NOSIVE KONSTRUKCIJE II STUDIJ ARHITEKTURE

6. DJELOVANJA

METALNE KONSTRUKCIJE Prof. dr. Prof. dr. scsc. . BernardinBernardin PerošPeroš

2

SADRŽAJ:

1. Uvod2. Metali – Čelik u arhitekturi3. Metali – Proizvodnja i svojstva

3.1. Čelik3.2. Legure aluminija3.3. Ostali metali

4. Zaštita metalnih konstrukcija4.1. Korozija4.2. Požar

5. Koncept sigurnosti metalnih konstrukcija6. Djelovanja7. Postupak projektiranja konstrukcija8. Otpornost poprečnih presjeka i konstrukcijskih

elemenata – dimenzioniranje9. Skeletne čelične konstrukcije u visokogradnji10. Primjeri nosivih konstrukcija karakterističnih

arhitektonskih ostvarenja

3

6.1 PODJELA OPTEREĆENJA

Prema važećim propisima (HRN) opterećenja se dijela na:

1. GRUPA – OSNOVNA OPTEREĆENJA2. GRUPA – DOPUNSKA OPTEREĆENJA 3. GRUPA – NAROČITA OPTEREĆENJA

4

6.1.1 OSNOVNA OPTEREĆENJA (f = 1.00)

1) VERTIKALNA OPTEREĆENJA

a) Stalna opterećenjab) Pokretna opterećenja (uključujući snijeg)

2) HORIZONTALNA OPTEREĆENJA

a) Vjetar (kao samostalno opterećenje)

5

6.1.2 DOPUNSKA OPTEREĆENJA (f = 1.15)

a) Vjetar (ako ne djeluje kao samostalno opterećenje),b) Opterećenja skela i oplata betonom,c) Opterećenja privremenih konstrukcija,d) Trenje na ležajevima,e) Sile kočenja motornih vozila,f) Skupljanje i bubrenje,g) Ostala horizontalna opterećenja koja nisu

obuhvaćena 1. grupom opterećenja.

6

6.1.3 NAROČITA OPTEREĆENJA (f = 1.5)

a) Potresb) Pomak ležajevac) Pritisak ledad) Udar vozilae) Požarno opterećenje do 30 minuta

7

6.2 Reprezentativne veličine zapreminskih težina:Materijal Zapreminska težina (kN/m3)

Meko drvo – četinari 6.00

Tvrdo drvo – lišćari 8.00

Puni zidni elementi od pečene gline 16.00 – 18.00

Šuplji zidni elementi sa više od 25 % šupljina 8.20 – 13.50

Perforirani zidni elementi 11.50 – 14.50

Vapneno – silikatni zidni element 17.00

Ćerpić 16.00

Šamotni zidni elementi 18.50

Silikatni zidni elementi 18.00

Fasadni zidni elementi 18.00

Stakleni zidni elementi 8.70

Vapneni mort 12.00 – 16.00

Produžni mort 17.50 – 18.00

Cementni mort 21.00

Gipsani mort 14.00 – 18.00

Žbuka od vapna i cementa 19.00

Perlit beton 3.50 – 7.0

Plino-beton za toplinsku izolaciju 3.00 – 6.00

Beton od pijeska i šljunka 22.5 – 24.0

Pjeno-beton 6.00 – 15.00

8

6.2 Reprezentativne veličine zapreminskih težina:

Materijal Zapreminska težina (kN/m3)

Zidovi od produžnog morta i punog zidnog elementa od pečene gline15.00 – 19.00

Zidovi od šupljih zidnih elemenata 11.50 – 14.50

Asfalt 22.00

Bitumen 10.00 – 14.00

Katran 11.00 – 14.00

Keramičke pločice 24.00

Staklo 25.00

Armirano staklo 27.00

Gumeni pod 18.00

PVC podne pločice 16.00

Težina polunabijenog pijeska 18.00 – 22.00

Težina polunabijenog šljunka 16.00 – 18.00

Šperploča 7.50 – 8.50

Iverica 4.50 – 6.50

9

6.3 Reprezentativne veličine površinskih težina:

Krovovi: pokrovi s podrožnicama (rogovima) i oplatom Površinska težina (kN/m2)

Dvostruki biber crijep 0.90

Žljebnjaci (kupa kanalica) 1.10

Salonitne ploče 0.25

Valoviti lim 0.25-0.40

Zidovi zajedno s obostranom produžnom žbukom ukupne debljine 3.5 cm

Površinska težina (kN/m2)

Zid debljine 25 cm od punih zidnih elemenata 4.60

Zid debljine 25 cm od šupljih zidnih elemenata 4.00

Težina rešetki:

⎥⎦⎤

⎢⎣⎡⋅⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛ −

+= 2mkN

1001

21515g l , l - raspon u m

10

6.4 Korisna opterećenja u zgradama:

br.

Vrsta zgrada i namjena Najmanja nazivna

vrijednost opterećenja (KN/m2)

1) Stambeni prostori; spavaće sobe u dječjim vrtićima i školama; sobe za boravljenje; hotelske sobe; bolničke i sanatorijumske prostorije. 1.50

2) Kancelarijske sobe; učionice u školama i internatima; ostave; tuševi i kupatila; sanitarni prostori u industrijskim i javnim zgradama. 2.00

3) Učionice i laboratoriji u zdravstvu, školstvu i naučnim institucijama; sobe sa uređajima za obradu podataka; kuhinje u javnim zgradama; tehničke prostorije; podrumske prostrorije i sl.

2.00

4) Dvorane: a) Čitaonice (bez polica za knjige); 2.00 b) Za ručavanje (u kafeima i restoranima); 2.00 c) Konferencijske, kazališne i koncertne, sportske, plesne, čekaonice i sl.; 4.00 d) Odjeli robnih kuća (prodavaonice); 4.00 e) Izložbene. 2.50

5) Prostorije s policama za knjige (biblioteke); biroi sa policama za čuvanje dokumentacije; bine u kazalištima. 5.00

6) Gledališta: a) sa fiksiranim sjedištima; 4.00 b) bez fiksiranih sjedišta. 5.00

8)* Terase i krovovi: a) za odmor; 1.50 b) na kojima se očekuje navala ljudi koji napuštaju dvorane, kancelarije,

radionice i sl.

4.00 9)** Balkoni i lođe:

a) pojas ravnomjerno opterećene površine širine 0.8 m duž ograde; 4.00 b) jednoliko opterećenje po cijeloj površini balkona ukoliko je utjecaj tog

opterećenja nepovoljniji od onog pod a).

2.00 10) Predvorja, foajei, hodnici, stepeništa (sa prilaznim pasažima); vezuje se sa

prostorijama pod rednim brojem:

a) 1 2.50 b) 2 i 3 3.00 c) 4 i 5 4.00 d) 6 5.00

11) Platforme staničnih i peronskih prostora željeznica i podzemnih željeznica. 4.00 12 Garaže i parkirne površine za putnička i laka dostavna vozila (ne kamioni). 2.50

11

6.5 OPTEREĆENJE SNIJEGOM

Opterećenje snijegom "ps", prema važećim propisima, uzima se kao jednoliko raspodijeljeno opterećenje po krovnoj plohi. Intenzitet opterećenja ovisi o nagibu krovne plohe i dan je u slijedećoj tabeli:

nagib krova <20o 25o 30o 35o 40o 45o 50o 55o 60o >60o ps (kN/m2) 0.75 0.70 0.65 0.60 0.55 0.50 0.45 0.40 0.35 0.00

U primorskim i ostalim krajevima gdje je snijeg rijedak uzima se ps=0.35 (kN/m2), kao minimalno zamjenjujuće opterećenje.

Prema dosadašnjim saznanjima i ”Inženjerskim uzancama” opterećenje snijegom u kontinentalnim dijelovima uzima se ps=1.25 (kN/m2).

12

6.6 OPTEREĆENJE VJETROM

Veličina opterećenja koju će vjetar proizvesti na neki objekt, zavisna je uglavnom od:

- zemljopisne zone brzine vjetra,- lokalnog položaja objekta i stupnja njegove zaštićenosti od

djelovanja vjetra,- visine zgrade,- kuta koji napadne površine zgrade čine sa pravcem vjetra,- tipa konstrukcije i oblika površine izložene vjetru.

13

6.6 OPTEREĆENJE VJETROM

Ukupna sila od vjetra:AwcF 0 ⋅⋅=

Koeficjenti oblika:

± 0.30.8 0.4

0.41.2 sin - 0.4

0.40.4

0.8

0.4

0.1 0.1

14

6.6 OPTEREĆENJE VJETROM

Osnovno djelovanje vjetra (w0) određuje se u zavisnosti od zemljopisne zone, visine objekta i stupnja zaštićenosti prema slijedećoj tabeli:

Redni broj

Visina objekta nad

terenom

Stupanj zaštićenosti objekta

Djelovanje vjetra (kN/m2) za

zone (m) I III 1 zaštićen 0.30 0.55 2 do 10 m poluzaštićen 0.40 0.80 3 izložen 0.45 1.10 4 poluzaštićen 0.50 1.10 5 10 - 30 m izložen 0.60 1.30 6 30 - 60 m izložen 0.70 1.50 7 60 - 100 m izložen 0.80 1.70

15

6.7 EURONORMEENV 1991-X-X

Prema EC propisima opterećenja se dijela na:

STALNA OPTEREĆENJAPROMJENJIVA OPTEREĆENJA IZVANREDNA OPTEREĆENJA

16

STALNA OPTEREĆENJA - G

Stalna opterećenja su ona za koje se smatra da će:

- vjerojatno djelovati na konstrukciju u cijelom vijeku trajanja,- i / ili imati promjenu intenziteta ali su te promjene zanemarive u

odnosu na srednju vrijednost,- i / ili imati promjene intenziteta tijekom vremena samo u jednom

smjeru (npr. porast opterećenja), ali je ta promjena ograničene vrijednosti.

17

PROMJENJIVA OPTEREĆENJA - Q

Promjenjiva opterećenja su ona za koje je vjerojatno da će djelovati tijekom zadane proračunske situacije te da će imati promjenu intenziteta tijekom vremena.

Za te promjene se pretpostavlja da nisu monotone i zanemarive u odnosu na srednju vrijednost.

18

IZVANREDNA OPTEREĆENJA - A

Izvanredna opterećenja su općenito kratkog vremena trajanja, a vjerojatnost njihovog nastupanja u planiranom vijeku trajanja jemala.

19

6.7.1 STALNA OPTEREĆENJA

a) Vlastita težina konstrukcije,b) Težina nadgradnje uključujući bilo koju stalnu

oblogu ili učvršćenja,c) Sile od djelovanja pritiska tla, koje nastaju od

težine tla,d) Deformacije uslijed načina izgradnje konstrukcije,e) Sile uslijed pritiska vode,f) Sile nastale uslijed slijeganja ležajeva,g) Sile prednapinjanja.

20

6.7.2 PROMJENJIVA OPTEREĆENJA

a) Opterećenja uslijed aktivnog i pasivnog korištenja objekta,

b) Pojedini dijelovi težine konstrukcije koji djeluju samo u pojedinim fazama izgradnje,

c) Montažna opterećenja,d) Opterećenja vjetrom,e) Opterećenja snijegom,f) Opterećenja ledom,g) Posljedice promjenjive razine površine vode, ako

je to potrebno,h) Promjena temperature,i) Opterećenje valovima,

21

6.7.3 IZVANREDNA OPTEREĆENJA

a) Sudari,b) Eksplozije,c) Slijeganje i klizanje terena,d) Tornado,e) Potresi,f) Požar,g) Ekstremna erozija.

22

6.8 Korisna opterećenja u zgradama:Kategor

ijaProstor EC1

qk (kN/m2)Qk (kN)

- sobe 2.0 2.0

- stubišta 3.0 2.0

- balkoni 4.0 2.0

B - uredski prostori 3.0 2.0

C1 – prostorije sa stolovima u školama, kavanama, restoranima, blagovaonicama, knjižnicama, recepcijama

3.0 4.0

C2 – prostorije s nepomičnim stolcima u crkvama, kazalištima ili kinima, sobe za sastanke, dvorane za predavanja, čekaonice

4.0 4.0

C3 – prostorije bez prepreka za kretanje ljudi u muzejima, izložbenim prostorima, pristupi u javnim i administrativnim zgradama, hotelima i sl.

5.0 4.0

C4– športske prostorije i prostori za igru npr. plesne dvorane, gimnastičke dvorane, pozornice i sl.

5.0 7.0

C5– prostorije za velika okupljanja ljudi, zgrade za javne priredbe, koncertne dvorane, športske dvorane s gledalištem, terase.

5.0 4.0

D1 – prostorije u trgovinama 5.0 4.0

D2 – prostorije u robnim kućama i trgovinama na veliko, papirnicama 5.0 7.0

E E - skladišta uključujući knjižnice 6.0 7.0

D

C

A

23

6.9 OPTEREĆENJE SNIJEGOM – ENV 1991-2-3

Opterećenje snijegom ovisno o razmještaju:

a) Opterećenja snijegom na krovovima,

b) Snijeg što visi preko ruba krova,

c) Opterećenja snijegom na snjegobranima i zaprekama,d) Opterećenja snijegom na mostovima.

24

OPTEREĆENJE SNIJEGOM NA KROVOVIMAOpterećenje snijegom na krovu određuje se iz:

2j e t ks = C C s kN / mµ ⎡ ⎤⎣ ⎦

- toplinski koeficijent koji obično ima vrijednost 1.0tC

- koeficijent oblika za opterećenje snijegomjµ- karakteristična vrijednost opterećenja na tluks- koeficijent izloženosti koji obično ima vrijednost 1.0eC

25

6.9.1 SNIJEG ŠTO VISI PREKO RUBA KROVA

Opterećenje djeluje na rubu krova, a izračunava se iz:

[ ]2 2e i ks = k s / kN / mµ γ

- prostorna težina snijega čija se proračunska vrijednost usvojiti kao 3 kN/m3

γ

- koeficijent oblika za opterećenje snijegom primjeren krovuiµ- karakteristična vrijednost opterećenja na tluks

- koeficijent kojim se uzima nepravilan oblik snijega i koji iznosi od 0.0 do 2.5 ovisno o klimi i gradivu pokrova

k

26

6.9.2 OPTEREĆENJA SNIJEGOM NA SNJEGOBRANIMA I ZAPREKAMA

Opterećenje djeluje na snjegobranima i zaprekama, a izračunava se iz:

[ ]s i kF = s bsin kN / mµ α

- nagib krova, mjeren od horizontale [°]α

- koeficijent oblika za opterećenje snijegom primjeren krovuiµ- karakteristična vrijednost opterećenja na tluks- tlocrtna udaljenost od snjegobrana ili zapreke do sljemena [m]b

27

6.9.3 OPTEREĆENJA SNIJEGOM NA MOSTOVIMA

Opterećenje snijegom za natkrivene mostove određuje se postupkom jednakim onom za zgrade.

Za pokretne mostove nesimetrična se raspodjela mora odrediti u projektnim zadacima.

Kad to zahtijevaju klimatski uvjeti i trajanje građenja, opterećenje snijegom treba uzeti za provjeru statičke nosivosti.

28

6.10 OPTEREĆENJE VJETROM - ENV 1991-2-4

Određivanje opterećenja vjetrom moguće je uz pomoć 2 metode:

- jednostavna metoda – za konstrukcije neosjetljive na dinamičko djelovanje vjetra,

- detaljna metoda – za konstrukcije osjetljive na dinamičko djelovanje vjetra.

29

6.10.1 JEDNOSTAVNA METODA

Opterećenje vjetrom je kvazistatički pritisak koji djeluje okomito na površinu građevine, osim u posebnim okolnostima npr. tangencijalne sile trenja na ravnu površinu.Pritisak vjetra na vanjske površine we, te pritisak vjetra na unutarnje površine wi računa se po izrazima:

( ) 2e ref e e pew = q c z c kN / m⎡ ⎤⎣ ⎦

( ) 2i ref e i piw = q c z c kN / m⎡ ⎤⎣ ⎦

- referentni pritisak srednje brzine vjetrarefq

- koeficijent izloženosti kojim se uzimaju u obzir neravnine terena

( ) ( )e e e ic z ; c z

- referentna visinae iz ; z- vanjski i unutarnji koeficijent pritiskap e pic ; c

30

6.10.1 JEDNOSTAVNA METODA

REFERENTNI PRITISAK SREDNJE BRZINE VJETRA određuje se izrazom:

2 2ref refq v kN / m

2ρ ⎡ ⎤= ⎣ ⎦

- referentna brzina vjetrarefv- gustoća zrakaρ

REFERENTNA BRZINA VJETRA dana je izrazom:

ref DIR TEM ALT ref ,0v c c c v=

- koeficijent smjera vjetraDIRc- koeficijent ovisan o godišnjem dobuTEMc- koeficijent nadmorske visineALTc- osnovna referentna brzina vjetraref,0v

31