Pozemné stavby I
Dokumenty
Pozemné stavby I
Prednášky pre pozemné stavby I
Technische Universitt Berlin Department of Design and Construction - Solid Construction Sekretariát TIB 1 - B 2 Gustav-Meyer-Allee 25 13355 Berlin
Prof. Dr. sc. techn. Mike Schlaich Dipl.-Ing. Achim Bleicher, Dipl.-Ing. Diana Bartsch
Tel +49 (0) 30 314-721 30 Fax +49 (0) 30 314-721 32 [email protected] www.ek-massivbau.tu-berlin.de
Základné predmety matematika, mechanika, statika, náuka o materiáloch, stavebná informatika, prevádzka budov, modelovanie procesov atď. Sa vyučujú takmer na všetkých univerzitách naprieč materiálmi alebo nezávisle od nich. Stavebné inžinierstvo nie je výnimkou, a preto Technická univerzita v Berlíne učí a skúma v tejto oblasti rôzne materiály.
Rôzne materiály majú viac spoločného ako rozdeľujú. Bez ohľadu na to, že normy sú často umelo oddelené, mali by sa spoločné princípy a aplikačné charakteristické vlastnosti materiálov pre návrh, konštrukciu a dimenzovanie vypracovať a sprostredkovať praktickým spôsobom. Staviteľ si neobjednáva oceľový alebo betónový most, drevený alebo sklenený dom, ale skôr dobré mosty a dobré domy. Okrem klasických materiálov, ako sú drevo, oceľ a betón, sa používa čoraz viac nových materiálov, ako je sklo a membrány. Kreatívne môže navrhovať iba inžinier, ktorý je oboznámený so všetkými materiálmi.
V rámci prednášok pozemného staviteľstva I až II, ktoré sa budú od roku 2006 vyučovať v rámci bakalárskeho štúdia (3. až 6. semester), dimenzovanie a konštrukcia tyčových konštrukcií, podpery, dosky a tabule a ich spojenia dopravované cez všetky materiály. V predloženom skripte KI I sa najskôr zaoberáme dimenzovaním prierezov tyčových štruktúr a ich spojovacích prostriedkov.
Prvýkrát integrovaný do výučbového konceptu výučba krížového materiálu v odbore pozemné staviteľstvo na univerzite v Stuttgarte profesorom Jrg Schlaich a profesorom Kurtom Schferom. Chceli by sme poďakovať profesorovi Kurtovi Schferovi za súhlas s použitím jeho skriptu „Basics for Design and Construction“ ako základu tohto skriptu. Stuttgartské písmo bolo upravené v zimnom semestri 2004/2005 na prednášku Pozemné stavby I (KI I) a bude sa v budúcnosti používať aj v rámci bakalárskeho/magisterského štúdia na prednášku v špecializačnom kurze. Za týmto účelom boli usporiadané rôzne kapitoly, niektoré časti boli aktualizované a bolo venované pozornosť použitiu nových materiálov.
Mike Schlaich, Berlín, apríl 2005.
TU Berlin Katedra navrhovania a konštruovania pevných konštrukcií pozemného staviteľstva I Obsah
1.1 História pozemného staviteľstva 1 1.1.1 Konštrukcie z muriva 1 1.1.2 Konštrukcie z dreva 2 1.1.3 Kovové konštrukcie 3 1.1.4 Železobetónová a predpätá betónová konštrukcia 9 1.1.5 Zmiešané spôsoby stavania a nové materiály 11
1.2 Klasifikácia dimenzovania v procese plánovania 12
2 ZÁKLAD HODNOTENIA 17
2.1 B a D oblasti štruktúr 17 2.1.1 Charakteristika oblastí B a D 17 2.1.2 Vymedzenie oblastí D 19
2.2 Zákony o rovnováhe, kompatibilite a hmotnej núdzi 21
2.3 Stanovenie vnútorných síl a konštrukčnej odolnosti 22
2.4 Príloha: Pojmy z mechaniky a materiálových vied 29
3.1 Charakteristika stavebných materiálov a ich kombinácie za vzniku kompozitných materiálov 31
3.2 Kovové materiály 37 3.2.1 Oceľ 37 3.2.2 Liatina/oceľ liatina 62 3.2.3 Neželezné kovy 64 3.2.4 Krivky namáhania a deformácie kovových materiálov 66
3.3 Drevo 72 3.3.1 Druhy dreva 72 3.3.2 Fyzikálne vlastnosti 75
3.4 Betón 81 3.4.1 Pevnosť v tlaku 81 3.4.2 Pevnosť v ťahu 82 3.4.3 Krivky namáhania a deformácie, betón 85 3.4.4 Modul pružnosti a priečne zmrštenie 86 3.4.5 Zmrštenie, dotvarovanie a tepelná rozťažnosť 86
TU Berlin Katedra navrhovania a konštruovania pevných konštrukcií pozemného staviteľstva I Obsah
4 PRIPOJENIE MEDZI BETÓNOM A OCELOU 99
4.1 Povaha siete 99
4.3 Kotviace a uchopovacie dĺžky 104
5 SEKČNÉ MERANIE 107
5.1 Stanovenie napätí v priereze na základe lineárne elastického materiálového zákona 108
5.1.1 Dimenzovanie oceľových prierezov (pružno-elastická metóda podľa DIN 18800-1) 110 5.1.2 Dimenzovanie drevených prierezov 117
5.2 Dimenzovanie oceľových prierezov pomocou zákona o plastových materiáloch (pružno-plastové a plastovo-plastové metódy podľa DIN 18800-1) 122
5.3 Návrh prierezu v prípade trhlín alebo rozstupov (murivo) 128
5.4 Návrh železobetónových prierezov pre moment a normálovú silu 134 5.4.1 Železobetónové tyče vystavené stlačeniu v strede 134 5.4.2 Zásady návrhu ohybu železobetónových prierezov 138 5.4.3 Zjednodušené stanovenie odolnosti v ohybe pomocou bloku napätia 143 5.4.4 Prehľad metód navrhovania pre M a N 144 5.4 .5 Dimenzovanie pre tlak s malou výstrednosťou = malý moment a veľká tlaková sila
(Interakčné diagramy) 146 5.4.6 Návrh na čistý ohyb a stlačenie/napätie s veľkou výstrednosťou = veľký moment a
Malá tlaková sila (e = M/N> 0,5 h) 148 5.4.7 Dimenzovanie pre napätie s malou výstrednosťou 150 5.4.8 Dimenzovanie prierezov lúčov T 151 5.4.9 Tlaková výstuž 154 5.4.10 Dimenzovanie pre neobdĺžnikovú tlakovú zónu a šikmý ohyb 156
5.5 Dimenzovanie betónových nosníkov s priehradovými modelmi 157 5.5.1 Priehradové modely 157 5.5.2 Dimenzovanie strún (vrátane účasti šmykovej sily) 158 5.5.3 Prenos šmykovej sily 162 5.5.4 Priložené zaťaženie 171 5.5.5 Odolnosť šmykovej sily bez výstuže šmykovou silou 172 5.5.6 Pripojenie vyčnievajúcich častí prierezu na web (spojovacia doska/web) 173
5.6 Odpor rezu kompozitných nosníkov 176 5.6.1 Všeobecne 176 5.6.2 Odpor momentu 177 5.6.3 Odolnosť proti šmykovej sile a interakcia s momentovým odporom 180
5.7 Tyč s torzným namáhaním 182 5.7.1 Všeobecne 182 5.7.2 Krútenie svätého Venanta 183 5.7.3 Krútenie silou klenby 186 5.7.4 Železobetónové konštrukcie pod čistým krútením (stav II) 186
TU Berlin Katedra navrhovania a konštruovania pevných konštrukcií pozemného staviteľstva I Obsah
6 SPRÁVANIE SA DEFORMÁCIU ZAŤAŽENIA ZBETÓNOVÝCH BETÓNOVÝCH KAMENOV, VHODNOSŤ 193
6.1 Správanie sa pri deformácii železobetónových tyčí 193 6.1.1 Tlakové a ťahové napätie v elastickej oblasti 193 6.1.2 Železobetónová tlaková tyč v nelineárnej oblasti 195 6.1.3 Železobetónová napínacia tyč v prasknutom stave II 196 6.1.4 Deformácie železobetónových nosníkov pod ohybom 202
6.2 Medzný stav použiteľnosti 203 6.2.1 Obmedzenie šírky trhlín 203 6.2.2 Výpočet šírky trhlín (úplný vzor trhlín) 207 6.2.3 Priehyby 208 6.2.4 Dynamické zaťaženie 210
7.1 Prehľad pripojení komponentov 215
7.2 Všeobecné informácie o spojovacích prvkoch v tvare tyče 219
7.3 Skrutkové spoje v oceľovej konštrukcii 224 7.3.1 Vlastnosti skrutiek a ich usporiadanie v spojoch 224 7.3.2 Overenie únosnosti skrutkových spojov v oceľovej konštrukcii 227 7.3.3 Skrutkové spoje 230
7.4 Zvárané spoje v oceľovej konštrukcii 230 7.4.1 Všeobecne 230 7.4.2 Druhy zvarov 232 7.4.3 Druhy švov 234 7.4.4 Namáhanie a overenie zvarov 235
7.5 Kotvenie, priehyby a tvarovky pre laná a šľachy 240 7.5.1 Kotvenie 240 7.5.2 Ohyby 241 7.5.3 Kovanie 241
7.6 Spojenia v drevenej konštrukcii 242 7.6.1 Všeobecné informácie o kolíkových spojovacích prvkoch 242 7.6.2 Hmoždinky, (upevňovacie) skrutky a závitové tyče 243 7.6.3 Spojky klincov 245 7.6.4 Spojky hmoždiniek 245
7.7 Konštrukčné detaily v sklenenej konštrukcii 248 7.7.1 Druhy skladovania 248 7.7.2 Schválenia a smernice 250
7.8 Spojenia v membránovej konštrukcii 251 7.8.1 Povrchy 251 7.8.2 Okrajové útvary 252
TU Berlin Katedra navrhovania a konštruovania pevných konštrukcií pozemného staviteľstva I Obsah
TU Berlín Katedra navrhovania a konštruovania pevných konštrukcií pozemného staviteľstva I Kapitola 1
1.1 K histórii pozemného staviteľstva
1.1.1 Murované konštrukcie
Stavby z muriva a dreva sú staré ako ľudská kultúra. V staroveku boli k dispozícii aj umelé kamene vyrobené zo sušenej hliny a predovšetkým z pálenej hliny. Niektoré kultúry, napr. Napríklad Inkovia používali na výrobu konštrukcií bez malty úhľadne vytesané kamene s hmotnosťou niekoľkých ton, ktorých výroba sa zatiaľ nedá úplne vysvetliť.
Na stropy a strechy murovaných konštrukcií sa často používali drevené konštrukcie. Rozpätia, ktoré bolo možné premostiť murivom, boli obmedzené dĺžkou zvládnuteľných (prírodných) kameňov. Vo falošných klenbách sa pomocou konzolových kameňov dosiahol rozpätie niekoľkých metrov (najznámejší príklad: pokladnica Atreus v Mykénach, asi 1325 pred n. L.).
Rimania viedli klenbovú technológiu k svojmu prvému rozkvetu vybudovaním oblúkových mostov pre ulice a vodovodné potrubie a vyklenutím veľkých hál s rozpätiami, ktoré sa v renesancii dosiahli opäť iba približne (obr. 1-1, obr. 1-2). Z hľadiska drzosti murovaných konštrukcií, využitia materiálových vlastností a ich konštrukčnej kvality