BUDOWNICTWO I KONSTRUKCJE INŻYNIERSKIE. dr inż. Monika Siewczyńska

BUDOWNICTWO I KONSTRUKCJE INŻYNIERSKIE dr inż. Monika Siewczyńska

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

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

Rodzaje konstrukcji Murowe Żelbetowe Stalowe Drewniane

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)

Żelbet Rys przekrój elementu obliczeniowego ze zbrojeniem

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

Fundamenty grupowe Ławy pod rzędem słupów, zbrojenie poprzeczne i podłużne

Fundamenty prefabrykowane Stopy kielichowe

Fundamenty płytowe

Fundamenty na palach

Ściany szczelinowe

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

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

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

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

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

Schody żelbetowe Płytowe

Schody żelbetowe płytowe z ukrytą belką spocznikową

Schody żelbetowe policzkowe

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

Budynki uprzemysłowione Wielkoblokowy Wielkopłytowy

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

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

Budynki uprzemysłowione

Budynki uprzemysłowione Konstrukcje szkieletowe

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

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

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!!!

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

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

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

Budynki wysokie Posadowienie pośrednie: Kesony Pale Ściany szczelinowe

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

Budynki wysokie Trzonowo-ramowe

Budynki wysokie Z wysięgnikami

Budynki wysokie Powłokowe

Budynki wysokie Trzonowo-powłokowe

Konstrukcje stalowe Budownictwo: Przemysłowe Ogólne Komunikacyjne specjalne

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

Wieże

Współczesne wiatraki

Obiekty przemysłowe

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

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

Wady Wrażliwość na: Korozję Temperatury pożarowe Zmęczenie dynamiczne

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

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

Balkony i schody

Stropy stalowe - zespolone

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

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

Ściana o konstrukcji stalowej

Współpraca blachy i betonu Połączenia w poziomie stropu

Połączenia

Połączenia Spawane Skręcane Nitowane

Połączenia

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

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

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

Stalowe konstrukcje hal

Stalowe konstrukcje hal Dach bezpłatwiowy

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

Lekkie konstrukcje stalowe

Elewacje

Prowadzenie instalacji

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.

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.

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.

Stężenia konstrukcji stalowej Ściany szczytowej zapewniają sztywność układu poprzecznego hali

Konstrukcja dachu dworca w Kioto

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

Przekrycia strukturalne

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Ustrój cięgnowy Płaskie Przestrzenne Symetryczne Kołowe Niesymetryczne Bezwęzłowe Wielowęzłowe Siatkowe

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

Ustrój cięgnowy

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

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

Powłoka Jednokrzywiznowa Obrotowa stożkowa Jedno- dwu- lub wielokrzywiznowa

Powłoka

Powłoki

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

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

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

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

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

Ochrona przeciwpożarowa Zastosowanie konstrukcji zespolonej stalowobetonowej

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

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

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

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

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

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

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

Układ blokowo-dylowy

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

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

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

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

Budynki przysłupowe Parter konstrukcja blokowa Piętro i poddasze niezależna konstrukcja słupowa

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

Układy szkieletowe

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

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

Układy szkieletowe Połączenia belek

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

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

Systemy lekkie

Systemy lekkie Stropy żebrowe z desek, przewiązki usztywniające zabezpieczają przed zwichrzeniem Poszycie stęża żebra stropowe sztywna tarcza

Systemy lekkie Konstrukcja dachu krokwiowa lub jętkowa

Drewniane konstrukcje dużych rozpiętości Belki z drewna klejonego warstwowo

Drewniane konstrukcje dużych rozpiętości Belki kratownicowe

Ramy jedno- i dwusłupowe

Połączenia Rygla ze słupem Przegubu kalenicowego

Kratowa rama trójprzegubowa

Przekrycia łukowe Przeguby podporowe

Stężenia przestrzenne

Dziękuję za uwagę