Pozemní stavby 2 - kps.fsv.cvut.czkps.fsv.cvut.cz/upload/files/01_124ps02... · Obsah přednášky...

Pozemní stavby 2

124PS02 - Přednáška č. 1 1

Kód předmětu:

124PS02

Rozsah: 3+2

Zakončení: Zápočet, zkouška

Obor studia: Konstrukce pozemních staveb (C)

Druh studia: Bakalářský

Semestr: Letní

Typ předmětu:

Povinný

Garanti předmětu:

Prof. Ing. Jiří Witzany, DrSc., doc. Ing Tomáš Čejka, Ph.D., doc. Ing. HanaGattermayerová, CSc., doc. Ing Vladimír Ždára, CSc.

Obsah předmětu

Předmět Pozemní stavby 2 (PS02) se skládá ze tří samostatných tematických celků:

• Krovy, halové a výškové stavby

• Prefabrikované konstrukce

• Poruchy, degradace a rekonstrukce


Obsah přednášky

• Obecné zásady navrhování vícepodlažních budov

• Vícepodlažní budovy s rámovými, stěnovými a příhradovými ztužidly.

• Konstrukční principy návrhu nosných konstrukcí, analýza okrajových podmínek návrhu.

• Konstrukčně-statická analýza a optimalizace konstrukcí.

• Modelování účinků silových a nesilových zatížení.

• Systémový návrh a interakce nosných konstrukcí s ostatními částmi stavby.



Definice výškových budov

• Definice a)

• 10 podlaží nebo více

• nebo 30 m (100 feet) a více

• Definice b)

• Budovy mezi 23 m a150 m výšky se nazývají výškové (high-rises).

• Budovy vyšší než 150 m jsounazývány mrakodrapy(skyscrapers).



• Definice c)

• (Council on Tall Buildings)

• Výšková budova není definována pouze počtem podlaží. Je to budova, u níž výška zásadně ovlivňuje její návrh a použití. Výška budovy vytváří specifické podmínky pro její návrh, konstrukci a provoz.....

• A tall building is not defined by its height or number of stories. It is a building in which „tallness“ strongly influences planning, design and use. The height of this building creates different conditions in the design, construction, operation...



• Požární definice

• Nejnižší výška nad úrovnípřístupu požárního zásahu(Building Code, ČSN 73 0802....)

• ČSN 73 0810 – Požárníbezpečnost staveb – Společnáustanovení - Fire protection of buildings – General requirements

• ČSN 73 0802 – Požárníbezpečnost staveb -Fire protection of buildings – Non-industrial buildings



• Požární definice

• Požární výška podle ČSN

• hp:

• hp < 12 m

• 12 m < hp ≤ 22,5 m

• hp > 22,5 m

hp

Nadzemnípodlaží

Podzemnípodlaží



A high-rise building is defined in Chapter 2 of the IBC as a “building with an occupied floor located more than 75 feet (22 860 mm) above the lowest level of fire department vehicle access.”

Požární definice - analogicky podle IBC (International Building Code):


Vícepodlažní budovy – účel

• Administrativní budovy

• Obytné budovy

• Multifunkční budovy


Vícepodlažní budovy – účel


Vícepodlažní budovy – dispozičnípožadavky na svislou nosnoukonstrukci

• Dispozi ční požadavky x stavebn ě fyzikální požadavky xrozmíst ění prvk ů svislé nosné konstrukce

• Příklady:

• Administrativní budovy – variabilní dispozice „open space“ s minimemsvislých prvků

• Obytné budovy – využití mezibytových akustických stěn jako součástnosného systému

• Podzemní garáže pod obytnou/administrativní budovou – nosnýsystém v násobcích modulu parkovacích stání, průjezdné šířky.....

• Požární chráněné únikové cesty – využití nosných nebo ztužujícíchstěn kolem nich


Vícepodlažní budovy -požadavky na prostupy v konstrukcích

• Vodorovné rozvody

Pod stropní konstrukcí

Ve stropní konstrukci

Nad stropní konstrukcí

• Svislé rozvody

Šachty

Jádra

• Podzemní vstupy

Vzduch

Voda

El. energie

Topná média


Vícepodlažní budovy - vertikálníkomunikace

Zónování výtahů

WTC:24 lokálních výtahů pro spodní třetinu budovy,

24 lokálních výtahů pro střední třetinu budovy

24 lokálních výtahů pro horní třetinu budovy

8 expresních výtahů do 44 podalží

11 expresních výtahů do 78 podlaží.

2 expresní výtahy do 110 podlaží.


Statické systémy se dělí na dvě základní kategorie podle dominantní polohy ztužujícího prvku:

�Vnit řní (Interior) systémy

�Vnější (Exterior) systémy

Základní statické systémy


� Vzdorují vodorovnému zatíženíprimárně pomocí prvků umístěných v centru půdorysu

� Vnitřní ztužující prvky jsou tvořenyuzavřeným systémem, který působíjako konstrukční tubus

• Typy vnitřních ztužujících prvků:

• Tuhý rám

• Příhradové ztužení (Braced frame)

• Stěnové jádro

Základní statické systémy - vnitřnísystémy

Tuhý rám Stěnové

jádro

Příhradové

ztužení


� Vzdorují vodorovnémuzatížení primárně pomocí prvkůumístěných po obvoděpůdorysu

• Typy :

• Braced frames - Příhradové ztužení

• Tube structures - Tubusový systém

• Tube-in-tube Structures

• Diagrid Structure - Mřížovina

• Trussed Tubes - Příhradový tubus

• Bundled Tubes – Svazek tubusů

• Space Truss – Prostorová příhradovina

• Megaframe Structures - MegarámBracedFrames

TubeStructures Tube-in-tube

Strucrures

Základní statické systémy - vnějšísystémy


DiagridStructure

TrussedTubes

BundledTubes

Space TrussMegaframeStructures

Základní statické systémy - Vnějšísystémy


Logika konstrukcí, fyzikální zákony, gravitace

Bertrand Arthur William Russell (1872 – 1970), významný britský matematik, filosof, logik a spisovatel, nositel Nobelovy ceny za literaturu za rok 1950

Pravidla logiky jsou pro matematiku tím, čím je konstrukce pro architekturu


Logika konstrukcí, fyzikální zákony, gravitace

Architects spend an entire life with this unreasonable idea that you can fight against gravity (Renzo Piano, italský architekt)

Architekt stráví celý život zbytečnou myšlenkou, že lze bojovat proti gravitaci.

Renzo Piano: The Shard („střep“), Londýn, 310 m, nejvyšší budova ve Velké Británii a druhá nejvyšší v Evropě.


Vícepodlažní budovy – inspiracepřírodou

•Euplectella aspergillum - houbykřemité•Mají křemité jehlice ze šesti paprsků. Velikost 50 cm ivíce. Žijí v hlubokých vodách Tichého oceánu.

• Gherkin (2004), Londýn,180 m, architekt Norman Foster

Mikrostruktura křemičité schránky


Vícepodlažní budovy – inspiracepřírodou

• Hearst tower (2002), Charlotte 201 m

• Hotel las Artes,(1992) Barcelone

Euplectella aspergillum - houby křemité


Vícepodlažní budovy – inspiracepřírodou• Diamant je kubická krystalická forma uhlíku


Vícepodlažní budovy – inspirace přírodou

Diamond Tower, New York City, architekt Luis Durazo.

IBM Building, Pittsburgh, architekt Curtis & Davis, 1962-1964


Vícepodlažní budovy – inspirace přírodouStrom ginkgo biloba

Architekt Toyo Ito, obchodní dům Tod´s, Tokio


Požadavky na nosnou konstrukcivícepodlažní budovy

• Primární funkce

• Bezpečně přenášetzatížení z vrchní stavby do základů a základové půdy

• Konstrukčními prvkyvzdorovat účinkůmvodorovných zatížení (vítr, seismicita, vibrace)

A building at the Lotus Riverside complex in Shanghai’s Minhang district collapsed, nearlyintact, on June 2009



• Kontinuita nosné konstrukce – přenos sil nejkratší a nejefektivnější cestou

• Redundance • - možnost „náhradní“ cesty• Slovník cizích slov: V případě poruchy na jednom

systému druhý dále pracuje na daném úkolu zcela bez potřeby prvního. Možná by se dalo použít české slovo záložní.

• Nedostatek redundance ohrožuje bezpečnost konstrukcí při mimořádných zatíženích a rekonstrukcích

Požadavky na nosnou konstrukci vícepodlažní budovy


• Ekonomika a efektivnost konstrukce

• „Maximum výsledků s vynaložením minimálních prostředků“



Zděná konstrukce, Karlovy Vary VVU ETA prefa system, Praha



• D'Arcy Wentworth Thompson (1860 - 1948), Scottish biologist, mathematician - On Growth and Form:

• „The form of an object is a diagram of forces“.

• Tvar objektu odpovídáprůběhu sil

Výpočetní schémata výškových budov

• Volba statického schématu pro výpočet konstrukce musí odpovídat předpokládanému (rekonstrukce) nebo nově navrhovanému konstrukčnímu řešení

• Každý výpočet zjednodušuje reálnou konstrukci, ale musí vystihnout její působení

• Nevhodná volba statického schématu může způsobit vážné poškození (rekonstrukce) nebo porušení navrhované konstrukce




•Prutové St ěnové Kombinované

•Příhradové Rámové





Stěnové systémy


Příhradové skelety


Příhradové konstrukceMetody předběžného výpočtu vnitřních sil

a) průsečná metoda b) sty čníková metoda

Příhradové skelety - podrobný výpočet

• Modelování konstrukce pomocí prutových prvků

• Spoje prvků kloubové

• Zatížení na ztužujících prvcích pouze ve směru osy prvku, ne kolmo na ni

• Detaily styků musí odpovídat statickému schématu

124PS02 - Přednáška č. 136

Příhradové skelety - podrobný výpočet


Reálná konstrukce a detail výpočetního modelu


Přechodová podlaží

změna konstrukčního systému nad parterem – Vierendelův nosník

Různá statická schémata pro prefabrikovaný Vierendelův nosník

Přechodová podlaží


změna konstrukčního systému, technická podlaží a překonzolované konstrukce


Rámové skelety ocelové

Předběžný výpo čet:

Metoda silová, deforma ční


Distribuce zatížení v rámu

Ohybové momenty –vodorovné zatížení

Ohybové momenty –svislé zatížení


Příklad fasádního ztužujícícho rámu(SEARS TOWER)

Montážní spoje – místa minimálních ohybových momentů od vodorovného zatížení


Distribuce zatížení v rámu(podporové reakce)

Rám s vloženým polem

Jednoduchý rám

Přechodový stěnový nosník

Super rám


Rámové skeletyMetody předběžného výpočtu vnitřních sil

Podmínka rovnováhyMetoda patrových rámů


Rámové skeletyMetody předběžného výpočtu

Patrový výsek pro vodorovné zatížení

Nad vyšet řovaným místem

Tuhost sloup ů (EI)

Rámové skelety ocelové - podrobnývýpočet

• Modelování konstrukce pomocí prutových prvků

• Rámové spoje prvků tuhé (X, Y, Z, Rx, Ry, Rz)

• Tuhosti styčníků lze určit zadat explicitně

• Výpočet iterační pro různé tuhosti

• Detaily styků musí odpovídat statickému schématu

• Imperfekce, stabilitní výpočet




3D zobrazení modelu – rámy ve směru osy y

Výpočetní model – přípoje stropnic kloubové



Příklad výstupu deformace a vnitřních sil


Rámové skelety – železobetonovémontované

Rozhoduje volba statického schématu konstrukce a styků !!



Rámové skelety – železobetonové





Stěnové systémy

Předběžný výpo čet

Podmínky:

Uspořádání stěn – vetknutí do základů

Konzolové působení pro vodorovné zatížení

Tuhá stropní tabule

Oslabení otvory – otvory průběžně nad sebou, zanedbání otvorů

Spojení stěnových prvků pomocí styků nebo spojovacích vazeb:

•Obecná tuhost spoje (nebo nekonečná)

Material isotropický

Statický výpočet podle zásad pružnosti

Zjednodušená metoda např. EC 2


Distribuce zatížení ve stěnovém jádru

Jádro – smykové stěny

půdorys

Průběh normálového napětí


Distribuce vodorovného zatížení –vliv smykové poddajnosti ztužujícíchprvků


Tuhost spojení stěnových ztužujícíchprvků

„nekonečně“ tuhé obecně tuhé „nulová“ tuhost


Stěnové systémy

1. „Diskretní metoda“ :

• Obecná silová metoda – řešení pomocí soustavy rovnic pro neznámé smykové síly ve

spojovacích vazbách

Analýza vnit řních sil pomocí metod klasické statiky


Stěnové systémy

Patrový výsek pro 2 smykové stěny spojené obecným spojovacím prvkem

E – modul pružnosti

G – modul pružnosti ve smyku

I – moment setrvačnosti

U – průřezová plocha

Relativní tuhost spojovacího prvku

Diskretní metoda – vlastnosti vazeb mezi svislými prvky


Stěnové systémy

Rozdílná deformace svislých stěnových prvků je v rovnováze s deformací jejich spojovacích prvků

Zákaldní deformační podmínky pro spojovací prvek i-té vazbě a nazk úrovni

Diskretní metoda


Stěnové systémy Rovnice pro neznámou T.

Levá strana – dílčí deformace

Pravá strana – vliv zatížení

Součtový ohybový moment – směr x

Ohybový moment – přerozdělení na konkrétní prvek ve směru x,

Normálová síla – přerozdělení na konkrétní prvek ve směru x,

Sestavení soustavy rovnic pro každýspojovací prvek a každou výškovou úroveň – matice (i x n)

Diskretní metoda


Stěnové systémy

2. „Kontinualní metoda“

řešení pomocí soustavy rovnic pro neznámé smykové toky ve spojovacím prostředí

Discretní T je nahrazeno jednoduchou spojitou funkcí


Stěnové systémy

Srovnání diskrétního a kontinuálního modelul

Gi – náhradní tuhost smykového spojovacího prostředí

Kontinualní metoda


Stěnové systémy3. Metoda kone čných prvk ů

• Modelování konstrukce pomocí plošných deskových, stěnových nebo skořepinových prvků, prutové prvky

• Propojení jednotlivých „maker“ vazbami s obecnými tuhostmi

• Zatížení plošných prvků s ohledem na jejich statické působení

• Možnosti výpočtu interakce vrchní stavby a podloží

• Jeden výpočetní model zpravidla není vhodný pro různé analýzy konstrukce

Stěnové systémy


Metoda kone čných prvk ů – 3D model konstrukce pro výpo čet vnit řních sil

Vizualizace

Metoda kone čných prvk ů

Stěnové systémy



Realizace

3D model konstrukce pro výpo čet vnit řních sil

Stěnové systémy


Model zatížení - p říklad

Stěnové systémy



Reakce do pilot – výsledky z celkového modelu konstrukce

Stěnové systémy



My z interakce budova –podloží (soilin)– výsledky z celkového modelu konstrukce

Stěnové systémy



MxD – výsledky z podrobn ějšího modelu stropní konstrukce

Trendy v modelování konstrukcí

• 3D model

• BIM projektování

• IFC formát - Výměnný formát pro stavebnictví (Industry FoundationClasses)

• BIM - informační

model budovy


Date post:	27-Sep-2018
Category:	Documents
Upload:	buinhan
View:	218 times
Download:	0 times

Pozemní stavby 2 - kps.fsv.cvut.czkps.fsv.cvut.cz/upload/files/01_124ps02... · Obsah přednášky...

Documents