K1 : Σγ G × Gk + γ Q ×ψ 0 × Qk ,1 + Σγ Q ×ψ 0,i × Qk ,i =
= 1,35 × (2 × 73,595 + 52,116 + 3,68) + 1,5 × 0,7 × 2 × 54 + 1,5 × 0,5 × 14,4 = = 398,231kN K2 :
Σγ G × ε × Gk + γ Q × Qk ,1 + Σγ Q ×ψ 0,i × Qk ,i =
= 1,35 × 0,85 × (2 × 73,595 + 52,116 + 3,68) + 1,5 × 2 × 54 + 1,5 × 0,5 × 14,4 = = 392,27kN
Zatížení větrem: wek,sl = 1,867 kN/m wed,sl = 1,5 x 0,6 x 1,867 =1,68 kN/m
6.3.1.2
Vnitřní síly
Osová síla: Ned = 398,231 kN
Ohybový moment: 1 M ed,max = × q × l 2 8 1 M ed,max = × 1,68 × 3,62 = 2,722kNm 8 75
6.3.1.3
Geometrie
HEB 140, ocel 235
A = 4,296 × 10 −3 m 2 E = 210GPa G = 81GPa I y = 1,51 × 10−5 m 4 I z = 5,497 × 10 −6 m 4 Lcr , z = Lcr , y = 3,6m Wel , y = 2,156 × 10−4 W pl , y = 2,46 × 10−4 6.3.1.4
Posouzení únosnosti
Průřez je posouzen v programu Scia na kombinaci osové síly a ohybového momentu podle EN 1993-1-1. Posudek vzpěru:
Jednotkový posudek: 0,78 < 1 ... průřez vyhoví na vzpěr
76
Posudek na tlak s ohybem:
Jednotkový posudek: 0,83 < 1 ... průřez vyhoví na kombinaci tlaku s ohybem. Z konstrukčních důvodů se v konstrukci místo spočítaného profilu IPE 140 použije profil IPE 160. Vzhledem k tomu, že větší profil při stejném zatížení vyhoví, nebude se již ověřovat výpočtem.
77
6.3.2 Průřez 2 6.3.2.1
Zatížení
Vlastní tíha sloupu:
A = 6,525 × 10−3 m 2 l2 = 10,8m Fsl = A × l2 × 78,5 + Fsl1 = 9,21kN Kombinace - osová síla: K1 : Σγ G × Gk + γ Q ×ψ 0 × Qk ,1 + Σγ Q ×ψ 0,i × Qk ,i =
= 1,35 × (5 × 73,595 + 52,116 + 9,21) + 1,5 × 0,7 × 5 × 54 + 1,5 × 0,5 × 14,4 = = 873,86kN K2 :
Σγ G × ε × Gk + γ Q × Qk ,1 + Σγ Q ×ψ 0,i × Qk ,i =
= 1,35 × 0,85 × (5 × 73,595 + 52,116 + 9,21) + 1,5 × 5 × 54 + 1,5 × 0,5 × 14,4 = = 908,42kN
Zatížení větrem: wek,sl = 1,867 kN/m wed,sl = 1,5 x 0,6 x 1,867 =1,68 kN/m
6.3.2.2
Vnitřní síly
Osová síla: Ned = 908,42 kN
Ohybový moment: 1 M ed,max = × q × l 2 8 1 M ed,max = × 1,68 × 3,62 = 2,722kNm 8
78
6.3.2.3
Geometrie
HEB 180, ocel 235
A = 6,525 × 10−3 m 2 E = 210GPa G = 81GPa I y = 3,83 × 10−5 m 4 I z = 1,363 × 10−5 m 4 Lcr , z = Lcr , y = 3,6m Wel , y = 4,257 × 10 −4 m 3 W pl , y = 4,82 × 10−4 m 3
6.3.2.4
Posouzení únosnosti
Průřez je posouzen v programu Scia na vzpěr a na kombinaci osové síly a ohybového momentu podle EN 1993-1-1. Posudek vzpěru:
Jednotkový posudek: 0,93 < 1 ... průřez vyhoví na vzpěr
79
Posudek na tlak s ohybem:
Jednotkový posudek: 0,95 < 1 ... průřez vyhoví na kombinaci tlaku s ohybem
80
6.3.3 Průřez 3 6.3.3.1
Zatížení
Vlastní tíha sloupu: A = 9,104 × 10−3 m 2 l3 = 7,2m Fsl .k = A × l3 × 78,5 + Fsl ,2 = 14,36kN
Kombinace - osová síla: K1 : Σγ G × Gk + γ Q ×ψ 0 × Qk ,1 + Σγ Q ×ψ 0,i × Qk ,i =
= 1,35 × (7 × 73,595 + 52,116 + 14,36) + 1,5 × 0,7 × 7 × 54 + 1,5 × 0,5 × 14,4 = = 1192,92kN K2 :
Σγ G × ε × Gk + γ Q × Qk ,1 + Σγ Q ×ψ 0,i × Qk ,i =
= 1,35 × 0,85 × (7 × 73,595 + 52,116 + 14,36) + 1,5 × 7 × 54 + 1,5 × 0,5 × 14,4 = = 1245,23kN
Zatížení větrem: wek,sl = 1,867 kN/m wed,sl = 1,5 x 0,6 x 1,867 =1,68 kN/m
6.3.3.2
Vnitřní síly
Osová síla: Ned = 1245,23 kN
Ohybový moment: 1 M ed,max = × q × l 2 8 1 M ed,max = × 1,68 × 3,62 = 2,722kNm 8
81
6.3.3.3
Geometrie
HEB 220, ocel 235
A = 9,104 × 10−3 m 2 E = 210GPa G = 81GPa I y = 8,091 × 10 −5 m 4 I z = 2,84 × 10 −5 m 4 Lcr , z = Lcr , y = 3,6m Wel , y = 7,355 × 10−4 W pl , y = 8,28 × 10−4
6.3.3.4
Posouzení únosnosti
Průřez je posouzen v programu Scia na vzpěr a na kombinaci osové síly a ohybového momentu podle EN 1993-1-1. Posudek vzpěru:
Jednotkový posudek: 0,79 < 1 ... průřez vyhoví na vzpěr
82
Posudek na tlak s ohybem:
Jednotkový posudek: 0,8 < 1 ... průřez vyhoví na kombinaci tlaku s ohybem
83
6.4 Vnitřní sloup s příčným ztužidlem - S3 6.4.1 Průřez 1
6.4.1.1
Zatížení
Zatížení na vnitřní sloup s příčným ztužidlem je kombinace zatížení na vnitřní sloup z kapitoly 6.1 a přitížení od svislého ztužidla z kapitoly 7.1.
6.4.1.2
Vnitřní síly
Vnitřní síly na vnitřní jsou vypočítané v programu Scia pro nejnepříznivější kombinaci zatížení.
Maximální osová síla: Ned = -696,3 kN
6.4.1.3
Geometrie
HEB 160, ocel 235
A = 5,425 × 10 −3 m 2 E = 210GPa G = 81GPa I y = 2,492 × 10 −5 m 4 I z = 8,892 × 10 −6 m 4 Lcr , z = Lcr , y = 3,6m
84
6.4.1.4
Posouzení únosnosti
Průřez je posouzen v programu Scia na vzpěr podle EN 1993-1-1. Posudek vzpěru:
N Ed ,max = 696,3kN ≤ N b,Rd = 728,4kN → vyhoví
6.4.2 Průřez 2 6.4.2.1
Zatížení
Zatížení na vnitřní sloup s příčným ztužidlem je kombinace zatížení na vnitřní sloup z kapitoly 6.1 a přitížení od svislého ztužidla z kapitoly 7.1.
6.4.2.2
Vnitřní síly
Vnitřní síly na vnitřní jsou vypočítané v programu Scia pro nejnepříznivější kombinaci zatížení.
Maximální osová síla: Ned = -1790,02 kN 85
6.4.2.3
Geometrie
HEB 240, ocel 235
A = 1,06 × 10 −2 m 2 E = 210GPa G = 81GPa I y = 1,126 × 10 −4 m 4 I z = 3,923 × 10 −5 m 4 Lcr , z = Lcr , y = 3,6m
6.4.2.4
Posouzení únosnosti
Průřez je posouzen v programu Scia na vzpěr podle EN 1993-1-1. Posudek vzpěru:
N Ed ,max = 1790,02kN ≤ N b,Rd = 1911,58kN → vyhoví
86
6.4.3 Průřez 3
6.4.3.1
Zatížení
Zatížení na vnitřní sloup s příčným ztužidlem je kombinace zatížení na vnitřní sloup z kapitoly 6.1 a přitížení od svislého ztužidla z kapitoly 7.1.
6.4.3.2
Vnitřní síly
Vnitřní síly na vnitřní jsou vypočítané v programu Scia pro nejnepříznivější kombinaci zatížení.
Maximální osová síla: Ned = -2680,14 kN
6.4.3.3
Geometrie
HEB 300, ocel 235
A = 1,49 × 10−2 m 2 E = 210GPa G = 81GPa I y = 2,517 × 10−4 m 4 I z = 8,563 × 10 −5 m 4 Lcr , z = Lcr , y = 3,6m
87
6.4.3.4
Posouzení únosnosti
Průřez je posouzen v programu Scia na vzpěr podle EN 1993-1-1. Posudek vzpěru:
N Ed ,max = 2680,14kN ≤ N b,Rd = 2942,28kN → vyhoví
6.5 Krajní sloup s příčným ztužidlem - S4 6.5.1 Průřez 1 6.5.1.1
Zatížení
Zatížení na krajní sloup s příčným ztužidlem je kombinace zatížení na krajní sloup z kapitoly 6.3, přitížení od svislého ztužidla z kapitoly 7.1., a zatížení od sání větrem. tlak větru na stěnu: we = 426,467 N/m2 tlak větru na sloup: we,sl = we x b we,sl,d = 426,467 x 3 x 1,5= 1,919 kN/m reakce na koncích sloupu: R = we,sl x h /2 = 1,919 x 3,6 / 2 = 3,454 kN
88
6.5.1.2
Vnitřní síly
Vnitřní síly na vnitřní jsou vypočítané v programu Scia pro nejnepříznivější kombinaci zatížení.
Maximální osová síla: Ned = -524,15 kN Maximílní ohybový moment: Med = 0,72 kN
6.5.1.3
Geometrie
HEB 160, ocel 235
A = 5,425 × 10 −3 m 2 E = 210GPa G = 81GPa I y = 2,492 × 10 −5 m 4 I z = 8,892 × 10 −6 m 4 Lcr , z = Lcr , y = 3,6m 6.5.1.4
Posouzení únosnosti
Průřez je posouzen v programu Scia na vzpěr a na kombinaci osové síly a ohybového momentu podle EN 1993-1-1. Posudek vzpěru:
N Ed ,max = 524,15kN ≤ N b,Rd = 728,4kN → vyhoví 89
Posudek kombinace tlaku a obybu:
Jednotkový posudek: 0,73 < 1 ... průřez vyhoví na kombinaci tlaku s ohybem
90
6.5.2 Průřez 2 6.5.2.1
Zatížení
Zatížení na krajní sloup s příčným ztužidlem je kombinace zatížení na krajní sloup z kapitoly 6.3 a přitížení od svislého ztužidla z kapitoly 7.1.
6.5.2.2
Vnitřní síly
Vnitřní síly na vnitřní jsou vypočítané v programu Scia pro nejnepříznivější kombinaci zatížení.
Maximální osová síla: Ned = -1410,66 kN Maximální ohybový moment: Med = 1,83 kN
6.5.2.3
Geometrie
HEB 220, ocel 235
A = 9,104 × 10−3 m 2 E = 210GPa G = 81GPa I y = 8,091 × 10 −5 m 4 I z = 2,84 × 10 −5 m 4 Lcr , z = Lcr , y = 3,6m Wel , y = 7,355 × 10−4 W pl , y = 8,28 × 10−4
91
6.5.2.4
Posouzení únosnosti
Průřez je posouzen v programu Scia na vzpěr a na kombinaci osové síly a ohybového momentu podle EN 1993-1-1. Posudek vzpěru:
N Ed ,max = 1410,66kN ≤ N b,Rd = 1568,97kN → vyhoví
92
Posouzení na kombinaci tlaku s ohybem:
Jednotkový posudek: 0,9 < 1 ... průřez vyhoví na kombinaci tlaku s ohybem 93
6.5.3 Průřez 3 6.5.3.1
Zatížení
Zatížení na vnitřní sloup s příčným ztužidlem je kombinace zatížení na vnitřní sloup z kapitoly 6.2 a přitížení od svislého ztužidla z kapitoly 7.1.
6.5.3.2
Vnitřní síly
Vnitřní síly na vnitřní jsou vypočítané v programu Scia pro nejnepříznivější kombinaci zatížení.
Maximální osová síla: Ned = -2161,32 kN Maximální ohybový moment: Med = 8,75 kN
6.5.3.3
Geometrie
HEB 260, ocel 235
A = 1,184 × 10−2 m 2 E = 210GPa G = 81GPa I y = 1,492 × 10−4 m 4 I z = 5,135 × 10−5 m 4 Lcr , z = Lcr , y = 3,6m
6.5.3.4
Posouzení únosnosti
Průřez je posouzen v programu Scia na kombinaci osové síly a ohybového momentu podle EN 1993-1-1.
94
Posudek vzpěru:
N Ed ,max = 2161,32kN ≤ N b,Rd = 2214,66kN → vyhoví
95
Posouzení na kombinaci tlaku s ohybem:
Jednotkový posudek: 0,9 < 1 ... průřez vyhoví na kombinaci tlaku s ohybem
96
7 Svislá ztužidla 7.1 Svislé ztužidlo - příčný směr
7.1.1 Zatížení Zatížení větrem: Návětrná strana: we,D = 0,622 kN/m2 Návětrná strana: we,E = -0,426 kN/m2 Celkový účinek na budovu: qwk = 0,622 + 0,426 = 1,048 kN/m2 Délka objektu - zatěžovací šířka: l = 54,0 m Celkové zatížení větrem pro jednotlivá podlaží: Fw,k = l × h × q wk Fw1,k = 54 × 1,7 × 1,048 = 96,206kN Fw 2,k = 54 × 3,5 × 1,048 = 192,413kN Fw3,k = 54 × 3,6 × 1,048 = 203,731kN Fw 4,k = 54 × 2,4 × 1,048 = 135,821kN 97
Zatížení ztužidel rámovými imperfekcemi: Naklonění soustavy:
φ = α h × α m × φ0 1 200
φ0 =
1 1 = 0,51 + = 0,791 m 4 2 0,372 28,9
α m = 0,51 + αh =
2 = h
2 2 ≥ αh ≤ 1 ⇒ αh = 3 3
φ=
2 1 × 0,791 × = 2,637 × 10 −3 3 200
Celkové zatížení stropů: (Hodnoty zatížení přebrané ze zatížení sloupů) Stálé: Střecha 77,964 × 54,4 × 12,3 + 0,92 × (2 × 54,4 + 2 × 12,3) = 27 = 1932 + 122,73 = 2054,73kN FG1,k =
Strop
FG 2,k =
103,04 × 54,4 × 12,3 = 2553,51kN 27
Nahodilé - užitné
FQ1,k = 3 × 54,4 × 12,3 = 2007,36kN Nahodilé - sníh
FQ 2,k = 0,8 × 54,4 × 12,3 = 535,3kN 98
Vodorovné ekvivalentní zatížení:
FφG ,k = FG ,k × φ FφG1,k = 2054,73 × 2,637 × 10 −3 = 5,418kN FφG 2,k = 2553,5 × 2,637 × 10 −3 = 6,734kN FφQ1,k = 2007,36 × 2,637 × 10 −3 = 5,293kN FφQ 2,k = 535,3 × 2,637 × 10 −3 = 1,412kN
Celkové návrhové zatížení:
Fd = Σγ G × Gk + γ Q ×ψ 0 × Qk ,1 + Σγ Q ×ψ 0,i × Qk ,i Fd 1 = 1,5 × 96,206 = 144,309kN Fd 2 = 1,35 × 6,734 + 1,5 × 192,413 + 1,5 × 0,7 × 5,293 = 303,268kN Fd 3 = 1,35 × 6,734 + 1,5 × 203,731 + 1,5 × 0,7 × 5,293 = 320,245kN Fd 4 = 1,35 × 5,418 + 1,5 × 135,821 + 1,5 × 0,5 × 1,412 = 212,105kN Navrženo je 6 ztužidel o stejné tuhosti, Zatížení na jedno ztužidlo je F1.d = Fd/6. Zatížení na jedno ztužidlo:
144,309 = 24,05kN 6 303,268 = = 50,545kN 6 320,245 = = 53,374kN 6 212,105 = = 35,35kN 6
F1,d 1 = F1,d 2 F1,d 3 F1,d 4
7.1.1 Geometrie Návrh: 2 x profil L 80/65/8, a = 12mm
A = 2,21 × 10−3 m 2 E = 210GPa f y = 235MPa I y = 1,361 × 10 −6 m 4 I z = 1,668 × 10 −6 m 4 99
7.1.2 Vnitřní síly Vnitřní síly jsou vypočítány v programu Scia z nejnepříznivější kombinace zatížení. Diagonála je namáhána pouze tahovou silou. U diagonály v opačném směru namáhané tlakem se počítá s vybočením prutu. Ned,max = 476,02 kN
7.1.3 Posouzení únosnosti N Rd = N Rd N Rd
A× fy
γ MO
2,21 × 10−3 × 235 × 106 = = 519,35kN 1,0 = 519,035 kN ≥ N ed = 476,02 kN ⇒ vyhoví
7.1.4 Mezní stav použitelnosti Dovolený vodorovný posun pro jedno podlaží:
δ dov =
h 3600 = = 12mm 300 300
Dovolený vodorovný posun pro celou budovu:
δ dov =
h 28800 = = 57,6mm 500 500
Vodorovný
posun
je
vypočítaný
v
charakteristického vodorovného zatížení. Maximální vodorovný posun jednoho podlaží:
δ = 4,4mm ≤ δ dov = 12mm ⇒ vyhoví Vodorovný posun celé budovy:
δ = 32,5mm ≤ δ dov = 57,6mm ⇒ vyhoví
100
programu
Scia
z
7.2 Svislé ztužidlo - podélný směr
7.2.1 Zatížení Zatížení větrem: Návětrná strana: we,D(1) = 0,574 kN/m2 we,D(2) = 0,462 kN/m2 Návětrná strana: we,E(1) = 0,293 kN/m2 we,E(2) = 0,236 kN/m2 Celkový účinek na budovu: qwk(1) = 0,574 + 0,293 = 0,867 kN/m2 qwk(2) = 0,462 + 0,236 = 0,698 kN/m2 Délka objektu - zatěžovací šířka: l = 15,0 m Celkové zatížení větrem pro jednotlivá podlaží: Fw,k = l × h × qwk Fw1,k = 15 × 1,7 × 0,698 = 17,799kN Fw 2,k = 15 × 3,5 × 0,698 = 36,645kN Fw3,k = 15 × 3,6 × 0,698 = 37,692kN Fw 4,k = 15 × 2,6 × 0,698 + 15 × 1 × 0,867 = 40,227kN 101 Fw5,k = 15 × 3,6 × 0,867 = 46,818kN Fw6,k = 15 × 2,4 × 0,867 = 31,212kN
Zatížení ztužidel rámovými imperfekcemi: Naklonění soustavy:
φ = α h × α m × φ0 φ0 =
1 200
α m = 0,51 +
1 1 = 0,51 + = 0,742 m 10 2 2 = 0,372 αh = h 28,9 2 2 ≥ αh ≤ 1 ⇒ αh = 3 3 2 3
φ = × 0,742 ×
1 = 2,472 × 10−3 200
Celkové zatížení stropů: (Hodnoty zatížení přebrané ze zatížení sloupů) Stálé: Střecha 77,864 × 54,4 × 15,3 + 0,92 × (2 × 54,4 + 2 × 15,3) = 27 = 1932 + 122,73 = 2054,73kN FG1,k =
Strop
FG 2,k =
103,04 × 54,4 × 15,3 = 2553,51kN 27
Nahodilé - užitné
FQ 2,k 3 × 54,4 × 15,3 = 2007,36kN Nahodilé - sníh
FS ,k = 0,8 × 54,4 × 15,3 = 535,3kN 102
Vodorovné ekvivalentní zatížení:
FφG ,k = FG ,k × φ FφG1,k = 2054,73 × 2,472 × 10 −3 = 5,079kN FφG 2,k = 2553,5 × 2,472 × 10 −3 = 6,312kN FφQ 2,k = 2007,36 × 2,472 × 10 −3 = 4,962kN FφS ,k = 535,3 × 2,472 × 10 −3 = 1,323kN
Celkové návrhové zatížení:
Fd = Σγ G × Gk + γ Q ×ψ 0 × Qk ,1 + Σγ Q ×ψ 0,i × Qk ,i Fd 1 = 1,5 × 17,8 = 26,7kN Fd 2 = 1,35 × 6,312 + 1,5 × 36,645 + 1,5 × 0,7 × 4,962 = 68,699kN Fd 3 = 1,35 × 6,312 + 1,5 × 37,692 + 1,5 × 0,7 × 4,962 = 70,269kN Fd 4 = 1,35 × 6,312 + 1,5 × 40,227 + 1,5 × 0,7 × 4,962 = 74,072kN Fd 5 = 1,35 × 6,312 + 1,5 × 46,818 + 1,5 × 0,5 × 4,962 = 83,958kN Fd 6 = 1,35 × 5,079 + 1,5 × 31,212 + 1,5 × 0,5 × 1,323 = 54,667kN
Navržena jsou 2 ztužidla o stejné tuhosti, Zatížení na jedno ztužidlo je F1.d = Fd/2. Zatížení na jedno ztužidlo: 26,7 = 13,35kN 2 68,699 = = 34,35kN 2 70,269 = = 35,135kN 2 74,072 = = 37,036kN 2 83,958 = = 41,979kN 2 54,667 = = 27,335kN 2
F1,d 1 = F1,d 2 F1,d 3 F1,d 4 F1,d 5 F1,d 6
103
7.2.2 Geometrie Návrh: 2 x profil L 80/65/8, a = 12mm
A = 2,21 × 10−3 m 2 E = 210GPa f y = 235MPa I y = 1,361 × 10 −6 m 4 I z = 1,668 × 10 −6 m 4
7.2.3 Vnitřní síly Vnitřní síly jsou vypočítány v programu Scia z nejnepříznivější kombinace zatížení. Diagonála je namáhána pouze tahovou silou. U diagonály v opačném směru namáhané tlakem se počítá s vybočením prutu. Ned,max = 347,03 kN
7.2.4 Posouzení únosnosti N Rd =
A× fy
γ MO
2,21 × 10 −3 × 235 × 106 = 519,35kN 1,0 = 519,35kN ≥ N ed = 347,03kN ⇒ vyhoví
N Rd = N Rd
104
7.2.5 Mezní stav použitelnosti Dovolený vodorovný posun pro jedno podlaží:
δ dov =
h 3600 = = 12mm 300 300
Dovolený vodorovný posun pro celou budovu:
δ dov =
h 28800 = = 57,6mm 500 500
Vodorovný
posun
je
vypočítaný
v
charakteristického vodorovného zatížení. Maximální vodorovný posun jednoho podlaží:
δ = 3,2mm ≤ δ dov = 12mm ⇒ vyhoví Vodorovný posun celé budovy:
δ = 23,2mm ≤ δ dov = 57,6mm ⇒ vyhoví
105
programu
Scia
z
8 Vodorovné ztužidlo Vodorovné ztužidlo bylo původně navrženo na zatížení větrem na neopláštěnou budovu. Při tomto malém zatížení pak o průřezu nerozhodoval mezní stav únosnosti, ale minimální doporučená štíhlost průřezu. Na toto zatížení byl navržen průřez L 60/5. Dále byl průřez navržen v druhé variantě při započítání plného zatížení větrem na opláštěnou budovu. Zde už je rozhodující mezní stav únosnosti a průřez je na toto zatížení navržen jako L 70/7. Vzhledem k tomu, že ve druhé variantě je průřez jen mírně větší, byla nakonec pro konstrukci zvolena tato varianta, která zaručí montážní a betonářské práce i na zakryté budově.
8.1 Podélné vodorovné ztužidlo - varianta 1 Vodorovné ztužidlo je navrženo pro montážní stav před betonáží stropní desky. Po zmonolitnění stropní a střešní konstrukce přebírá tuhá stropní a střešní deska funkci tohoto ztužidla.
106
8.1.1 Zatížení Vodorovné ztužidlo je dimenzováno na zatížení větrem, které působí na neopláštěnou konstrukci v montážním stavu před ztuhnutím betonové desky. Návětrná strana: we,D = 0,622 kN/m2 Návětrná strana: we,E = 0,426 kN/m2 Celkový účinek na budovu: wk = 0,622 + 0,426 = 1,048 kN/m2 Délka objektu: l = 54,4 m Zatěžovací výška h = 0,39 m. Zatížení větrem na ztužidlo na metr délky: qw,k = h × wk qw,k = 0,39 × 1,048 = 0,409kN / m qw,d = 1,5 × 0,409 = 0,614kN / m
8.1.2 Vnitřní síly Vnitřní síly jsou vypočítané v programu Scia ze zatížení větrem. Maximální osová síla: Ned,max = -3,96 kN
107
8.1.3 Geometrie Profil: L60x5
A = 5 × 10
−4
m2
E = 210 GPa f y = 235 MPa I y = I z = 1, 728 × 10
−7
l cr = 8 , 485 m
8.1.4 Posouzení únosnosti Diagonála je posouzena programem Scia na vzpěrnou pevnost.
Ned,max = -3,96 kN < Nb,rd = 19,42 kN → vyhoví
108
8.2 Příčné vodorovné ztužidlo - varianta 1 Vodorovné ztužidlo je navrženo pro montážní stav před betonáží stropní desky. Po zmonolitnění stropní a střešní konstrukce přebírá tuhá stropní a střešní deska funkci tohoto ztužidla.
8.2.1 Zatížení Vodorovné ztužidlo je dimenzováno na zatížení větrem, které působí na neopláštěnou konstrukci v montážním stavu před ztuhnutím betonové desky. Návětrná strana: we,D = 0,574 kN/m2 Návětrná strana: we,E = 0,293 kN/m2 Celkový účinek na budovu: wk = 0,574 + 0,293 = 0,867 kN/m2 Délka objektu: l = 15,3 m Zatěžovací výška h = 0,39 m. Zatížení větrem na ztužidlo na metr délky: qw,k = h × wk qw,k = 0,39 × 0,867 = 0,338kN / m qw,d = 1,5 × 0,338 = 0,507kN / m
109
8.2.2 Vnitřní síly Vnitřní síly jsou vypočítané v programu Scia ze zatížení větrem. Maximální osová síla: Ned,max = -1,09 kN
8.2.3 Geometrie Profil: L 60x5
A = 5 × 10
−4
m2
E = 210 GPa f y = 235 MPa I y = I z = 1, 728 × 10
−7
l cr = 8 , 485 m
8.2.4 Posouzení únosnosti Diagonála je posouzena programem Scia na vzpěrnou pevnost.
Ned,max = 1,09 kN < Nb,rd = 19,42 kN → vyhoví 110
8.3 Podélné vodorovné ztužidlo - varianta 2 Vodorovné ztužidlo je navrženo pro montážní stav před betonáží stropní desky. Po zmonolitnění stropní a střešní konstrukce přebírá tuhá stropní a střešní deska funkci tohoto ztužidla.
8.3.1 Zatížení Vodorovné ztužidlo je dimenzováno na zatížení větrem, které působí na opláštěnou konstrukci v montážním stavu před ztuhnutím betonové desky. Návětrná strana: we,D = 0,622 kN/m2 Návětrná strana: we,E = 0,426 kN/m2 Celkový účinek na budovu: wk = 0,622 + 0,426 = 1,048 kN/m2 Délka objektu: l = 54,4 m Zatěžovací výška h = 3,6 m. Zatížení větrem na ztužidlo na metr délky: qw,k = h × wk qw,k = 3,6 × 1,048 = 3,773kN / m qw,d = 1,5 × 3,773 = 5,66kN / m
111
8.3.2 Vnitřní síly Vnitřní síly jsou vypočítané v programu Scia ze zatížení větrem. Maximální osová síla: Ned,max = -36,72 kN
8.3.3 Geometrie Profil: L70x7
A = 9,4 × 10 −4 m 2 E = 210GPa f y = 235MPa I y = I z = 4,228 × 10 −7 l cr = 4,24m
112
8.3.4 Posouzení únosnosti Diagonála je posouzena programem Scia na vzpěrnou pevnost.
Ned,max = 36,72 kN < Nb,rd = 41,33 kN → vyhoví
113
8.4 Příčné vodorovné ztužidlo - varianta 2 Vodorovné ztužidlo je navrženo pro montážní stav před betonáží stropní desky. Po zmonolitnění stropní a střešní konstrukce přebírá tuhá stropní a střešní deska funkci tohoto ztužidla.
8.4.1 Zatížení Vodorovné ztužidlo je dimenzováno na zatížení větrem, které působí na opláštěnou konstrukci v montážním stavu před ztuhnutím betonové desky. Návětrná strana: we,D = 0,574 kN/m2 Návětrná strana: we,E = 0,293 kN/m2 Celkový účinek na budovu: wk = 0,574 + 0,293 = 0,867 kN/m2 Délka objektu: l = 15,3 m Zatěžovací výška h = 3,6 m. Zatížení větrem na ztužidlo na metr délky: qw,k = h × wk qw,k = 3,6 × 0,867 = 3,121kN / m qw,d = 1,5 × 3,121 = 4,682kN / m
114
8.4.2 Vnitřní síly Vnitřní síly jsou vypočítané v programu Scia ze zatížení větrem. Maximální osová síla: Ned,max = -10,14 kN
8.4.3 Geometrie Profil: L70x7
A = 9,4 × 10 −4 m 2 E = 210GPa f y = 235MPa I y = I z = 4,228 × 10 −7 l cr = 4,24m
8.4.4 Posouzení únosnosti Diagonála je posouzena programem Scia na vzpěrnou pevnost.
Ned,max = 10,14 kN < Nb,rd = 41,33 kN → vyhoví 115
9 Varianta - rámy v příčném směru Tato kapitola se zabývá druhou variantou řešení nosné ocelové konstrukce vícepodlažní budovy. V této variantě nosnou konstrukci objektu tvoří 10 rámových vazeb v příčném směru po osové vzdálenosti 6 metrů. Rám je tvořen sloupy, na něž jsou přes šroubový spoj připojeny průvlaky. Tuhost v podélném směru zajišťují příhradová ztužidla jako v první variantě. Rám je posouzen jako rám s posuvnými styčníky. Globální imperfekce jsou řešeny nahrazením vodorovnými silami, lokální imperfekce se zavedou pomocí součinitele vzpěru. Tato varianta se v porovnání s variantou první prokázala jako neekonomická a práce se jí nebude podrobněji zabývat.
116
9.1 Zatížení 9.1.1 Svislé zatížení Svislé zatížení na konstrukci je počítáno jako reakce ze zatížení stropnic. Zatížení je přebráno z kapitol 4.3.1, 4.4.1, 4.5.1 - Zatížení stropnic, a z kapitol 5.1.1, 5.2 - Zatížení vaznic.
Stropnice St1 Stropnice St2 Stropnice St3 Stropnice St4 Vaznice V1 Vaznice V2 Vaznice V3 Vaznice V4
Stálé Užitné Stálé Užitné Stálé Užitné Stálé Užitné Stálé Sníh Stálé Sníh Stálé Sníh Stálé Sníh
Zatěžovací Zatížení Zatížení šířka stropnice rámu [m] [kN/m] [kN] 6 7,19 43,14 6 6 36 6 4,69 28,14 6 3 18 6 7,51 45,06 6 5,25 31,5 6 5,39 32,34 6 4,5 27 6 5,7 34,2 6 1,6 9,6 6 2,85 17,1 6 0,8 4,8 6 4,99 29,94 6 1,4 8,4 6 4,28 25,68 6 1,2 7,2
9.1.2 Vodorovné zatížení 1)Ekvivalentní vodorovné síly: Vliv natočení sloupů je do výpočtového modelu zaveden pomocí ekvivalentních vodorovných sil HΦ = Φ x N.. Svislé zatížení konstrukce je přebráno z kapitoly 6.2.1 a 6.3.1. - zatížení sloupů. Přepočítání vodorovných sil uvažovaných ve výpočtovém modelu je uvedeno v následující tabulce.
117
Naklonění soustavy:
φ = α h × α m × φ0 φ0 =
1 200
α m = 0,51 +
1 1 = 0,51 + = 0,791 m 4 2 2 = 0,372 αh = h 28,9 2 2 ≥ αh ≤ 1 ⇒ αh = 3 3
φ=
2 1 × 0,791 × = 2,637 × 10 −3 3 200
H φ ,k = H ,k × φ Svislé zatížení Vodorovné zatížení Vnější sloup Vnitřní sloup Vnější sloup Vnitřní sloup [kN] [kN] [kN] [kN] Stálé - Střecha 52,11 77,86 0,137 0,205 Stálé - Strop 73,51 108,62 0,194 0,286 Proměnné - Sníh 14,4 21,6 0,038 0,057 Proměnné - Užitné 54 81 0,142 0,214
2)Zatížení větrem: Návětrná strana: we,D = 0,622 kN/m2 Návětrná strana: we,E = -0,426 kN/m2 Celkový účinek na budovu: qwk = 0,622 + 0,426 = 1,048 kN/m2 Zatěžovací šířka: l = 6,0 m
118
Celkové zatížení větrem pro jednotlivé rámy: Fw,k = l × h × qwk Fw1,k = 6 × 1,7 × 1,048 = 10,69kN Fw2,k = 6 × 3,5 × 1,048 = 22,01kN Fw3,k = 6 × 3,6 × 1,048 = 22,64kN Fw4,k = 6 × 2,4 × 1,048 = 15,09kN
tlak větru na stěnu: we = 622 N/m2 tlak větru na sloup: we,sl = we x b we,sl = 622 x 3 = 1,867 kN/m sání větru na stěnu: we = 426 N/m2 sání větru na sloup: we,sl = we x b we,sl = 426 x 3 = 1,278 kN/m
9.2 Geometrie součinitel α cr :
h δ H ,Ed 286,78 3,6 α cr = = 4,3 4896 0,049 H
α cr = Ed VEd
119
9.2.1 Průvlak Ocelový profil IPE 360. Parametry průřezu:
A = 7,27 × 10 −3 m 2 E = 210GPa f y = 235MPa I y = 3,29 × 10 −4 m 4
9.2.2 Sloup průřez 1 HEB 200, ocel 235
A = 9,104 × 10 −3 m 2 E = 210GPa G = 81GPa I y = 8,091 × 10 −5 m 4 I z = 2,84 × 10 −5 m 4 Wel , y = 7,355 × 10 −4 m 3 W pl , y = 8,28 × 10 −4 m 3
9.2.3 Sloup průřez 2 HEB 240, ocel 235
A = 1,184 × 10 −2 m 2 E = 210GPa G = 81GPa I y = 1,492 × 10 −4 m 4 I z = 5,135 × 10 −5 m 4 Wel , y = 1,148 × 10 −3 m 3 W pl , y = 3,95 × 10 −4 m 3 120
9.2.4 Sloup průřez 3 HEB 450, ocel 235
A = 1,978 × 10 −2 m 2 E = 210GPa G = 81GPa I y = 5,768 × 10 −4 m 4 I z = 1,082 × 10 −4 m 4 Wel , y = 2,884 × 10 −3 m 3 W pl , y = 3,24 × 10 −3 m 3
9.3 Vzpěrné délky
Lcr = β × h Kc = K ij =
I h I ij hij
η1 =
K c + K1 K c + K1 + K11 + K12
η2 =
Kc + K2 K c + K 2 + K 21 + K 22
β=
1 + 0,145 × (η1 + η 2 ) − 0,265 × η1 × η 2 2 − 0,364 × (η1 + η 2 ) − 0,247 × η1 × η 2
Vzpěrné délky jsou pro jednotlivé sloupy spočítány v následující tabulce.
121
Sloup A
Sloup I Ii j
hi j
Ki j
ɳ1
0,2908
Ii j
hi j
Kij
ɳ1
0,1203
ij c 1 2 11 12 21 22 Sloup B
[m4] 0,00008091 0 0,00008091 0 0,0003288 0 0,0003288
[m] 3,6 3,6 3,6 6 6 6 6
[m3] 2,25E-05 0 2,25E-05 0 5,48E-05 0 5,48E-05
ɳ2 β
0,4506 0,6319
[m4] 8,09E-05 0 8,09E-05 0,000329 0,000329 0,000329 0,000329
[m] 3,6 3,6 3,6 6 3 6 3
[m3] 2,25E-05 0 2,25E-05 5,48E-05 0,00011 5,48E-05 0,00011
ɳ2 β
0,2147 0,5566
Ii j
hi j
Ki j
ɳ1
0,4506
ij c 1 2 11 12 21 22 Sloup C
[m4] 0,00008091 0,00008091 0,00008091 0 0,0003288 0 0,0003288
[m] 3,6 3,6 3,6 6 6 6 6
[m3] 2,25E-05 2,25E-05 2,25E-05 0 5,48E-05 0 5,48E-05
ɳ2 β
0,4506 0,6640
Ii j
hi j
Ki j
ɳ1
0,4506
ij c 1 2 11 12 21 22 Sloup D
[m4] 0,00008091 0,00008091 0,0001492 0 0,0003288 0 0,0003288
[m] 3,6 3,6 3,6 6 6 6 6
[m3] 2,25E-05 2,25E-05 4,14E-05 0 5,48E-05 0 5,48E-05
ɳ2 β
0,5384 0,6830
Ii j
hi j
Ki j
ɳ1
0,5384
ij c 1 2 11 12 21 22 Sloup E
[m4] 0,0001492 0,00008091 0,0001492 0 0,0003288 0 0,0003288
[m] 3,6 3,6 3,6 6 6 6 6
[m3] 4,14E-05 2,25E-05 4,14E-05 0 5,48E-05 0 5,48E-05
ɳ2 β
0,6020 0,7173
hi j
Ki j
ɳ1
0,6020
ij c 1 2 11 12 21 22 Sloup F
[m4] 0,0001492 0,0001492 0,0001492 0 0,0003288 0 0,0003288
[m] 3,6 3,6 3,6 6 6 6 6
[m3] 4,14E-05 4,14E-05 4,14E-05 0 5,48E-05 0 5,48E-05
ɳ2 β
0,6020 0,7326
hi j
Ki j
ɳ1
0,6020
ij c 1 2 11 12 21 22 Sloup G
[m4] 0,0001492 0,0001492 0,0005768 0 0,0003288 0 0,0003288
[m] 3,6 3,6 3,6 6 6 6 6
[m3] 4,14E-05 4,14E-05 0,00016 0 5,48E-05 0 5,48E-05
ɳ2 β
0,7863 0,7809
hi j
Ki j
ɳ1
0,7863
ij c 1 2 11 12 21 22 Sloup H
[m4] 0,0005768 0,0001492 0,0005768 0 0,0003288 0 0,0003288
[m] 3,6 3,6 3,6 6 6 6 6
[m3] 0,00016 4,14E-05 0,00016 0 5,48E-05 0 5,48E-05
ɳ2 β
0,8540 0,8568
hi j
Ki j
ɳ1
0,8540
ij c 1 2 11 12 21 22
[m4] 0,0005768 0,0005768 0 0 0,0003288 0 0
[m] 3,6 3,6 3,6 6 6 6 6
[m3] 0,00016 0,00016 0 0 5,48E-05 0 0
ɳ2 β
1,0000 0,9356
Ii j
Ii j
Ii j
Ii j
c 1 2 11 12 21 22 Sloup J
Ii j
hi j
Kij
ɳ1
0,2147
ij c 1 2 11 12 21 22 Sloup K
[m4] 8,09E-05 8,09E-05 8,09E-05 0,000329 0,000329 0,000329 0,000329
[m] 3,6 3,6 3,6 6 3 6 3
[m3] 2,25E-05 2,25E-05 2,25E-05 5,48E-05 0,00011 5,48E-05 0,00011
ɳ2 β
0,2147 0,5731
Ii j
hi j
Kij
ɳ1
0,2147
ij c 1 2 11 12 21 22 Sloup L
[m4] 8,09E-05 8,09E-05 0,000149 0,000329 0,000329 0,000329 0,000329
[m] 3,6 3,6 3,6 6 3 6 3
[m3] 2,25E-05 2,25E-05 4,14E-05 5,48E-05 0,00011 5,48E-05 0,00011
ɳ2 β
0,2800 0,5849
Ii j
hi j
Kij
ɳ1
0,2800
ij c 1 2 11 12 21 22 Sloup E
[m4] 0,000149 8,09E-05 0,000149 0,000329 0,000329 0,000329 0,000329
[m] 3,6 3,6 3,6 6 3 6 3
[m3] 4,14E-05 2,25E-05 4,14E-05 5,48E-05 0,00011 5,48E-05 0,00011
ɳ2 β
0,3352 0,6072
Ii j
hi j
Kij
ɳ1
0,3352
ij c 1 2 11 12 21 22 Sloup M
[m4] 0,000149 0,000149 0,000149 0,000329 0,000329 0,000329 0,000329
[m] 3,6 3,6 3,6 6 3 6 3
[m3] 4,14E-05 4,14E-05 4,14E-05 5,48E-05 0,00011 5,48E-05 0,00011
ɳ2 β
0,3352 0,6176
Ii j
hi j
Kij
ɳ1
0,3352
ij c 1 2 11 12 21 22 Sloup N
[m4] 0,000149 0,000149 0,000577 0,000329 0,000329 0,000329 0,000329
[m] 3,6 3,6 3,6 6 3 6 3
[m3] 4,14E-05 4,14E-05 0,00016 5,48E-05 0,00011 5,48E-05 0,00011
ɳ2 β
0,5509 0,6615
Ii j
hi j
Kij
ɳ1
0,5509
ij c 1 2 11 12 21 22 Sloup O
[m4] 0,000577 0,000149 0,000577 0,000329 0,000329 0,000329 0,000329
[m] 3,6 3,6 3,6 6 3 6 3
[m3] 0,00016 4,14E-05 0,00016 5,48E-05 0,00011 5,48E-05 0,00011
ɳ2 β
0,6609 0,7347
ij c 1 2 11 12 21 22
122
Ii j
hi j
Kij
ɳ1
0,7451
[m4] 0,000577 0,000577 0 0,000329 0,000329 0 0
[m] 3,6 3,6 3,6 6 6 6 6
[m3] 0,00016 0,00016 0 5,48E-05 5,48E-05 0 0
ɳ2 β
1,0000 0,8940
9.4 Vnitřní síly Vnitřní síly jsou spočítány v programu Scia pro následující kombinace.
9.4.1 Kombinace 1 Tato kombinace zahrnuje zatížení stálé, vítr zleva, užitné a sníh. Hlavní nahodilé zatížení je vítr zleva.
123
9.4.2 Kombinace 2 Tato kombinace zahrnuje zatížení stálé, vítr zleva, užitné a sníh. Hlavní nahodilé zatížení je užitné zatížení.
124
9.5 Posouzení únosnosti Posouzení
únosnosti
je
spočítáno
v
programu
Scia
pro
nejnepříznivější kombinaci zatížení.
9.5.1 Sloup - průřez 1 Průřez: HEB 200 Kombinace 1 Posouzení na vzpěr podle ČSN EN 1993-1-1, 6.3.1.1. a vzorce (6.46):
125
Kombinace tlaku a ohybu:
Jednotkový posudek: 0,83 < 1 ... průřez vyhoví na kombinaci tlaku s ohybem 126
9.5.2 Sloup - průřez 2 Průřez: HEB 240 Kombinace 1 Posouzení na vzpěr podle ČSN EN 1993-1-1, 6.3.1.1. a vzorce (6.46):
127
Kombinace tlaku a ohybu:
Jednotkový posudek: 0,97 < 1 ... průřez vyhoví na kombinaci tlaku s ohybem 128
9.5.3 Sloup - průřez 3 Průřez: HEB 450 Kombinace 1 Posouzení na vzpěr podle ČSN EN 1993-1-1, 6.3.1.1. a vzorce (6.46):
129
Kombinace tlaku a ohybu:
Jednotkový posudek: 0,64 < 1 ... průřez vyhoví na kombinaci tlaku s ohybem 130
9.6 Posouzení použitelnosti Dovolený vodorovný posun pro jedno podlaží:
δ dov =
h 3600 = = 12mm 300 300
Dovolený vodorovný posun pro celou budovu:
δ dov =
h 28800 = = 57,6mm 500 500
Vodorovný
posun
je
vypočítaný
v
charakteristického vodorovného zatížení. Maximální vodorovný posun jednoho podlaží:
δ = 10,6mm ≤ δ dov = 12mm ⇒ vyhoví Vodorovný posun celé budovy:
δ = 57,2mm ≤ δ dov = 57,6mm ⇒ vyhoví
131
programu
Scia
z
10 Přípoje 10.1 Stropnice - průvlak Reakce ze stropnice: REd = 52,8kN
Návrh šroubů: M12 4,6 Počet šroubů: 4
Únosnost jednoho šroubu ve střihu
Fv ,Rd ,1 =
0,6 ⋅ f ub ⋅ As
γM2
=
0,6 ⋅ 400 ⋅ 84,3 = 16,186kN 1,25
REd 52,8 = = 13,2kN n 4 Fsd ,1 = 13,2kN ≤ Fv ,Rd ,1 = 16,186kN → vyhoví
Fsd ,1 =
Únosnost v otlačení - plech
Fb,Rd ,1 =
2,5 ⋅ α ⋅ f u ⋅ d ⋅ t
γM 2
=
2,5 ⋅ 0,77 ⋅ 360 ⋅ 12 ⋅ 5 = 33,23kN 1,25
e1 30 p 1 f 50 1 400 ; 1 − ; ub ;1,0 = ; − ; ;1,0 3 ⋅ d0 3 ⋅ d0 4 fu 3 ⋅ 13 3 ⋅ 13 4 360
α = min
α = min(0,77;1,032;1,11;1,0) = 0,77
52,8 = 13,2kN 4 = 13,2kN ≤ Fb, Rd = 33,23kN → vyhoví
Fsd ,1 = Fsd ,1
Únosnost v otlačení - stojina průvlaku Fb,Rd ,1 =
2,5 ⋅ α ⋅ f u ⋅ d ⋅ t
γ
M2
=
2,5 ⋅ 1 ⋅ 360 ⋅ 12 ⋅ 7 = 60,48kN 1,25
e1 60 50 1 400 p 1 f ; 1 − ; ub ;1,0 = ; − ; ;1,0 d d f 3 ⋅ 3 ⋅ 4 3 ⋅ 13 3 ⋅ 13 4 360 0 0 u
α = min
α = min(1,53;1,032;1,11;1,0) = 1
52,8 × 2 = 26,4kN 4 132 Fsd ,1 = 26,4kN ≤ Fb,Rd = 60,48kN → vyhoví Fsd ,1 =
Únosnost ve svaru Návrh: 2 x a = 3 mm Lwe = 119 mm
FII = Re d = 52,8kN
τ II =
FII 52,8 ⋅ 103 = = 73,95Mpa a ⋅ l 2 × 0,003 ⋅ 0,119
σ ⊥ 2 + 3 ⋅ τ ⊥ 2 + 3 ⋅τ II 2 = 02 + 3 ⋅ 02 + 3 ⋅ 73,952 = 128,08MPa 128,08MPa ≤
360 fu = = 360MPa → vyhoví γ M 2 ⋅ β w 1,25 ⋅ 0,8
10.2 Průvlak - sloup Reakce z průvlaku: REd = 107,07kN
Návrh šroubů: M16 4,6 Počet šroubů: 4
Únosnost jednoho šroubu ve střihu
Fv ,Rd ,1 =
0,6 ⋅ f ub ⋅ As
γM2
=
0,6 ⋅ 400 ⋅ 157 = 30,144kN 1,25
REd 107,07 = = 26,77kN n 4 Fsd ,1 = 26,77kN ≤ Fv ,Rd ,1 = 30,144kN → vyhoví Fsd ,1 =
Únosnost v otlačení - plech
Fb,Rd ,1 =
2,5 ⋅ α ⋅ f u ⋅ d ⋅ t
γM 2
=
2,5 ⋅ 0,686 ⋅ 360 ⋅ 16 ⋅ 5 = 39,51kN 1,25
e1 35 60 p 1 f 1 400 ; 1 − ; ub ;1,0 = ; − ; ;1,0 3 ⋅ d0 3 ⋅ d 0 4 fu 3 ⋅ 17 3 ⋅ 17 4 360
α = min
α = min(0,686;0,926;1,11;1,0) = 0,686
107,07 = 26,77kN 4 Fsd ,1 = 26,77kN ≤ Fb,Rd = 39,51kN → vyhoví 133 Fsd ,1 =
Únosnost v otlačení - stojina průvlaku Fb,Rd ,1 =
2,5 ⋅ α ⋅ f u ⋅ d ⋅ t
γM 2
=
2,5 ⋅ 0,926 ⋅ 360 ⋅ 16 ⋅ 12 = 160,09kN 1,25
p1 60 1 f 1 400 − ; ub ;1,0 = − ; ;1,0 3 ⋅ d 4 f 3 ⋅ 17 4 360 0 u
α = min
α = min(0,926;1,11;1,0) = 1
107,07 × 2 = 53,54kN 4 = 53,54kN ≤ Fb,Rd = 160,09 N → vyhoví
Fsd ,1 = Fsd ,1
Únosnost ve svaru Návrh: 2 x a = 3 mm Lwe = 130 mm
FII = Re d = 107,07kN
τ II =
FII 107,07 ⋅ 103 = = 137,27 Mpa a ⋅ l 2 × 0,003 ⋅ 0,130
σ ⊥ 2 + 3 ⋅ τ ⊥ 2 + 3 ⋅τ II 2 = 02 + 3 ⋅ 02 + 3 ⋅ 137,27 2 = 237,757 MPa 237,757 MPa ≤
fu 360 = = 360 MPa → vyhoví γ M 2 ⋅ β w 1,25 ⋅ 0,8
10.3 Sloup - sloup Stykování sloupů je provedeno kontaktním spojením pomocí
čelních desek a čtyř šroubů. Šrouby jsou pouze konstrukční.
134
10.4 Diagonála svislého ztužidla - sloup Osová síla v diagonále: N Ed = 476,02kN
Návrh šroubů: M20 8,8 Počet šroubů: 3 Plech P12
Únosnost jednoho šroubu ve střihu
Fv ,Rd ,1 = 2 ×
0,6 ⋅ f ub ⋅ As
γ M2
= 2×
0,6 ⋅ 800 ⋅ 245 = 188,16kN 1,25
N Ed 476,02 = = 158,67kN n 3 Fsd ,1 = 158,67kN ≤ Fv ,Rd ,1 = 188,16kN → vyhoví Fsd ,1 =
Únosnost plechu v otlačení
Fb,Rd ,1 =
2,5 ⋅ α ⋅ f u ⋅ d ⋅ t
γM 2
=
2,5 ⋅ 0,952 ⋅ 360 ⋅ 21 ⋅ 12 = 172,73kN 1,25
e1 60 90 p 1 f 1 400 ; 1 − ; ub ;1,0 = ; − ; ;1,0 ⋅ ⋅ 3 d 3 d 4 f 3 ⋅ 21 3 ⋅ 21 4 360 0 0 u
α = min
α = min(0,952;1,179;1,11;1,0) = 0,952
476,02 = 158,67kN 3 Fsd ,1 = 158,67kN ≤ Fb,Rd = 172,73kN → vyhoví Fsd ,1 =
Únosnost oslabeného průřezu
Anet = 2210 − 2 × 21 × 8 = 1874mm 2 N u ,Rd =
0,9 × Anet × f u
γM2
=
0,9 × 1810 × 360 = 485,74kN 1,25
N Ed = 476,02kN ≤ N u ,Rd = 485,74kN → vyhoví
135
Únosnost ve svaru Návrh: 2 x a = 5 mm, l = 400 mm e = 150 mm Lwe = 400 mm
FII = cos α × Ned = 408,2kN FII 408,2 ⋅ 103 = = 102,05Mpa τ II = 2 × a × l 2 × 0,005 ⋅ 0,4 F⊥ = sin α × Ned = 244,88kN
τ⊥ =
F⊥ × cos 45° F⊥ × cos 45° × e + = 2×a ×l 2 × Wwe
244,88 ⋅ 103 × cos 45° 244,88 ⋅ 103 × cos 45° × 0,150 + = 140,69 Mpa 1 2 × 0,005 × 0,4 2 2 × × 0,005 × 0,4 6 F × cos 45° F⊥ × cos 45° × e σ⊥ = ⊥ + = 2×a ×l 2 × Wwe 244,88 ⋅ 103 × cos 45° 244,88 ⋅ 103 × cos 45° × 0,150 + = 140,69 Mpa 1 2 × 0,005 × 0,4 2 2 × × 0,005 × 0,4 6
σ ⊥ 2 + 3 ⋅ τ ⊥ 2 + 3 ⋅ τ II 2 = 140,69 2 + 3 ⋅ 140,69 2 + 3 ⋅ 102,052 = 332,29 MPa 332,29 MPa ≤
fu 360 = = 360 MPa → vyhoví γ M 2 ⋅ β w 1,25 ⋅ 0,8
Vytržení skupiny šroubů z plechu dle ČSN EN 1998-1-8, 3.10.2
Veff ,1,Rd =
f u × Ant
γ M2
+
f y × Anv 3 ×γ M0
Ant = 12 × 41 = 492mm 2 Anv = 12 × 207 = 2490mm 2 360 × 492 235 × 2490 + = 479,533kN ≥ N Ed = 476,02kN 1,25 3 × 1,0 Ant...oslabená plocha při působení tahu, Veff ,1,Rd =
Anv...oslabená plocha při působení smyku
136
Vytržení skupiny šroubů ze ztužidla
Veff ,1,Rd =
f u × Ant
γ M2
+
f y × Anv 3 ×γ M0
Ant = 16 × 25,5 = 408mm 2 Anv = 16 × 187,5 = 3000mm 2 Veff ,1,Rd =
360 × 408 235 × 3000 + = 524,536kN ≥ N Ed = 476,02kN 1,25 3 × 1,0
→ vyhoví
10.5 Křížení diagonál svislého ztužidla Šroubový přípoj je navržen na stejné zatížení jako přípoj diagonály ke sloupu z odstavce 10.4. Proto jsou navrženy stejné šrouby a stejné rozteče jako v předchozím případě. Svar diagonály styčníkového plechu je konstrukční.
137
10.6 Kotvení vnitřního sloupu se ztužidlem Patka je navržena jako kloubová z nevyztuženého patního plechu na přenos svislého a vodorovného zatížení. Kotevní šrouby jsou navrženy jako konstrukční, 2 x M20. Kotevní šrouby se provedou jako předem zabetonované s metrickým závitem.
Patní plech: Tloušťka patního plechu: 35 mm Maximální tlaková síla v patě sloupu: N Ed = 2680,14kN Beton: C16/20 Započitatelné rozměry betonové patky:
a1 = b1 = min(3 × a0 , a0 + h, a c )
a1 = b1 = min(3 × 440,440 + 800,1800) = 440 + 800 = 1240mm
Součinitel koncentrace napětí:
kj =
a1 × b1 1,24 × 1,24 = = 2,818 a0 × b0 0,44 × 0,44
Návrhová pevnost betonu:
f jd =
β j × k j × f ck 0,667 × 2,818 × 16 = = 20,04 MPa γC 1,5
Účinná šířka patní desky:
c = tp
f yd 3 × f jd
= 35
235 = 69,2mm 3 × 20,04
138
Efektivní plocha:
Aeff = 156474mm 2 (podle plochy obrazce v AutoCadu) Únosnost patky:
N Rd = Aeff × f jd = 20,04 × 106 × 0,1565 = 3136,26kN
Posouzení: NEd = 2680,14 kN < NRd = 3136,26 kN → vyhoví
Kotevní zarážka: Maximální smyková síla: Ved = 215,085kN Návrh: HEB 220, h= 100 mm Posouzení zarážky:
M = Ved × h = 215,085 × 0,15 = 32,26 N
σ=
f M 32,26 × 103 235 = = 43,89 MPa ≤ y = = 235MPa −4 W 7,355 × 10 γ m 0 1,0
⇒ vyhoví Posouzení betonu:
Ved 215,085 × 10 3 = = 9,777 MPa b×h 0,22 × 0,1 16 f cc = 9,777 MPa ≤ f cc ,lim = = 10,66 MPa 1,5 ⇒ vyhoví f cc =
139
10.7 Svislé ztužidlo - pata sloupu Šroubový přípoj je navržen na stejné zatížení jako přípoj diagonály ke sloupu z odstavce 10.4. Proto jsou navrženy stejné šrouby a stejné rozteče jako v tomto případě.
10.8 Diagonála vodorovného ztužidla - Průvlak osová síla v diagonále: N Ed = 37,48kN
Návrh šroubů: M16 4,6 Počet šroubů: 2 Plech P5
Únosnost jednoho šroubu ve střihu
Fv , Rd ,1 =
0,6 ⋅ f ub ⋅ As
γ M2
=
0,6 ⋅ 400 ⋅ 157 = 30,144kN 1,25
N Ed 37,48 = = 18,74kN n 2 = 18,74kN ≤ Fv ,Rd ,1 = 30,144kN → vyhoví
Fsd ,1 = Fsd ,1
140
Únosnost plechu v otlačení
Fb,Rd ,1 =
2,5 ⋅ α ⋅ f u ⋅ d ⋅ t
γM 2
=
2,5 ⋅ 0,686 ⋅ 360 ⋅ 17 ⋅ 5 = 41,983kN 1,25
e1 35 p 1 f 60 1 400 − ; ; 1 − ; ub ;1,0 = ; ;1,0 3 ⋅ d0 3 ⋅ d0 4 fu 3 ⋅ 17 3 ⋅ 17 4 360
α = min
α = min(0,686;0,924;1,11;1,0) = 0,686
37,48 = 18,74kN 2 = 18,74kN ≤ Fb, Rd = 41,983kN → vyhoví
Fsd ,1 = Fsd ,1
Únosnost nesymetrického přípoje úhelníku
Anet = 940 − 17 × 7 = 821mm 2 0,7 − 0,4 × 1 = 0,52 5 − 2,5 β × Anet × f u 0,52 × 821 × 360 = 2 = = 122,953kN γ M2 1,25
β 2 = 0,4 + N u ,Rd
N Ed = 37,48kN ≤ N u ,Rd = 122,953kN → vyhoví Únosnost ve svaru Návrh: 2 x a = 4 mm, l = 195 mm e = 40 mm Lwe = 195 mm
FII = cos α × Ned = cos 46 × 37,48 = 26,04kN FII 26,04 ⋅ 103 = = 15,14 Mpa 2 × a × l 2 × 0,004 ⋅ 0,195 F⊥ = sin α × Ned = sin 46 × 37,48 = 26,96kN
τ II =
τ⊥ =
F⊥ × cos 45° F⊥ × cos 45° × e + = 2×a ×l 2 × Wwe
26,96 ⋅ 103 × cos 45° 26,96 ⋅ 103 × cos 45° × 0,040 + = 11,083 + 12,372 = 23,455Mpa 1 2 × 0,004 × 0,195 2 × × 0,004 × 0,1952 6 F × cos 45° F⊥ × cos 45° × e σ⊥ = ⊥ + = 2×a ×l 2 × Wwe 141
26,96 ⋅ 103 × cos 45° 26,96 ⋅ 103 × cos 45° × 0,040 + = 11,083 + 12,372 = 23,455Mpa 1 2 × 0,004 × 0,195 2 × × 0,004 × 0,1952 6
σ ⊥ 2 + 3 ⋅ τ ⊥ 2 + 3 ⋅τ II 2 = 23,4552 + 3 ⋅ 23,4552 + 3 ⋅ 15,142 = 53,74 MPa 53,74 MPa ≤
fu 360 = = 360 MPa → vyhoví γ M 2 ⋅ β w 1,25 ⋅ 0,8
Vytržení skupiny šroubů z plechu
Veff ,1,Rd =
f u × Ant
γ M2
+
Ant = 5 × 21 = 105mm
f y × Anv 3 ×γ M0 2
Anv = 5 × 104 = 520mm 2 Veff ,1,Rd =
360 × 105 235 × 520 + = 100,792kN ≥ N Ed = 37,48kN 1,25 3 × 1,0
10.9 Křížení diagonály vodorovného ztužidla Šroubový přípoj je navržen na stejné zatížení jako přípoj diagonály k průvlaku z odstavce 10.8. Proto jsou navrženy stejné šrouby a stejné rozteče jako v předchozím případě. Svar diagonály styčníkového plechu je konstrukční.
142
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
VÍCEPODLAŽNÍ BUDOVA VÝKAZ MATERIÁLU
DIPLOMOVÁ PRÁCE MASTER'S THESIS
AUTOR PRÁCE
BC. MARTIN HRYCÍK
AUTHOR
VEDOUCÍ PRÁCE SUPERVISOR
BRNO 2014
Ing. KAREL SÝKORA
Výkaz materiálu
Typ Střešní vaznice Střešní průvlak - 6m Střešní průvlak - 3m Stropnice - okrajová Stropnice Stropní průvlak - 6m Stropní průvlak - 3m Sloup horní Sloup horní rohový Sloup střední 1 Sloup střední 2 Sloup střední 3 Sloup střední rohový Sloup dolní 1 Sloup dolní 2 Sloup dolní 3 Sloup dolní 4 Sloup dolní rohový Vodorovné ztužidlo 1 Vodorovné ztužidlo 2 Svislé ztužidlo
Průřez IPE 120 IPE 200 IPE 200 IPE 120 IPE 160 IPE 270 IPE 270 HEB 160 HEB 160, 1/2 IPE 140 HEB 180 HEB 220 HEB 240 HEB 180, 1/2 IPE 160 HEB 220 HEB 240 HEB 260 HEB 300 HEB 220, 1/2 IPE 200 L 70/7 L 70/7 2 x L 80/65/8
Celková hmotnost konstrukce: Název Nosné profily 3% prořez 2% výztuhy, příruby 1% svary 2% spojovací prostředky Celková hmotnost
Hmotnost [t] 198,248 5,947 3,965 1,982 3,965 214,108
Materiál
Plocha
Délka
Počet
S 235 S 235 S 235 S 235 S 235 S 235 S 235 S 235 S 235 S 235 S 235 S 235 S 235 S 235 S 235 S 235 S 235 S 235 S 235 S 235 S 235
[m 2] 0,001321 0,00285 0,00285 0,001321 0,00201 0,00459 0,00459 0,005425 0,008138 0,006525 0,009104 0,0106 0,009788 0,009104 0,0106 0,01184 0,0149 0,013656 0,00094 0,00094 0,00221
[m] 6 6 3 6 6 6 3 10,1 10,1 10,8 10,8 10,8 10,8 8 8 8 8 8 8,5 6,7 6,9
[ks] 81 18 63 126 441 126 63 36 4 12 12 12 4 14 8 6 8 4 160 16 128
Jednotková Hmotnost hmotnost [kg/m] 10,370 22,373 22,373 10,370 15,779 36,032 36,032 42,586 63,879 51,221 71,466 83,210 76,832 71,466 83,210 92,944 116,965 107,200 7,379 7,379 17,349 Celkem:
[kg] 5039,747 2416,230 4228,403 7839,607 41749,911 27239,814 6809,954 15484,361 2580,727 6638,274 9262,045 10784,016 3319,137 8004,237 5325,440 4461,312 7485,760 3430,387 10035,440 791,029 15322,195 198248,024
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
VÍCEPODLAŽNÍ BUDOVA SPECIALIZACE Z POZEMNÍHO STAVITELSTVÍ
DIPLOMOVÁ PRÁCE MASTER'S THESIS
AUTOR PRÁCE
BC. MARTIN HRYCÍK
AUTHOR
VEDOUCÍ PRÁCE SUPERVISOR
BRNO 2014
Ing. KAREL SÝKORA
Martin Hrycík
Specializace z pozemního stavitelství
Diplomová práce
Obsah 1
Specializace z pozemního stavitelství ................................................................................. 2
2
Skladba střešní konstrukce .................................................................................................. 2 2.1
3
Skladba stropní konstrukce ................................................................................................. 4 3.1
4
Posouzení součinitele prostupu tepla střešní konstrukce ............................................. 3
Posouzení součinitele prostupu tepla stropní konstrukce ............................................ 4
Návrh obvodového plášťě ................................................................................................... 5 4.1
Součinitel prostupu tepla obvodového pláště .............................................................. 6
1
Martin Hrycík
Specializace z pozemního stavitelství
Diplomová práce
1 Specializace z pozemního stavitelství Tato část práce je zaměřena na podrobnější rozbor vybraných částí konstrukce. Je zde řešena skladba střešní konstrukce, skladba stropní konstrukce, návrh obvodového pláště. Tyto konstrukce jsou dále posouzeny z hlediska tepelně-izolačních vlastností na doporučený součinitel prostupu tepla dle ČSN 70540-2.
2 Skladba střešní konstrukce
2
Martin Hrycík
Specializace z pozemního stavitelství
Diplomová práce
2.1 Posouzení součinitele prostupu tepla střešní konstrukce Tepelný odpor:
R =
d
λ
vrstva
hydroizolační fólie extrudovaný polystyren parotěsná vrstva železobeton
tloušťka vrstvy d
tepelná vodivost λ
tepelný odpor R
[m] 0,002 0,16 0,004 0,06
[W/(K*m)] 0,25 0,037 0,21 1,58
[m2*K/W] 0,008 4,324324 0,019048 0,037975
Tepelný odpor na vnější straně:
R se = 0 , 04
m 2K W
Tepelný odpor na vnitřní straně:
R si
m 2K = 0 ,1 W
Součinitel prostupu tepla:
U =
1 1 W = = 0 , 221 ΣR 0 , 04 + 0 , 008 + 4 , 324 + 0 , 019 + 0 , 038 + 0 ,1 m 2K
Požadovaný součinitel prostupu tepla:
W m 2K W ≥ U = 0 , 221 ⇒ vyhoví m 2K
U n = 0 , 24
3
Martin Hrycík
Specializace z pozemního stavitelství
Diplomová práce
3 Skladba stropní konstrukce
3.1 Posouzení součinitele prostupu tepla stropní konstrukce Tepelný odpor:
R =
d
λ
vrstva
keramická dlažba betonová mazanina tepelná izolace železobetonová deska
tloušťka vrstvy d
tepelná vodivost λ
tepelný odpor R
[m] 0,008 0,04 0,02 0,05
[W/(K*m)] 1,01 1,3 0,037 1,58
[m2*K/W] 0,007921 0,030769 0,540541 0,031646
Tepelný odpor na vnitřní straně:
R si = 0 ,17
m 2K W
4
Martin Hrycík
Specializace z pozemního stavitelství
Diplomová práce
Součinitel prostupu tepla:
U =
W 1 1 = = 1, 05 2 m K ΣR 0 ,17 + 0 , 008 + 0 , 031 + 0 , 541 + 0 , 032 + 0 ,17
Požadovaný součinitel prostupu tepla:
W m 2K W ≥ U = 1, 05 2 ⇒ vyhoví m K
U n = 2 ,2
4 Návrh obvodového plášťě Obvodový plášť je navržen ze stěnového fasádního systému Kingspan Optimo. Jedná se sendvičový panel se skrytým kotvením a jádrem z polyuretanu. Krycí vrstva panelu je z ocelového plechu tloušťky 0,7 a 0,4 mm. Tloušťka panelu je 100 mm. Váha panelu je 13 kg/m2 Součinitel prostupu tepla panelu je U = 0,23 W/m2K Nosnou konstrukci pláště tvoří tenkostěnné ocelové profily tl. 0,6 mm. CW profil 120/50/0,6 mm - váha 1,13 kg/m SDK deska Rigips RF - váha 13,5 kg/m2 Prosklení obvodového pláště bude zajištěno plastovými okny s izolačním dvojsklem. Součinitel prostupu tepla okna je U = 1,4 W/m2K
5
Martin Hrycík
Specializace z pozemního stavitelství
Diplomová práce
4.1 Součinitel prostupu tepla obvodového pláště Požadovaná hodnota Un pro lehké obvodové pláště: fw = Aw/A, kde A je celková plocha LOP v m2 a Aw je plocha průsvitné výplně otvoru fw = (1,42x2,42)/(3x2,7) =3,36/10,8= 0,311 Pro fw < 0,5 platí: Un = 0,3 + 1,4 fw Un =0,3 + 1,4 * 0,311 = 0,736 W/m2K Součinitel prostupu tepla lehkého obvodového pláště metodou celkového hodnocení: U = (A1 * U1 + A2 *U2) / (A1 + A2 ) U = (3,36* 1,4 + 7,44 * 0,23) / (3,36+ 7,44) = 0,594 W/m2K U < Un ... 0,594 W/m2K < 0,736 W/m2K → Vyhoví
6
Seznam použitých zdrojů:
[1] ČSN EN 1990 Zásady navrhování konstrukcí [2] ČSN EN 1991 Zatížení konstrukcí [3] ČSN EN 1993 Navrhování ocelových konstrukcí [4] ČSN EN 1994 Navrhování spřažených ocelobetonových konstrukcí [5] ČSN 01 3483 Výkresy kovových konstrukcí [6] KARMAZÍNOVÁ M, PILGR M., Ocelové konstrukce vícepodlažních budov - pomůcka pro cvičení, skripta, Cerm, Brno, 135 str. [7] WALD F., Ocelové konstrukce 10 - tabulky, skripta, ČVUT, Praha, 128 str. [8] www.kingspan.cz - stěnové panely
Seznam příloh:
Výkresová dokumentace: Výkres č. 1 - Půdorys stropní konstrukce M 1:100 Výkres č. 2 - Půdorys střešní konstrukce M 1:100 Výkres č. 3 - Podélný řez A-A M 1:100 Výkres č. 4 - Podélný řez B-B M 1:100 Výkres č. 5 - Příčný řez C-C
M 1:100
Výkres č. 6 - Výrobní výkres vaznic
M 1:5
Výkres č. 7 - Výrobní výkres stropnic
M 1:5
Výkres č. 8 - Výrobní výkres průvlaků střešní konstrukce
M 1:5
Výkres č. 9 - Výrobní výkres průvlaků stropní konstrukce
M 1:5
Výkres č. 10 - Výrobní výkres diagonál svislých a vodorovných ztužidel Výkres č. 11 - Výrobní výkres vnitřního sloupu bez ztužidla
M 1:5
Výkres č. 12 - Výrobní výkres vnitřního sloupu se ztužidlem
M 1:5
Výkres č. 13 - Výkres detailů
M 1:10
M 1:5