0MKZ PREDAVANJE 10_Zgrade_Noseci sistemi i podsistemi zgrada 2_09_10
-
Upload
pavle-dimitrijevic -
Category
Documents
-
view
37 -
download
4
Transcript of 0MKZ PREDAVANJE 10_Zgrade_Noseci sistemi i podsistemi zgrada 2_09_10
VIŠESPRATNE ZGRADE
VERTIKALNA
NOSEĆA KONSTRUKCIJA
Prenošenje vertikalnog opterećenja
►Opterećenja sa međuspratnih konstrukcija prenose se kao koncentrisane sile u tačkama oslanjanja na vertikalne noseće elemente, a preko njih dalje do fundamenata.
►Rešenje vertikalnih nosećih elemenata određeno je
rasponima horizontalne noseće konstrukcije.
►Vertikalni noseći elementi su: stubovi nosećeg okvira,
armiranobetonska platna samostalna ili grupisana u jezgro i sl.
►Ako su oslonačke tačke međuspratnih konstrukcija tačno jedna iznad druge obično se upotrebljavaju neprekidni stubovi. Nekada je moguće upotrebiti i kose stubove.
►U drugim tipovima višespratnih zgrada vertikalni noseći elementi mogu delovati kao vešaljke ili zatege. Oni mogu nositi opterećenje sa jednog sprata, sa grupe spratova ili sa svih spratova zgrade.
Neprekinuti stubovi kroz sve spratove
Prenošenje vertikalnog opterećenja
►Stubovi su postavljeni tako da prolaze kroz sve spratove jedan iznad drugog.
►Ovakvim načinom opterećenje se spušta do fundamenata najkraćim putem (slika).
►
Pri ovakvoj konstruktivnoj šemi zgrade osnova može biti kvadratna, pravougaona, trougaona ili kružna.
Različiti raster stubova u prizemlju i na spratovima
Prenošenje vertikalnog opterećenja►Donji deo zgrade često ima drugu funkciju od gornjeg dela, što uzrokuje različiti raspored stubova na spratovima od onih u prizemlju. ►Kada su spoljašnji stubovi gusto postavljeni u gornjim spratovima, a retko u prizemlju,moraju se upotrebiti jaki horizontalni nosači čija je funkcija da prime opterećenje sa gusto postavljenih stubova. ►Ako su ti nosači postavljeni iznad prizemlja onda su sekundarni stubovi pritisnuti (slika a), a ako su ti nosači na vrhu zgrade onda su sekundarni stubovi zategnuti (slika b).
Jezgro kao element za prijem vertikalnog opterećenja
Prenošenje vertikalnog opterećenja►Opterećenje je moguće preneti na fundamente i isključivo putem
unutrašnjeg vertikalnog nosećeg sistema (jezgro od čeličnih spregova ili armiranobetonsko). ►U ovom slučaju moguće je projektovati prizemlje bez stubova. Tada se
opterećenje sa spratova prenosi na sledeći način:▪
sa svakog sprata preko konzolne grade (slika a),
▪
putem vešaljki na konzolnu gredu na vrhu zgrade (slika b)▪
putem krutih rešetkastih konzolnih greda u sredini visine zgrade,
tada su spratovi ispod nje ovešani a iznad nje oslonjeni na nju (slika c),▪
putem krutih konzolnih greda na provm spratu (slika d).
Prenošenje vertikalnog opterećenja kod zgrada mostovskog tipa
Prenošenje vertikalnog opterećenja
►Kada zgrada nema unutrašnje stubove u prizemlju, mogu se sva opterećenja preneti na spoljašnje stubove putem rigli okvira (slika a), vešanjem srednjih stubova o krutu gredu na vrhu zgrade (slika b) ili oslanjanjem srednjih stubova na krutu gredu u visini prvog sprata (slika c).
Vrste vertikalnih nosećih konstrukcija
Zglobni sistemi
►Zglobni sistemi se sastoje iz stubova koji su kontinualni kroz sve spratove i rigli zglobno spojenih sa stubovima.
►Poprečnu krutost ovim sistemima obezbeđuju rešetkasti spregovi i armiranobetonska platna samostalna ili vezana u jezgro.
Zglobni sistemi
Okvirni sistemi
►Okvirni sistemi sastoje se iz kruto spojenih stubova i rigli, koji obrazuju ravne i prostorne okvire objedinjene međuspratnom konstrukcijom.
►Oni se mogu u praksi javiti kao samostalni kruti okviri (slika a) ili u kombinaciji sa nekim od elemenata krutosti
(slike b i c).
Okvirni sistemi
►Poprečna deformacija krutih okvira zavisi od dva parametra:1.Deformacija usled savijanja konzole
nastaje usled odupiranja sistema momentu preturanja. Ona je uslovljena uzdužnim deformacijama stubova koji predstavljaju vlakna okvirne konzole uklještene u temelje. U ovakvom slučaju izduženje i skraćenje stubova daje bočna pomeranja. Ovim načinom deformacije nastaju oko 20% ukupnih bočnih deformacija konstrukcije.
Okvirni sistemi
Deformacija usled savijanja konzole
Deformacija usled savijanja stubova i rigli
2. Deforamcija usled savijanja stubova i rigli
je fenomen
poznat kao "klizanje okvira".Horizontalne i vertikalne sile deluju na stubove i rigle i u njima prouzrokuju momente savijanja.Ovakvim načinom deformacije nastaju 80% ukupnih bočnih deformacija konstrukcije, od čega 65% savijanjem greda i 15% savijanjem stubova. Kriva deformacije odgovara spoljašnjem dijagramu smicanja. Nagib krive deformacije najveći je u osnovi, gde je i smicanje najveće.
Okvirni sistemi
Okvirni sistemi
►Ukupna deformacija dobija se superpozicijom deformacijonih krivih iz prva dva slučaja.
Interakcija krutog okvira i sprega
Okvirni sistemi
►Na slici je prikazano:a) deformacija krutog poprečnog rama,b) deformacija rešetkastog spregac) i d) interakcija okvira i sprega
Sistemi od stubova i ravnih ploča
►Ovaj noseći sistem formiran je od armiranobetonskih ploča jednake debljine i čeličnih stubova.
► Stubovi mogu biti urađeni sa ili bez kapitela.
► Za manji broj spratova ovakva konstrukcija može biti izvedena samo sa stubovima uklještenim u fundament, dok je za veći broj spratova neophodna primena rešetkastih spregova ili armiranobetonskog jezgra, koji će obezbediti horizontalnu krutost konstrukcije.
Sistem od stubova i ravnih ploča
Sistem sa horizontalnim rešetkama
►Efikasnost konstrukcije zgrade može se povećati za oko 30% upotrebom horizontalnih (pojasnih) rešetki vezanih za okvir i za jezgro.
► Horizontalne (pojasne) rešetke se vezuju kruto za jezgro, a zglobno za psoljašnje stubove.
► Ugibanjem jezgra usled horizontlanih sila, horizontalna (pojasna) rešetka deluje kao ruka poluge pa unosi direktno aksijalne sile u krajnjem stubove.
Sistem sa horizontalnim rešetkama
►Dijagram napona na slici
ilustruje prednost zglobne veze pojasne rešetke sa spoljašnjim stubovima u odnosu na krutu.
► Ako su ove rešetke kruto spojene sa spoljašnjim stubovima, ceo sistem će delovati kao jedinstven, i na taj način će se slabo iskoristiti momentna nosivost jezgra, jer su zidovi jezgra dosta blizu neutralnoj osi zgrade.
► Suprotno, ako je upotrebljena zglovna veza sa spoljašnjim stubovima, dobija se bolje iskorišćenje jezgra. Uz to zglobna veza daje odsustvo momenata savijanja u stubovima, pa je samim tim aksijalna nosivost stubova povećana. Kruta i zglovna veza pojasne
rešetke sa spoljašnjim stubovima
Sistem sa horizontalnim rešetkama
Ponašanje zgrade sa pojasnim rešetkama pri horizontalnom opterećenju
►Na slici su prikazane deformacije:a) sistema bez spratne rešetke,b) sistem sa jednom spratnom rešetkom na vrhu zgrade ic) sistem sa dve spratne rešetke.
Sistem sa horizontalnim rešetkama
Pomeranje vrha zgrade sa pojasnim rešetkama u zavisnosti od broja pojasnih rešetki
Sistem sa horizontalnim rešetkama
Konzolni sistemi
►U zgradama sa unutrašnjim jezgrom i dodacima u vidu konzola moguće je dopadljivo rešenje međuspratne konstrukcije, fasada i razmeštaja pregradnih zidova.
► Kod ovakvog sistema posebnu pažnju treba obratiti na ugib međuspratne konstrukcije jer usled velikog ugiba dolazi do deformacije spoja između fasadne i međuspratne konstrukcije.
Konzolni sistemi
►Na slici a dat je sistem kod koga su konzolni nosači uklješteni u jezgro.
► Visina konzolnih nosača smanjuje se prema krajevima saglasno sa oblikom dijagrama momenta savijanja.
► Oslanjanje celokupne međuspratne konstrukcije na centralno jezgro dopušta fleksibilan slobodni prostor oslobođen stubova. Nosivost međuspratne konstrukcije zavisi od veličine osnove zgrade.
► Nedostatak ovoga sistema što se za velike površine osnova dobija veliki utrošak čelika.
Konzolni sistemi
►Konzolni Virendel nosači
spratne visine upotrebljeni na svakom drugom spratu formiraju slobodni unutrašnji prostor iznad svakog nosača (slika b).
► Unutrašnji prostor Virendel nosača iskorišćen je za smeštaj instalacija, stalne opreme i manjih prostora, a potpuno slobodan, prostor iznad nosača može biti adaptiran za bilo kakav tip aktivnosti.
► Ovaj sistem daje dosta veliki utrošak čelika po m2
krovne površine.
Konzolni sistemi►Na slici c prikazan je sistem koji
predstavlja kombinaciju prethodna dva sistema.
► Između dva jezgra u svakom drugom spratu postavljena su dva Virendel nosača spratne visine sa konzolnim prepustima sa obe strane jezgra.
Ti Virendel nosači
nose na donjem i gornjem pojasupoprečne konzolne nosače (nosače međuspratne konstrukcije).
►Otvori Virendel nosača ograničavaju slobodan prostor na svakom drugom spratu, ali su zato spratovi bez Virendel nosača potpuno bez unutrašnjih stubova.
Sistemi spratnih rešetki
►Ovaj sistem je tipa višespratnih okvira formiranog od punih stubova i rešetkastih rigli spratne visine. Rešetke su raspona kraćeg pravca zgrade i oslonjene su na niz spoljašnjih stubova.
► Standardni sistem je sa spratnim rešetkama postavljenim jedna iznad druge u svakom drugom spratu (slika a).
► Međuspratna konstrukcija se oslanja na donji i gornji pojas rešetke. Slobodni prostor formiran na ovaj način je pogodan za izvesne tipove zgrada, gde su neophodne velike slobodne površine.
►Pri istom rasporedu spratnih rešetki u svim okvirima smenjuju se spratovi sa velikom slobodnom površinom i sa ograničenom korisnom površinom.
► Taj nedostatak se eliminiše pri naizmeničnom (šahovskom) rasporedu spratnih rešetki, koji osigurava na svim spratovima dosta velike slobodne površine prostorija (slika
b).
Sistemi spratnih rešetki
►Ponašanje sistema sa naizmenično postavljenim spratnim rešetkama prikazano je na slici.
► Spratne rešetke su veoma krute i slabo deformabilne, dok su relativno slabi stubovi jedini noseći element koji prima horizontalne sile između spratova. Usled toga se stubovi ponašaju slično onima u klasičnim okvirnim sistemima.
Sistemi spratnih rešetki
Deformacija sistema spratnih rešetki
Cevni sistemi
►Kod cevnih sistema fasadna konstrukcija je sposobna da primi horizontalne sile, kao zatvorena šuplja konzolna greda.
► Upotrebom ovog sistema otpada potreba postavljanja rešetkastih spregova ili armiranobetonskih dijafragmi unutar zatvorenog prostora.
► Zid cevi je formiran od stubova i fasadnih greda međusobno vezanih. Ovakva perforirana fasada daje vrlo povoljan estetski izgled zgrade.
► Krutost ovakve fasade može dalje biti povećana dodavanjem dijagonalnih spregova. Dalje povećanje krutosti može biti ostvareno dodavanjem i unutrašnje cevi ili formiranjem svežnja cevi.
Okvirni cevni sistem
Cevni sistemi
-
okvirni►Okvirni cevni sistem
se prvi
pojavio
pri primeni cevnog koncepta konstruisanja zgrada. ► U ovom sistemu spoljašnji zidovi zgrade sastoje se
od gusto postavljene
mreže stubova i greda
međusobno kruto vezanih, koji primaju sve horizontalne sile konzolnim dejstvom tako formirane
cevi.
► Unutrašnji stubovi primaju samo vertikalna opterećenja i ne doprinose krutosti cevi (slika). ► Kruta meduspratna konstrukcija deluje kao dijafragma pri rasporedu horizontalnih sila na
spoljašnje zidove
(cev).
Cevni sistemi
-
okvirni
Primer zgrade okvirnog cevnog sistema je
i World Trade Center u Njujorku (slika)
Cevni sistemi
-
okvirni
Primer zgrade okvirnog cevnog sistema je
i Standard Oil Building u Čikagu (slika)
Uticaj rešetkaste cevi na deforamciju
Cevni sistemi
-
rešetkasti
►Refetkasti cevni sistem otklanja bitnu slabost okvirnog cevnog
sistema koja se ogleda u fleksibilnosti njegovih fasadnih
(parapetnih) greda.
► Krutost cevnih sistema se znatno povećava dodavanjem dijagonalnih elemenata. Horizontalne sile
se sada primarno primaju dijagonalnim
elementima, a ne
fasadnim gredama. ► Ovakvim načinom se ostvaruje skoro
čisto
konzolno ponašanje (slika).
► Kod ovog sistema javljaju
se dva podsistema: ▪
stub-dijagonalna rešetkasta cev i
▪
čista
rešetkasta cev.
Stub -
dijagonalni rešetkasti cevni sistem
- John Hancock building u Čikagu
Cevni sistemi
-
rešetkasti
Čist rešetkasti cevni sistem
Cevni sistemi
-
rešetkasti
►Čist rešetkasti cevni sistem
formiran je tako da zatvara unutrašnji prostor samo dijagonalnim elementima, bez vertikalnih stubova (slika).
Cevni sistemi
–
cev u cev
►Sistem cev u cev je još
jedna mogućnost povećanja krutosti zgrade.
► Međuspratna konstrukcija je spojena i za spoljašnju i za unutrašnju cev, pa one deluju integralno pri prijemu horizontalnih sila.
Primer primene koncepta cev u cev na 38 -
spratnoj zgradi
Brunswick u Čikagu
Cevni sistemi
–
cev u cev
Primer primene koncepta cev u cev na 52 -
spratnoj zgradi One
Shell Plaza u Hjustonu
Sistem trostruke cevi
Cevni sistemi
–
cev u cev
Cevni sistemi
–
modularna cev (svežanj cevi)
►Sistem modularne cevi (svežanj cevi)
je primenjen kod Sears Building i Čikagu (slika) koja je sagrađena 1974. godine i tada je, sa 110 spratova i 435m visine, bila najviša zgrada na svetu!
► Svaka individualna cev je dosta kruta pa otuda može biti postavljena u bilo kakvom rasporedu, u bilo kom nivou.
►Dejstvo unutrašnjih zidova cevi, kao rebara ogromnog konzolnog nosača daje veliku otpornost sistemana horizontalne uticaje.
Cevni sistemi
–
modularna cev (svežanj cevi)
Sears Building i Čikagu
Ovešeni sistemi
►Osnovu konstruktivne šeme čini armiranobetonsko jezgro (ređe od čelika), u kome su smeštene stepenice i liftovi, i koje prihvata sva vertikalna i horizontalna opterećenja.
► Etaže su ovešene o konzolne konstrukcije, izvedene u obliku punih grednih roštilja ili ukrštenih rešetki, koje se oslanjaju na jezgro zgrade.
► Zahvaljujući zameni pritisnutih stubova, karakterističnih za klasične sisteme, vešaljkama, zgrade sa ovešanim etažama znatno su lakše od tradicionalnih višespratnih konstrukcija, imaju veću korisnu površinu, veću seizmičku otpornost, zahtevaju manji obim zemljanih radova i dozvoljavaju ostvarivanje originalnih arhitektonsko-konstruktivnih rešenja.
► Ekonomičnost se može dalje povećati upotrebom čeličnih kablova
koji imaju znatno bolje mehaničke karakteristike.
Međutim, nedostatak kablovskih sistema, aerodinamička nestabilnost i podrhtavanje jako komplikuje proračun konstrukcije, jer je stabilizacija cleokupne čelične konstrukcije odlučujući faktor. Uz to, visoka koncentracija napona u zategnutim elementima stvara probleme pri ankerovanju.
Ovešeni sistemi
►Najveću primenu u građevinskoj praksi dobili su sistemi sa armiranobetonskim jezgrima i jednim
konzolnim roštiljem, postavljenim na
vrhu jezgra (slika). ► Pri tome
se roštilj rešava ili u vidu
sistema punih greda (slika
a) ili u vidu
rešetkastih nosača
(slika
c, d, e). ► Minimalni uticaji javljaju se
u elementima roštilja (slika
e), kada je ugao
nagiba prema horizontali izmedu 30-35º.► Radi smanjenja momenta savijanja u grednim roštiljima, postavljaju se po
visini jezgra dva,
tri ili
više
roštilja, zavisno od broja etaža
(slika
b).
Delimično ovešeni i delimično oslonjeni sistemi
Ovešeni sistemi
►Takode su mogući i kombinovani sistemi, delimično ovešeni i delimitno oslonjeni na
konzolne
roštilje (slika a, b).
► Kombinovani sistemi mogu se primeniti i u
slučajevima, kada se
radi
smanjenja visine meduspratnih konstrukcija, ili radi predaje velikih opterećenja na
delovima etaža
razmak vertikalnih oslonaca usvaja 3.0-6.0 m.
Prevođenje užadi preko jezgra
Ovešeni sistemi
►Na slici je
prikazana zgrada sa kvadratnom osnovom i kvadratnim
armiranobetonskim
jezgrom.
►Jezgro se produžava i iznad
poslednjeg sprata, a užad
se
prevode preko
specijalne
konstrukcije postavljene na vrhu
armiranobetonskog jezgra.
Neke forme zgrada ovešenog tipa
Ovešeni sistemi
Mostovski sistemi
►Ovi sistemi imaju dva ili više jezgara, unutar
kojih se postavljaju stepeništa i
liftovi, a na njih se kao kod mostova sa jednim rasponom oslanjaju elementi za nošenje međuspratnih konstrukcija (pune grede, rešetke, sistem užadi i sl.).
► Međuspratne konstrukcije su ovešane o glavnu noseću horizontalnu konstrukciju na vrhu zgrade
(jaka
rešetkasta konstrukcija) sa
jednakim ili promenljivim rastojanjem vešaljki koje, po pravlu,
ne prelazi 12.0 m (slika).
Zgrade mostovskog tipa
Mostovski sistemi►Na slikama b i c data su dva kombinovana sistema, kod
kojih se pored glavne noseće horizontalne
konstrukcije i vešaljki, dodaje i izvestan broj kosih vešaljki.
► U ovim slušajevima u glavnoj nosećoj
horizontalnoj konstrukciji javljaju se
dodatne horizontalne sile
pritiska. ► Zgrada na slici
b
predstavlja Federal Reserve Bank u
Mineapolisu. Raspon ove konstrukcije mostovskog tipa je
84.0 m, sa
povezanim pojasevima.
Zgrade mostovskog tipa
►Na slici
c prikazano je i korišćenje kosih zatega kod zgrada
ovog tipa.
Mostovski sistemi
Federal Reserve Bank u Mineapolisu.
Mostovski sistemi zgrada
Mostovski sistemi
►Na slici a data je mostovska
konstrukcija sa
kosim zategama, a na slici b jedan lučni
mostovski sistem.
Kombinovani sistemi
Kombinovani sistemi
►Pri projektovanju noseće konstrukcije ne zadržava se uvek samo jedan jedinstveni statički sistem po visini, širini ili dužimi zgrade.
► Moguća je takođe primena jednog nosećeg sistema u podužnom pravcu, a drugog u poprečnom. Ovo omogućava veliki broj raznovsnih kombinacija.
Kombinovani sistemi
Kombinovani sistemi
►Na slikama a, b i c u gornjim delovima noseće konstrukcije primenjen je relativno manje krut sistem.
►Na slici d primenjena je ideja prijema sila od horizontalnog opterećenja u manjem broju čvorova koji će onda biti netipični.
Svi ostali čvorovi će biti unificirani.
Kombinovani sistemi
Okvirno-ovešeni sistem
►Na slici je
prikazana okvirna konstrukcija
sa ovešenim
etažama
studentskog doma u
Parizu.
►Konstrukcija se sastoji od
tri dvospratna čelična
okvira raspona
12.9 m. Razmak
okvira je
14.5 m. Okviri su međusobno
povezani u
ravni rigli podužnim
gredama. Etaže su pomoću šipkastih vešaljki
ovešane o rigle
okvira.
Ćelijasti sistemi
►Iz mnogobrojnih studija industrijalizacije građenja zgrada od čelika
proistekla je primena
ćelijastih
sistema.
►To su posebne
stambene ili poslovne jedinice sa gabaritima i težinama pogodnim
za transport. Pri
korišćenju ovog sistema montažni radovi na gradilištu svode se
na najmanju
moguću meru.
► U savremenoj
industrijalizovanoj izgradnji ćelijasti sistemi zgrada paseduju
specifične
karakteristike.
Jedna ćelija koja egzistira kao posebna
jedinica, zavisno od potrebe može biti
samostalna ili deo sklopa.
Ćelijasti sistemi►U okviru postojećih sistema razlikuju se tri tipa ćelija:
▪ ćelije su postavljene neposredno jedna iznad druge bez dodatnih spojeva. Donje ćelije nose
gornje. Prema tome, one moraju
biti sposobne da prime velika vertikalna opterećenja.(slika
a);▪
sistem
ima potpuno nezavisnu čeličnu ili armiranobetonsku
skeletnu konstrukciju koja
prima sve statičke uticaje. Ćelijaste jedinice postavljaju se unutar skeletne konstrukcije kao
fioke (slika
b);
▪
sistem na slici c je kombinacija prethodna dva rešenja. U ovom slučaju u međuprostor
između ćelija postavljaju se
horizontalni
i vertikalni čelični spregovi, koji omogućavaju
zajednički rad svih elemenata, a samim tim povećava se
i krutost sistema.
Ćelijasti sistemi
Ćelijasti sistemi
Neka moguća rešenja ćelijastih sistema