BUDOWNICTWO I KONSTRUKCJE INŻYNIERSKIE. dr inż. Monika Siewczyńska

Transkrypt

1 BUDOWNICTWO I KONSTRUKCJE INŻYNIERSKIE dr inż. Monika Siewczyńska

2 Plan wykładów 1. Podstawy projektowania 2. Schematy konstrukcyjne 3. Elementy konstrukcji 4. Materiały budowlane 5. Rodzaje konstrukcji 6. Obiekty inżynierskie

3 Rodzaje konstrukcji Porównanie ciężaru konstrukcji: Murowe 0,006 1/m Żelbetowe 0,002 1/m Stalowe 0,0003 0,0005 1/m Drewniane 0,0006 1/m Wskaźnik lekkości = ciężar własny / naprężenie graniczne

4 Rodzaje konstrukcji Murowe Żelbetowe Stalowe Drewniane

5 Żelbet Żelbet - jest materiałem kompozytowym, powstającym przez połączenie warstwy betonu z odpowiednimi elementami stalowymi Beton przenosi naprężenia ściskające, jest kruchy, wytrzymałość na rozciąganie jest bardzo mała Stalowe elementy zatopione w betonie zbrojenie przenoszą obciążenia rozciągające Najczęściej stosuje się stalowe pręty, ale także siatki, struny, kable i linki Współpraca obydwu materiałów jest możliwa dzięki przyczepności betonu do powierzchni stali (często stosuje się pręty żebrowane, aby zwiększyć powierzchnię kontaktu między tymi dwoma materiałami)

6 Żelbet Rys przekrój elementu obliczeniowego ze zbrojeniem

7 Fundamenty żelbetowe Beton podkładowy ochrona dla układanego wykopie zbrojenia Fundamenty: Betonowe Żelbetowe

8 Fundamenty grupowe Ławy pod rzędem słupów, zbrojenie poprzeczne i podłużne

9 Fundamenty prefabrykowane Stopy kielichowe

10 Fundamenty płytowe

11 Fundamenty na palach

12 Ściany szczelinowe

13 Ściany betonowe i żelbetowe Min. grubość 12 cm Warunki dla ścian usztywniających

14 Stropy żelbetowe Monolityczne zbrojone: Jednokierunkowo Krzyżowo Zbrojenie główne i rozdzielcze Betonowane łącznie z wieńcem

15 Stropy żelbetowe Płytowo-belkowe obciążenie przekazywane jest na płytę, a ta przenosi je na belki (żebra) Belki pracują jako przekroje teowe Płyty zginane: Jednokierunkowo Dwukierunkowo

16 Stropy grzybkowe Konstrukcja płyty krzyżowo zbrojonej opartej wprost na słupach ze specjalnie ukształtowanymi głowicami

17 Schody żelbetowe Płytowe Płytowo-belkowe Wspornikowe Zbrojenie oblicza się dla schematu płyty załamanej schodów: Płytowych Płytowych z ukrytą belką spocznikową Policzkowych

18 Schody żelbetowe Płytowe

19 Schody żelbetowe płytowe z ukrytą belką spocznikową

20 Schody żelbetowe policzkowe

21 Budynki uprzemysłowione Prefabrykaty: drobnowymiarowe do 200 kg Średniowymiarowe kg Wielkowymiarowe powyżej 1000 kg Blokowe ścienne - wielkoblokowe Płytowe ścienne, stropowe, dachowe wielkopłytowe Prętowe belki, słupy, nadproża, wiązary

22 Budynki uprzemysłowione Wielkoblokowy Wielkopłytowy

23 Budynki uprzemysłowione Płyty ścienne: Zwykle trójwarstwowe: Konstrukcyjna nośna Izolacja termiczna Warstwa elewacyjna zespolona z konstrukcyjną Warstwa wewnętrzna przenosi obciążenia z wyższych kondygnacji Warstwa elewacyjna przenosi obciążenia wiatrem

24 Budynki uprzemysłowione Połączenia prefabrykatów muszą: Przenieść takie siły i momenty, jakie powstają w układzie monolitycznym Spełniać warunki izolacyjności termicznej Spełniać warunki szczelności Spełniać warunki izolacyjności akustycznej Zachować sztywność przestrzenną budynku

25 Budynki uprzemysłowione

26 Budynki uprzemysłowione Konstrukcje szkieletowe

27 Budynki uprzemysłowione Dźwigary dachowe: Belki strunobetonowe dwuteowe duże rozpiętości (10 50 m)

28 Budynki uprzemysłowione Prefabrykowane płyty żelbetowe i sprężone: Płyty żebrowe Płyty kanałowe

29 Budynki uprzemysłowione Stropy zespolone typu Filigran prefabrykowana płyta dolna z zabetonowanymi kratownicami Na budowie dodaje się brojenie styków płyt, ewentualnego zbrojenia górnego oraz zbrojenie wieńców i całość zalewa mieszanką betonową Dowolny kształt Możliwość przeprowadzenia instalacji wewnątrz stropu i przez płytę na etapie projektowania!!!

30 Budynki uprzemysłowione Stropowe płyty sprężone: Duże rozpiętości Niska odporność ogniowa Możliwość klawiszowania

31 Budynki uprzemysłowione Nadproża żelbetowe typu L-19: D drzwiowe N okienne, ściany obciążone stropami S okienne, ściany nieobciążone stropami Nadproża do ścianek działowych

32 Budynki wysokie Pod względem statycznym budynek wysoki jest wspornikiem. Trzeba zapewnić właściwe zakotwienie w gruncie Kondygnacje podziemne, często w postaci skrzyni (2 5, a nawet 10 kondygnacji podziemnych) Spodnia płyta ma dużą grubość i musi być betonowana bez przerw technologicznych Duża głębokość posadowienia zabezpieczenie otoczenia gruntu przez ścianki szczelinowe później jako konstrukcja ścian

33 Budynki wysokie Posadowienie pośrednie: Kesony Pale Ściany szczelinowe

34 Budynki wysokie Typy konstrukcji: Trzonowo-ramowe Z wysięgnikami Powłokowe Trzonowo-powłokowe

35 Budynki wysokie Trzonowo-ramowe

36 Budynki wysokie Z wysięgnikami

37 Budynki wysokie Powłokowe

38 Budynki wysokie Trzonowo-powłokowe

40 Konstrukcje stalowe Budownictwo: Przemysłowe Ogólne Komunikacyjne specjalne

41 Konstrukcje stalowe - przemysłowe Dachowe wiązary kratowe Podciągi kratowe lub pełnościenne Płatwie Słupy Konstrukcje ramowe i szkieletowe Hale i wiaty Belki i estakady podsuwnicowe Kominy przemysłowe Wieże i maszty telekomunikacyjne Słupy energetyczne Wyciągowe wieże kopalniane Rusztowania Galerie przemysłowe Zbiorniki Zasobniki i silosy Rurociągi

42 Wieże

43 Współczesne wiatraki

44 Rury

45 Obiekty przemysłowe

46 Konstrukcje stalowe - ogólne Belki Żebra Nadproża Podciągi Słupy Kratownice dachowe Szkielety budynków wysokich Kopuły Łuki Przekrycia strukturalne Konstrukcje hal (sportowych, widowiskowych, wystawowych, handlowych) Trybuny Zadaszenia Słupy oświetleniowe i reklamowe Słupy trakcji tramwajowej

47 Zalety Lekkość konstrukcji Duże rozpiętości Krótki czas montażu Elastyczność kształtowania powierzchni Łatwość projektowania Mniejsze zagrożenie awarią (podobna wytrzymałość na ściskanie i rozciąganie, duża jednorodność materiału) odporne na zmianę obciążenia, znaczne odkształcenia sygnalizują awarię ekologiczność

48 Wady Wrażliwość na: Korozję Temperatury pożarowe Zmęczenie dynamiczne

49 Budownictwo mieszkaniowe Strop Kleina Strop z płytą żelbetową na belkach stalowych Belka zespolona

50 Budownictwo mieszkaniowe Podciągi z dwuteowników mniejsza wysokość niż żelbetowych, szybszy montaż Stalowe wiązary kratowe w konstrukcjach dachów

51 Balkony i schody

52 Stropy stalowe - zespolone

53 Stropy stalowe - zespolone

54 Lekkie konstrukcje stalowe Budynki mieszkalne Profile cienkościenne Większa sztywność i trwałość w porównaniu z drewnianymi

55 Ściana zewnętrzna Płyta g-k Izolacja przeciwwilgociowa Taśma akustyczna Konstrukcja słupów i rygli + wełna szklana Płyta OSB Pianka poliuretanowa lub twarda wełna mineralna elewacja

56 Ściana o konstrukcji stalowej

57 Współpraca blachy i betonu Połączenia w poziomie stropu

58 Połączenia

59 Połączenia

60 Połączenia Spawane Skręcane Nitowane

61 Połączenia

62 Połączenia

63 Stalowe konstrukcje hal Jedno- lub wielonawowe Duże rozpiętości Brak podpór pośrednich

64 Stalowe konstrukcje hal Ściany zewnętrzne i dachy z płyt warstwowych z izolacją termiczną Słupy z zamkniętych profili zimnogiętych Attyka Ściany działowe, drzwi, okna, bramy Instalacje na dachu i podwieszone pod dachem

65 Stalowe konstrukcje hal Główna konstrukcja z szeregu płaskich ram poprzecznych Przenosi obciążenia: klimatyczne, użytkowe, technologiczne Rozstaw słupów wielokrotność modułu 3,0 m (lub ewentualnie 1,5 m) Każdy układ ze słupów głównych i rygli dachowych

66 Stalowe konstrukcje hal

67 Stalowe konstrukcje hal

68 Stalowe konstrukcje hal Dach bezpłatwiowy

69 Stalowe konstrukcje hal Stężenia zabezpieczają główne układy nośne hali i konstrukcję dachu w trakcie montażu i eksploatacji Zapewniają geometryczną niezmienność i przestrzenną pracę konstrukcji

70 Lekkie konstrukcje stalowe

73 Elewacje

74 Prowadzenie instalacji

75 Stężenia konstrukcji stalowej Dachowe poziome zabezpieczają rygle przed wyboczeniem, przenoszą również siły poziome od wiatru na ścianę szczytową Stosuje się je na całej szerokości dachu nie rzadziej niż co 8 pole oraz w skrajnych lub przedskrajnych polach każdej oddylatowanej części hali.

76 Stężenia konstrukcji stalowej Dachowe pionowe zapewniają bezpieczny montaż konstrukcji, zmniejszają smukłość dolnych pasów kratownic. Stosuje się je w miejscach stężeń poziomych w miejscu załamania pasa kratownicy w kalenicy lub gęściej w węzłach skratowania.

77 Stężenia konstrukcji stalowej Ścienne pionowe podłużne zapewniają stateczność podłużną układu, przenoszą również siły poziome od wiatru na ściany szczytowe. Umieszcza się je w tych samych polach, co stężenia dachowe poziome.

78 Stężenia konstrukcji stalowej Ściany szczytowej zapewniają sztywność układu poprzecznego hali

79 Konstrukcja dachu dworca w Kioto

80 Przekrycia strukturalne Regularna budowa geometryczna oparta na dyskretnym, powtarzalnym układzie prętów tworzących przestrzenną siatkę geometryczną. Sztywny układ przestrzenny przy racjonalnym wykorzystaniu stali. Niewielkie ugięcia Duże rozpiętości przy niskiej konstrukcji Typizacja i prefabrykacja Lokalne uszkodzenie nie spowoduje gwałtownego zniszczenia Nie stosuje się stężeń

81 Przekrycia strukturalne

82 Stalowe budynki wysokie i wysokościowe Wzrost wysokości budynku powoduje: Wzrost obciążenia pionowego proporcjonalny do wysokości Wzrost obciążenia wiatrem proporcjonalny do kwadratu wysokości

83 Stalowe budynki wysokie i wysokościowe Systemy ramowe w układzie płaskim lub przestrzennym bez lub z płaskimi tężnikami pionowymi Stropy sztywne tarcze Płaskie tężniki przenoszą obciążenie poziome od wiatru Tężniki wsporniki kratowe typu X

84 Stalowe budynki wysokie i wysokościowe Ustrój trzonowy - Główny element nośny - żelbetowy trzon użytkowy (klatki schodowe, szyby dźwigowe) i przeciwpożarowy przenosi obciążenia pionowe i poziome Typy: Trzonowo-linowe Wieszarowe Wspornikowe Trzonowo-szkieletowe

85 Stalowe budynki wysokie i wysokościowe Ustrój powłokowy uzyskanie maksymalnej sztywności przestrzennej Konstrukcja tworzy sztywny układ jak perforowana rura zamocowana w fundamencie Powłoka przenosi obciążenia poziome Wewnętrzny szkielet nośny przenosi obciążenia pionowe

86 Stalowe budynki wysokie i wysokościowe Ustrój powłokowy: Ramowy Ramowy skratowany Dwupowłokowy Siatka prostokątna Siatka diagonalna Siatka mieszana

87 Kratownica Ustrój prętowy szkieletowy płaski lub przestrzenny, w którym prostoliniowe pręty połączone są przegubowo w węzłach Obciążenie w postaci sił skupionych przyłożone jest wyłącznie w węzłach W prętach powstają tylko siły osiowe (ściskanie lub rozciąganie) nie ma zginania Mogą być statycznie wyznaczalne lub niewyznaczalne Połączenia w węzłach najczęściej jako spawane

88 Kratownica Zalety: Lekkie Sztywne Ekonomiczne Łatwość nadawania różnych kształtów Duże rozpiętości Duże zróżnicowanie nośności

89 Dachy kratowe Kratownica element nośny Płatwie oparte w węzłach pasa górnego Stężenia poprzeczne (zazwyczaj w skrajnych polach) zapewniają stateczność pasa górnego Stężenia pionowe co max. 15 m Pokrycie z blach fałdowych przy odpowiednim mocowaniu jako tarcza sztywna zastępująca część stężeń

90 Ustrój cięgnowy Główny element nośny cięgna Cięgno wiotki element o znikomej sztywności na zginanie a dużej nośności na rozciąganie Stosuje się również stal wysokiej wytrzymałości daje to bardzo duże rozpiętości Małe zużycie stali w porównaniu do tradycyjnej konstrukcji stalowej

91 Ustrój cięgnowy Płaskie Przestrzenne Symetryczne Kołowe Niesymetryczne Bezwęzłowe Wielowęzłowe Siatkowe

92 Ustrój cięgnowy Płaskie układy pojedyncze cięgna swobodnie zwisające + balastujące pokrycie dachu Po ułożeniu pokrycia cięgno może być sprężone Układ cięgna nośnego i napinającego

93 Ustrój cięgnowy

94 Kopuła Kopuła pęk łuków wychodzących ze zwornika południków (ściskane) Współpraca zapewniona jest przez obręcze równoleżniki (ściskanie lub rozciąganie) W niektórych konstrukcjach stężenia w trzech pionowych pasmach rozłożonych symetrycznie Duże siły rozporu na podpory Równoleżniki pełnią funkcję ściągu Jeśli obciążenie jest równomiernie rozłożone nie powstają naprężenia zginające

95 Kopuła Kopuła geodezyjna siatkowa o ruszcie trzykierunkowym mogą być oparte na rzucie innym niż kołowy Znacznie efektywniejsze od klasycznych

96 Powłoka Jednokrzywiznowa Obrotowa stożkowa Jedno- dwu- lub wielokrzywiznowa

97 Powłoka

98 Powłoki

99 Kopuły i powłoki Kopuły wykonuje się z profili otwartych i zamkniętych Kopuły geodezyjne przekroje zamknięte (rury) Najkorzystniej jest gdy powłokę można wykonać z powtarzalnych segmentów

100 Ochrona przeciwpożarowa Stal materiał niepalny, ale wrażliwy na wysokie temperatury, które powodują spadek wytrzymałości stali na zerwanie W 600 C moduł odkształcalności redukuje się o 70%, a granica plastyczności zmniejsza się o połowę w efekcie drastycznie obniża się nośność konstrukcji, powstają znaczne odkształcenia i zerwanie elementów

101 Ochrona przeciwpożarowa Konstrukcje stalowe projektuje się z uwagi na kryterium nośności ogniowej R Środki ochrony czynnej: Czujniki dymu i ognia Klapy dymowe Kurtyny ogniowe Tryskacze Hydranty

102 Ochrona przeciwpożarowa Sposoby zabezpieczenia ogniochronnego: Chłodzenie kosztowna instalacja Spryskiwacze Przepływ wody wewnątrz konstrukcji Izolowanie Grupowe oddzielenie od bezpośrednich stref pożarowych Zabezpieczenie pojedynczych elementów

103 Ochrona przeciwpożarowa Zabezpieczenia bezpośrednie: Środki aktywne termicznie powłoki pęczniejące i absorpcyjne Środki pasywne termicznie Masy natryskowe Okładziny płytowe Zabezpieczenia hybrydowe

104 Ochrona przeciwpożarowa Zastosowanie konstrukcji zespolonej stalowobetonowej

105 Korozja Korozja metali niszczenie wskutek chemicznego lub elektrochemicznego oddziaływania: Wody Temperatury Tlenki siarki Tlenki azotu Dwutlenek węgla Sadza Pyły węglowe

106 Ochrona przeciwkorozyjna Łączone elementy powinny być wykonane z tego samego materiału (również śruby i nity) Unikanie przekrojów skrzynkowych otwartych do góry Unikać obszarów, w których mogą gromadzić się ciecze Forma słupów musi umożliwiać konserwację wszystkich powierzchni

107 Ochrona przeciwkorozyjna Powłoki ochronne: Metalowe Izolujące ekranujące Nieorganiczne Emalie tlenkowe Emalie fosforanowe Emalie chromianowe Organiczne Smary Gleje Polimery Powłoki lakierowe

109 Zalety konstrukcji drewnianych Mały ciężar objętościowy w porównaniu do żelbetu Duża wytrzymałość na zginanie, ścinanie i rozciąganie Łatwość obróbki mechanicznej Możliwość niemal natychmiastowego użytkowania konstrukcji Dobre właściwości termiczne

110 Wady konstrukcji drewnianych Podatność na korozję biologiczną Ochrona przed zawilgoceniem impregnacja Palność Wygładzenie powierzchni Impregnacja Pęcznienie i skurcz pod wpływem wilgoci Duży rozrzut wartości parametrów fizycznych i mechanicznych Właściwa klasyfikacja tarcicy

111 Układy konstrukcyjne Blokowo-dylowy Palowy i słupowy Szkieletowy Systemy lekkie Systemy żebrowe Systemy płytowe

112 Układ blokowo-dylowy Budynki jednorodzinne i letniskowe Wykonuje się z bali, okrąglaków, połowizn z drewna litego, belek z drewna klejonego Ściana z litego drewna wymaga ocieplenia, z drewna klejonego ma właściwą izolacyjność

113 Układ blokowo-dylowy

114 Układ blokowy Uszczelnienie złączy między balami zabezpiecza przed przewiewaniem, przemarzaniem: Dawniej z mchu, pakułów, wełny drzewnej Obecnie uszczelki elastyczne lub masy uszczelniające

115 Układ blokowy Złącza w narożnikach wykonuje się: Z ostatkami brak mostków termicznych Bez ostatków

116 Układ dylowy = sumikowo-łątkowy By wyeliminować złącza ciesielskie zastosowano pionowe słupy (łątki) i poziome dyle (sumiki)

117 System palowy i słupowy Konstrukcja nośna z pali lub słupów z impregnowanego drewna z okorowanych pni drzew Słupy są osadzone w nawiercanych w gruncie otworach lub w fundamentach betonowych Budynki mieszkalne, gospodarcze

118 Budynki przysłupowe Parter konstrukcja blokowa Piętro i poddasze niezależna konstrukcja słupowa

119 Układy szkieletowe Konstrukcja nośna: Słupy Rygle Belki Podwaliny Oczepy Zastrzały Miecze Z drewna litego Wypełnienie - odeskowanie

120 Układy szkieletowe

121 Układy szkieletowe Słupowo-ryglowe (szachulcowe) Słupowo-ryglowe wypełnione cegłą mur pruski Szkieletowe z desek

122 Układy szkieletowe - z desek Usztywnienie: Utwierdzenie słupów w fundamencie Połączenie słupów z tarczowymi układami dachów lub stropów Wiatrownice lub poszycie z ukośnego deskowania lub płyt

123 Układy szkieletowe Połączenia belek

124 Systemy lekkie Budynki lekkie w USA, Kanadzie i Skandynawii Konstrukcja: Słupy Rygle Podwaliny Oczepy Z wiotkich elementów desek lub bali usztywnionych poszyciem.

125 Systemy lekkie Ściany warstwowe: Okładziny wewnętrzne gładka powierzchnia, funkcja ppoż. Izolacja paroszczelna Drewniany szkielet + izolacja termiczna Poszycie zewnętrzne usztywnienie sklejka wodoodporna, płyta wiórowa Wiatroizolacja Oblicówka BSO, obmórówka