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

© M. Siewczyńska

Rodzaje konstrukcji

Murowe

Żelbetowe

Stalowe

Drewniane

© M. Siewczyńska

Konstrukcje stalowe

© M. Siewczyńska

Budownictwo:

Przemysłowe

Ogólne

Komunikacyjne

specjalne

Konstrukcje stalowe - przemysłowe

© M. Siewczyńska

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

© M. Siewczyńska

Współczesne wiatraki

© M. Siewczyńska

Rury

© M. Siewczyńska

Obiekty przemysłowe

© M. Siewczyńska

Konstrukcje stalowe - ogólne

© M. Siewczyńska

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

© M. Siewczyńska

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

© M. Siewczyńska

Wrażliwość na:

Korozję

Temperatury pożarowe

Zmęczenie dynamiczne

Budownictwo mieszkaniowe

© M. Siewczyńska

Strop Kleina

Strop z płytą żelbetową na belkach stalowych

Belka zespolona

Budownictwo mieszkaniowe

© M. Siewczyńska

Podciągi z dwuteowników – mniejsza wysokość niż

żelbetowych, szybszy montaż

Stalowe wiązary kratowe w konstrukcjach dachów

Balkony i schody

© M. Siewczyńska

Stropy stalowe - zespolone

© M. Siewczyńska

Stropy stalowe - zespolone

© M. Siewczyńska

Lekkie konstrukcje stalowe

© M. Siewczyńska

Budynki mieszkalne

Profile cienkościenne

Większa sztywność i trwałość w porównaniu z

drewnianymi

Ściana zewnętrzna

© M. Siewczyńska

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

© M. Siewczyńska

© M. Siewczyńska

Współpraca blachy i betonu

Połączenia w poziomie stropu

Połączenia

© M. Siewczyńska

Połączenia

© M. Siewczyńska

Połączenia

Spawane

Skręcane

Nitowane

© M. Siewczyńska

Połączenia

© M. Siewczyńska

Połączenia

© M. Siewczyńska

Stalowe konstrukcje hal

© M. Siewczyńska

Jedno- lub wielonawowe

Duże rozpiętości

Brak podpór pośrednich

Stalowe konstrukcje hal

© M. Siewczyńska

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

© M. Siewczyńska

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

© M. Siewczyńska

Stalowe konstrukcje hal

© M. Siewczyńska

Stalowe konstrukcje hal

© M. Siewczyńska

Dach bezpłatwiowy

Stalowe konstrukcje hal

© M. Siewczyńska

Stężenia zabezpieczają główne układy nośne hali i konstrukcję dachu w trakcie montażu i eksploatacji

Zapewniają geometryczną niezmienność i przestrzenną pracę konstrukcji

Stężenia konstrukcji stalowej

© M. Siewczyńska

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

© M. Siewczyńska

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

© M. Siewczyńska

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

© M. Siewczyńska

Ściany szczytowej – zapewniają sztywność układu

poprzecznego hali

Lekkie konstrukcje stalowe

© M. Siewczyńska

Lekkie konstrukcje stalowe

© M. Siewczyńska

Lekkie konstrukcje stalowe

© M. Siewczyńska

Elewacje

© M. Siewczyńska

Prowadzenie instalacji

© M. Siewczyńska

Konstrukcja dachu dworca w Kioto

© M. Siewczyńska

Przekrycia strukturalne

© M. Siewczyńska

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

© M. Siewczyńska

Stalowe budynki wysokie i wysokościowe

Wzrost wysokości budynku powoduje:

Wzrost obciążenia pionowego – proporcjonalny do

wysokości

Wzrost obciążenia wiatrem – proporcjonalny do

kwadratu wysokości

© M. Siewczyńska

Stalowe budynki wysokie i wysokościowe

© M. Siewczyńska

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

© M. Siewczyńska

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

© M. Siewczyńska

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

© M. Siewczyńska

Ustrój powłokowy:

Ramowy

Ramowy skratowany

Dwupowłokowy

Siatka prostokątna

Siatka diagonalna

Siatka mieszana

Kratownica

© M. Siewczyńska

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

© M. Siewczyńska

Zalety:

Lekkie

Sztywne

Ekonomiczne

Łatwość nadawania różnych kształtów

Duże rozpiętości

Duże zróżnicowanie nośności

Dachy kratowe

© M. Siewczyńska

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

© M. Siewczyńska

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

© M. Siewczyńska

Płaskie

Przestrzenne

Symetryczne

Kołowe

Niesymetryczne

Bezwęzłowe

Wielowęzłowe

Siatkowe

Ustrój cięgnowy

© M. Siewczyńska

Płaskie układy – pojedyncze cięgna swobodnie

zwisające + balastujące pokrycie dachu

Po ułożeniu pokrycia cięgno może być sprężone

Układ cięgna nośnego i napinającego

Ustrój cięgnowy

© M. Siewczyńska

Kopuła

© M. Siewczyńska

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

© M. Siewczyńska

Kopuła geodezyjna – siatkowa o ruszcie

trzykierunkowym – mogą być oparte na rzucie

innym niż kołowy

Znacznie efektywniejsze od klasycznych

Powłoka

© M. Siewczyńska

Jednokrzywiznowa

Obrotowa stożkowa

Jedno- dwu- lub wielokrzywiznowa

Powłoka

© M. Siewczyńska

Powłoki

© M. Siewczyńska

Kopuły i powłoki

© M. Siewczyńska

Kopuły wykonuje się z profili otwartych i

zamkniętych

Kopuły geodezyjne – przekroje zamknięte (rury)

Najkorzystniej jest gdy powłokę można wykonać z

powtarzalnych segmentów

Ochrona przeciwpożarowa

© M. Siewczyńska

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

© M. Siewczyńska

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

© M. Siewczyńska

Sposoby zabezpieczenia ogniochronnego:

Chłodzenie – kosztowna instalacja

Spryskiwacze

Przepływ wody wewnątrz konstrukcji

Izolowanie

Grupowe oddzielenie od bezpośrednich stref

pożarowych

Zabezpieczenie pojedynczych elementów

Ochrona przeciwpożarowa

© M. Siewczyńska

Zabezpieczenia bezpośrednie:

Środki aktywne termicznie

powłoki pęczniejące i absorpcyjne

Środki pasywne termicznie

Masy natryskowe

Okładziny płytowe

Zabezpieczenia hybrydowe

Ochrona przeciwpożarowa

© M. Siewczyńska

Zastosowanie konstrukcji zespolonej stalowo-

betonowej

Korozja

© M. Siewczyńska

Korozja metali – niszczenie wskutek chemicznego lub elektrochemicznego oddziaływania:

Wody

Temperatury

Tlenki siarki

Tlenki azotu

Dwutlenek węgla

Sadza

Pyły węglowe

Ochrona przeciwkorozyjna

© M. Siewczyńska

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

© M. Siewczyńska

Powłoki ochronne:

Metalowe

Izolujące

ekranujące

Nieorganiczne

Emalie tlenkowe

Emalie fosforanowe

Emalie chromianowe

Organiczne

Smary

Gleje

Polimery

Powłoki lakierowe