Primjer projektiranja

7.Postupak projektiranjakonstrukcija

METALNE KONSTRUKCIJE Prof. dr. sc. Bernardin Peroš

NOSIVE KONSTRUKCIJE II STUDIJ ARHITEKTURE

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 – dimenzioniranje 9. Skeletne čelične konstrukcije u visokogradnji10. Primjeri nosivih konstrukcija karakterističnih

arhitektonskih ostvarenja

3

"...Projektiranje je mješavina umijeća i znanostikoju kombinira iskusni inženjerski intuitivni osjećaj

za ponašanje konstrukcija sa zdravim znanjimanačela statike, dinamike, mehanike materijala i

proračuna konstrukcija da bi se polučila sigurna i ekonomična konstrukcija koja će služiti

namijenjenoj svrsi..."

C.G. Salmon, J.E Johnson, Steel Structures - Design and Behavior, 1980.

4

7.1. Načela projektiranja

minimalna cijena koštanja

minimalna težina konstrukcije

Projektiranje – optimalno rješenje plana građevine

Kriteriji vrednovanja:

5


minimalno vrijeme građenja

minimalni utrošak rada

minimalna cijena izrade vlasnikovihproizvoda

maksimalna učinkovitost radavlasnika, itd.

6


optimalizacija kriterija

Ako se kriterij može izraziti matematički

funkcija cilja (objective function)

7

7.2. Kako pristupiti projektnomzadatku

predvidjeti odgovarajuće radne površine

predvidjeti ventilaciju i ostale instalacije

riješiti odgovarajuće uređaje za transport (dizala, stepenice, kranove, itd.)

Funkcionalno projektiranje(functional design)

8


predvidjeti odgovarajuće osvjetljenje

osigurati arhitektonsku atraktivnost

riješiti puteve evakuacije u slučaju požara

riješiti probleme akustike i prolaza topline(građevinska fizika)

uklopiti građevinu u okoliš, itd.

9

Konstrukcijsko projektiranje(structural framework design)


1) Planiranje (planning)

2) Preliminarni oblik građevine (preliminary structural configuration)

3) Utvrđivanje djelovanja (establishment of actions)

10


4) Preliminarni odabir elemenata (preliminary member selection)

5) Proračun (analysis)

6) Vrednovanje (evaluation)

7) Konačno projektiranje (redesign)

8) Završna odluka (final decision)

11

Namjena građevine – cilj projektnog zadatka


1) PLANIRANJE

12


Namjena građevine – cilj projektnog zadatka1) PLANIRANJE

13


Faza planiranja – plan korištenja1) PLANIRANJE

14


Posebni zahtjevi akustike za

različite volumene

Vertikalna ovisnost između

volumena

Odvajanje volumena radi

požara

Definiranje volumena radi gabarita krana

Oblik građevine – osnovni volumen prostora2) PRELIMINARNI OBLIK GRAĐEVINE

Posebni zahtjevi

akustike za određene volumene

Vertikalna ovisnost između

volumena

Odvajanje volumena radi

požara

Definiranje volumena radi gabarita krana

15

Uobičajen zid od opeke, debljine 100 mm, težak je = (gustoća, [masa/m3]) x (debljina) x (gravitacijskoubrzanje, g) = 2000 x 0,1 x 9,81/1000 = 1,96 kN/m2

Jak udarac vjetra, približno 0,7 - 0,9 kN naodraslog čovjeka

Ragbijaš = 102 kg = približno 1,0 kN


Pojam djelovanja3) ODREĐIVANJE DJELOVANJA

16


HE 140 A profil teži 25 kg/m.Može li snažan čovjek nositi profilduljine 6 - 8 m?

1000 litara vode = 1m3 (1000 kg), teško je 9,81 kN

Betonska ploča debljine 100 mm = 2400 x 0,1 x 9,81/1000 = 2,35 kN/m2


17

7,002,40Knjižnica

3,605,00Sportskadvorana

2,703,00Učionica

11,401,50Stambeni

Koncentriranoopterećenje po

0,3 m2 [kN]

Jednolikoopterećenje

[kN/m2]

Namjenaprostora



18


Intenzitetpremalokaciji

Veličinapremalokaciji


19


Slika 7.2.1. Djelovanja na konstrukciju

Prema normama EC 13) ODREĐIVANJE DJELOVANJA

20


Slika 7.2.2. Koncept prijenosa opterećenja- tlačni element

4) PRELIMINARNI ODABIR ELEMENATAtlačni elementi

21


Slika 7.2.3. Konceptprijenosaopterećenja -vlačni element

vlačni elementi4) PRELIMINARNI ODABIR ELEMENATA

22

Slika 7.2.4. Koncept prijenosa opterećenja -rešetke, kombinacija vlačnih i tlačnih elemenata


tlak - vlak4) PRELIMINARNI ODABIR ELEMENATA

23


savijanje4) PRELIMINARNI ODABIR ELEMENATA

Slika 7.2.5. Koncept prijenosa opterećenja -savijanje

24


Slika 7.2.6. Koncept prijenosa opterećenja -savijanje

savijanje4) PRELIMINARNI ODABIR ELEMENATA

25


Slika 7.2.7. 2D sustavi pod vertikalnimopterećenjem

savijanje i uzdužne sile4) PRELIMINARNI ODABIR ELEMENATA

26


Slika 7.2.8. Logičan razvoj glavnog nosivog poprečnog sustava

2D sustavi otporni na horizontalna djelovanja4) PRELIMINARNI ODABIR ELEMENATA

27


Slika 7.2.9. Stupovi koji djeluju kao konzole nad temeljem


28


Slika 7.2.10. Okviri


29


Slika 7.2.11. Dijagonalni vezovi


15 - 45Prostorni sustavi i ljuske

12 - 1515 - 1818 - 21

Rešetke: Teško opterećenjeSrednje opterećenjeLagano opterećenje

< 20Vrućevaljani profili

L/hPribližne vrijednosti


Slika 7.2.12. Preliminarno određivanje dimenzija elemenata i sustava

4) PRELIMINARNI ODABIR ELEMENATA –GRANIČNO STANJE UPORABLJIVOSTI

31


Tablica 7.2.1.

32


Tablica 7.2.1. Ravninski rešetkasti nosači

33


Tablica 7.2.2.

34


Tablica 7.2.2. Prostorni štapni sustavi

35


Tablica 7.2.3.

36


Tablica 7.2.3. Prostorni sustavi

37


Slika 7.2.13. Model konstrukcije 3D razlaže se na konstrukcijske elemente 2D

Modeli 3D i 2D 5) PRORAČUN

38


6) VREDNOVANJE

Da li su udovoljeni svi uvjeti?

Da li je rješenje optimalno?

39


Slika 7.2.14. Iterativnipostupak kodprojektiranja

Mogućnost promjene rješenja

7) KONAČNO PROJEKTIRANJE


VREDN.ULAZNIH

PARAMETARA

ODABIR NOSIVOGSUSTAVA

ODREĐIVANJEDJELOVANJA OBLIKOVANJE

PLANIRANJE

NAMJ. GRAĐ.CILJ

ZAVRŠNAODLUKAPROJEKT

ProjektProjekt

Projekt je gotov – daje se svim učesnicima gradnje

8) ZAVRŠNA ODLUKA

41

7.3. Princip modularnogprojektiranja

Marcus Vitruvius Pollio:

"Treba graditi korisno, sigurno i lijepo."

42


Slika 7.3.1. Djeljivost(razlaganje) modula600 mm

43


Slika 7.3.2. Prostorniraster

44


Slika 7.3.3. Shemarastera glavne (R1) i sekundarne (R2)konstrukcije

n3M

v2

n1M

v1

v3

n2M

R1 R1

R1

R1

R2 R2

R2

R2

R2

45


Slika 7.3.4. Projektiranje višekatne zgrade -armiranobetonski skelet

46

7.4. Varijacije tlocrta i nosivi sustavi

Slika 7.4.1. Usporedba pravokutnog i kvadratnog tlocrta građevine

47


Slika 7.4.2. Kompozicija oblika

48


Slika 7.4.3. Slaganje volumena različitihveličina

49

7.4. Varijacije tlocrta i nosivi sustavi- PRIMJERI ČELIČNIH NOSIVIH SUSTAVA

Sustavi stupova koji prolaze kroz cijelu visinu zgrade:

1 Po pravilu se opterećenja najkraćim putem prenose sustavom stupova koji prolaze kroz cijelu visinu zgrade. To je najekonomičniji oblik nosive konstrukcije.

2 Na statički sustav nema kod skeletnih konstrukcija , naravno, nikakvog utjecaja ako vanjski zidovi ne stoje jedan iznad drugoga

Oslanjanje stupova3 Kada su katna polja poduprta u

svojim uglovima

50

7.4. Varijacije tlocrta i nosivi sustavi - PRIMJERI ČELIČNIH NOSIVIH SUSTAVA

4 Zahtjeva se gust raspored vanjskih stupova u gornjim katovima, a široko razmaknut raspored u prizemlju.

Prepušteni katovi5 Kada katna polja nisu poduprta u

svojim uglovima

Obješene zgrade6 Kod obješenih zgrada se

ostvaruje

51


Stupovi na ivici zgrade7 Kada prizemlje ostaje slobodno

od supova, a zgrada treba stati samo na svojim vanjskim stupovima

Mostovske zgrade8 Opterećenje zgrade se prenosi na

daleko razmaknute čvrste točke

52


Kosi stupovi9 Kosi stupovi trebaju biti bočno

poduprti

Zgrade sa vanjskim rešetkama10 Rešetka je tipičan oblik nosivog

sustava čeličnih konstrukcija. Izvana vidljive rešetke utječu na opći izgled zgrade

Zgrade ukrućene betonskom jezgrom11 Čelični skelet se često

ekonomično ukrućuje betonskom jezgrom. Način građenja određuje i arhitekturu, ako je jezgra vidljiva izvana

Cjevasta kuća12 Visoke zgrade se efikasno

ukrućuju na način da se vanjski zidovi formiraju kao kruta platna i povezuju u krutu cijev

53

7.4. Varijacije tlocrta i nosivi sustavi - OSLANJANJE STUPOVA

Opterećenja stupova se po pravilu sprovode u neprekinutoj linijivertikalno na temeljno tlo. Prekidanje toka sila i njegovo bočno vođenje pomoću ležajnih nosača je -većinom vrlo rasipnički –izuzetak.

U većini slučajeva je skretanje sila nezgodno rješenje, pa je toupravo znak lošeg usklađivanja između projekta zgrade i koncepcije nosive konstrukcije. Za slučajeve gdje je ovakva mjera neizbježna, skicirane su neke mogućnosti rješenja:

1 Ovo može biti dominantna arhitektonska koncepcija, npr. kada zgrada – podignuta od zemlje – treba lebdjeti na teškom roštilju oslonjenom na mali broj povučenih stupova.

2 Nema problema za oslanjanje lakog krovnog stupa na podvlaci, kada se u potkrovlju treba stvoriti veća prostorija bez stupova

3 Već je teže oslanjanje stupa visoke zgrade, kada on u gornjim katovima ima drugačiji položaj nego u donjim. To se najbolje izvodi pomoću rešetkastog nosača visine kata.

4 Oslanjanje teško opterećenih unutrašnjih stupova u prizemlju iziskuje velike troškove i visok, težak oslanjajući nosač. I ovdje se najviše predviđaju rešetkasti nosači visine kata, u koliko todopušta korištenje zgrade

54

7.4. Varijacije tlocrta i nosivi sustavi - OSLANJANJE STUPOVA

8

Povlačenje stupova prizemlja5 u gornjim katovima stupovi stoje na

nosivom zidu. U prizemlju oni slijede fasadu prizemlja koja se povlači. Stupove gornjih katova oslanjaju iznad prizemlja teški nosači koji prolaze poprečno ispod čitave zgrade.

Veći razmaci između stupova u prizemlju 6 Gornji katovi imaju gusto raspoređene vanjske stupove. U prizemlju je potreban veći razmak između stupova. Stupovi gornjih katova oslanjaju se visokim nosačem. Ovaj –većinom pun oslanjajući nosač treba biti naglašen u formiranju fasade kako bi se izbjegao dojam da gornji stupovi nemaju siguran oslonac

7 Oslanjajući nosači mogu biti formirani kao rešetkasti nosači visine kata (tehnički kat), jedan ekonomičan način da se premoste veliki razmaci između stupova.

8 Ako se oslanjajući nosač visine kata može smjestiti samo u jednom od gornjih katova, tada međustupovi postaju vješalice, pa glavni stupovi, koji idu do temeljnog tla, moraju prenijeti sva opterećenja.

5

6

55

7.4. Varijacije tlocrta i nosivi sustavi - KONZOLNE PODNE KONSTRUKCIJE

Mali prepusti nosive katne konstrukcije nastaju uvijek kada vanjski stup stoji na izvjesnom razmaku iza vanjskog zida.

1 Kod kratkog prepusta, sama katnu ploča je prepuštena iznad ivične podvlake. Fasada se može objesiti o stup, ili se oslanjati na katnu ploču.

2 Ako su stupovi više povučeni, moraju i ležajni katni nosači biti prepušteni. Konstrukcija fasade se obično oslanja na katove.

3 Zgrada koja ima samo unutrašnje stupove i čiji su katovi daleko prepušteni, pruža svu slobodu u oblikovanju vanjskog zida i u raspoređivanju pregradnih zidova. Pri tome se mora uzeti u obzir maksimalni progib kata i time nastalo pomicanje između vanjskog zida i kata.

56

7.4. Varijacije tlocrta i nosivi sustavi - KONZOLNE PODNE KONSTRUKCIJE

4 Nosiva konstrukcija sastoji se od poprečnih okvira čije prečke imaju velike prepuste. Suglasno vanjskom opterećenju smanjuju se visine konzolnih nosača na krajevima. Vanjski zid je obješen na visokim i krutim rešetkastim nosačima iznad krova. Stoga on ne sudjeluje u deformaciji katnih ploča za različita opterećenja. Njegovo vezivanje za katove zahtjeva brižljivu obradu, kako bi se sačuvala mogućnost pomicanja, a usprkos tome spriječio i prolaz zvuka.

5 Podvlake sa zarubljenim poprečnim presjekom su prepuštene s obje strane 4 ugaona stupa jezgra zgrade, i to, da bi se izbjeglo probijanje prepuštenih nosača, naizmjenično u jednom i drugom pravcu. Dva kata čine jednu konstrukcijsku jedinicu, jer su ivični nosači na neoslonjenim stranama oslonjeni na donje parove nosača ili su obješeni o gornje. Donji pojasevi prepuštenih nosača su zbog ojačanja i zbog smanjenja maksimalnog progiba obloženi betonom.

57

7.4. Varijacije tlocrta i nosivi sustavi - OBJEŠENE ZGRADE

2

1

Kod obješenih zgrada sva opterećenja se prenose preko jezgre zgrade. Jezgra se sastoji od čelične konstrukcije, ili betona (klizna oplata). Vanjska katna opterećenja vode se vješalicama prema gore i preko teških prepuštenih nosača prenose na jezgru. Tako u prizemlju nastaju vanjske zone bez stupova. Uske vješalice se lako mogu uključiti u konstrukciju vanjskog zida.

1 Četiri skroz prolazna u kvadratu raspoređena stupa formiraju zajedno sa glavnim nosačima katova četverostrani sustav katnih okvira. - Zgrada laboratorija u Hajdelbergu.

2 Kvadratna osnova. Teški čelični stupovi u u uglovima jezgre. Primanje vjetra katnim okvirima između stupova jezgre. - Upravna zgrada Alpine Montan u Leobenu.

58

7.4. Varijacije tlocrta i nosivi sustavi - OBJEŠENE ZGRADE

3 Obješena zgrada sa kvadratnom osnovom i kvadratnom betonskom jezgrom. - Kancelarijske zgrade, Vancouver.

3

59

7.4. Varijacije tlocrta i nosivi sustavi - OKVIRNE ZGRADE

Okvirne zgrade nemaju unutrašnje stupove. Sva opterećenja se dovode vješalicama dovode teških okvirnih prečki. Opterećenje od vjetra prihvaća se krutošću okvira.

1 Tri okvira imaju sandučasti presjek. Oni u dvije ravnine nose sandučastepoduže nosače između kojih su smješteni poprečni nosači na kojima su vješalicama obješeni katni nosači četiri kata. - Iranski paviljon Sveučilišnog grada u Parizu.

2 Prostor između komunikacijskih tornjeva ima samo vanjske stupove. Katni nosači koji su postavljeni između na rasponu 16,25 m vezani su po parovima sa rešetkastim nosačima visini kata. Oni sa vanjskim stupovima formiraju vertikalne okvire za poprečno ukrućenje zgrade. Ostala ukrućenja vertikalnim rešetkama u tornjevima. -Hotel Radisson South u Mineapolisu.

2

1

60

7.4. Varijacije tlocrta i nosivi sustavi - MOSTOVSKE ZGRADE

1 Visoka škola umjetnosti u Pasadeni/SAD je zgrada duga 263 m koja premošćuje jednu dolinu mostovskognosivom konstrukcijom raspona 58 m.

2 Mostovska zgrada je raspona 84 m. Opterećenje 12 katova donjeg, do sada izvedenog dijela nose, pomoću vješalica, dva rešetkasta nosača visine 8,5 m i dva viseća pojasa od I-profila. - Federalna rezervna banka u Mineapolisu/SAD.

3 Dvoetažna mostovska zgrada koja stoji na četiri stupa, kao proširenje iznad jedne postojeće zgrade. -Nadgradnja Češkog parlamenta u Pragu.

2

1

3

61

7.4. Varijacije tlocrta - stupovi- STUPOVI U OBLIKOVANJU ZGRADE

Proces projektiranja: - Čim je usvojena ideja o projektu zgrade u izabran nosivi sustav, slijedeći zadatak u procesu projektiranja je

razrađivanje alternativa o rasporedu stupova. Jer, raspored stupova skeletne konstrukcije djeluje povratno na strukturu nosive konstrukcije, a time i na koncepciju cijele građevine. - Svaki građevinski materijal ima pri tome svoje osobne zakone- Ovo poglavlje treba projektantu dati ideje, pružiti pomoć, dati spisak na što treba obratiti pažnju, da se daju

kriteriji za uspoređivanje alternativa.

Stupovi kao sredstvo oblikovanja:- Dijelovi nosivog sustava različito doprinose oblikovanju zgrade.

- Nosiva međukatna konstrukcije je u općem slučaju sakrivena između poda i plafona. I sistem za ukrućenje često nije površnom posmatraču prepoznatljiv, naročito ako stupovi služe kao stupovi za ukrućenje.- Ipak, stupovi su najčešće vidljivi i predstavljaju važno sredstvo oblikovanja. Pri tome stupovi koji se nalaze

u okviru fasade (vanjski stupovi)imaju za oblikovanje mnogo veći značaj nego stupovi u unutrašnjosti zgrade (unutrašnji stupovi).

Stupovi u unutrašnjosti zgrade:- U halama za prijeme kod visokih zgrada njihove snažne dimenzije ukazuju na veličinu opterećenja zgrade

koja leži na njima. Često oni djeluju zbunjujuće i kod manjih prostorija, naročito stupovi u blizini prozora, kod velikih prostorija su unutrašnji stupovi, kada kvare slobodan pogled i nesmetano korištenje.

62

7.4. Varijacije tlocrta - stupovi- STUPOVI U OBLIKOVANJU ZGRADE

Stupovi u vanjskoj arhitekturi:1 Kada u oblikovanju zgrade dominira sprijeda obješena fasada, stupovi kao element oblikovanja se ne

pojavljuju.2 Stupovi mogu kod izgradnje vanjskog zida postati važno sredstvo oblikovanja i dati fasadi snažno

vertikalno raščlanjivanje.3 Oni postaju karakteristika projekta, ako su izbačeni daleko ispred fasade ili čak da kao okvirna

konstrukcija vidljivo nose zgradu.4 Široko razmaknuti, snažni stupovi visokih zgrada pokazuju skupljenu silu velikog opterećenja.

5 Blisko raspoređeni, tanki stupovi daju fasadi izgled prozirne filigranske mreže.

Stupovi u uglovima:6 kod čeličnih konstrukcija često se kod uglova zgrade javljaju problemi oblikovanja, jer su čelične

konstrukcije u osnovi jedan određeni način izgradnje, a stupovi uzdužnih i poprečnih strana imaju različite funkcije i dimenzije.

63

7.4. Varijacije tlocrta – raspored stupova- KATNO POLJE I RASTER STUPOVA

Stupovi neke zgrade se u općem slučaju redaju po nekom rasternom sustavu. U rasternom polju stupova nalazi se jedno ili više katnih polja. Treba se utvrditi koja konstrukcijska načela daju iz svojstava čeličnog skeleta optimalne odnose raspona katnih polja i rastera stupova.

Kvadratna betonska ploča:1 Najjednostavniji oblik nosive katne konstrukcije je

masivna, neraščlanjena betonska ploča.

Pravokutno polje čeličnih nosača:2 Čelična nosiva katna konstrukcija sastoji se od gornje

ploče i ležajnih nosača. Za čelične skeletne konstrukcije je karakteristično da katni nosači kao prefabricirani linijski elementi daju jednoznačni pravac nošenja pa se pločasti katni elementi podupiru ne četverostrano, već dvostrano. Težina katne ploče treba biti što je moguće manja.

Kvadratni raster supova:3 Kod betonskih konstrukcija daje se prednost

kvadratnom rasteru, tako da se dobivaju kvadratna katna polja.

4 Kod čeličnih skeletnih konstrukcija moguć je isti raspored stupova. Pri tome se kvadratna katna polja dijele na izdužene elemente kata.

64

Pravokutni raster stupova kod čeličnih konstrukcija:5 Kod čeličnih konstrukcija katni nosači mogu sa malim povećanjem troškova dobiti veći raspon. Tada na slobodnoj površini kata ima samo malo stupova. Do optimalnih konstrukcija se dolazi kada lako opterećeni nosači ploče (nosači 1. reda), koji su najčešće spregnuti nosači, imaju veće raspone nego teško opterećene podvlake (nosači 2. reda).6 Visoka čvrstoća čelika omogućuje vrlo vitke stupove. Ta je prednost u okviru vanjskog zida. Poprečni presjek stupova postaje naročito mali, kada su oni postavljeni tako gusto da

njihov međusobni razmak odgovara rasponu katne ploče.

Odstupanja u rasternoj podjeli:Podjela katnih nosača ne mora se poklapati sa podjelom stupova.

7 Kod ovog primjera nalazi se svaki treći katni nosač sa podjelom stupova.8 Osi katnih nosača mogu se također i pomaknuti izvan osi stupova. Kod toga se dobiva prednost da pored stupova preostaje prostor za vertikalne instalacijske šahte i da se kod čeličnog skeleta dobivaju konstrukcijska pojednostavljenja.

Trokutasti raster stupova:9 Stupovi ne moraju biti u rasteru u oba pravca. U pravcu

podvlaka mogu se raspoređivati proizvoljno. Na taj se način dobiva velika sloboda u raspoređivanju stupova.

7.4. Varijacije tlocrta – raspored stupova- KATNO POLJE I RASTER STUPOVA

65

7.4. Varijacije tlocrta - stupovi - RASPORED UNUTRAŠNJIH STUPOVA

Svojstvo čelične konstrukcije da se lako i ekonomično mogu savladati veliki rasponi vodi do slijedećih alternativa u odnosu na raspored unutrašnjih stupova:

1 Dvostrane zgrade - kod raspona većih od 15 m postaju katni nosači veliki, kako bi se maksimalni progib i vibracije ploče održali u granicama.

2 Kod širih zgrada sa dvije trake ne traži se da se sa obje strane hodnika postavi po red stupova, već je dovoljan jedan red na jednoj strani sa nejednakim katnim rasponima.

3 Tek kod vrlo širokih zgrada sa tri trake sa dva hodnika i jednom unutrašnjom zonom ekonomičan je raspored sa dva reda unutrašnjih stupova, ukoliko i ovdje nije dovoljan jedan jedini red unutrašnjih stupova.

4 Kod zgrada sa jednom centralnom jezgrom usvajaju se većinom široke prostorije sa slobodnom dispozicijom bez unutrašnjih stupova između vanjskih zidova i jezgre.

1

2

3

4

66

7.4. Varijacije tlocrta - stupovi - PUT OPTEREĆENJA DO STUPA

1 Masivna ploča bez nosača prenosi opterećenje najkraćim putem neposredno na stupove.

2 Katne nosače neposredno nose stupovi. Put sila je kratak, pa je time i konstrukcija ekonomična.

3 Kod velikog rastojanja između stupova u oba pravca prenose se opterećenja katnog nosača (1. reda) dodatnim nosivim elementima,podvlakama (2. reda) na stupove.

4 Kod veoma velikih raspona glavni nosači preuzimaju opterećenja od podvlaka, pa se tek sa njih prenosi na stupove. Put sila je dug.

5 Probijanja ploča mogu prosjeći red nosača i primorati da se nosači prekinu. Opterećenja nosača se tada prenose umetanjem novih greda.

67

7.4. Varijacije tlocrta - stupovi - RASPORED VANJSKIH STUPOVA

Razmak stupova od vanjskog zida6 U razmatranje dolaze slijedeće mogućnosti:

a) Stup stoji bez dodira sa vanjskim zidom slobodno u prostoru

b) Stup stoji iznutra uz sam vanjski zidc) Stup zajedno sa vanjskim zidom formira jednu konstrukcijsku cjelinu

d) Stup stoji izvana uz sam vanjski zid

e) Stup stoji daleko ispred fasade bez kontakta sa njom

68

7.4. Varijacije tlocrta - stupovi - KRITERIJI ZA RASPORED STUPOVA

U priloženom sustavnom pregledu prikazana su djelovanja prethodno spomenutih kriterija na izbor rasporeda vanjskih stupova na bazi osam mogućnosti kombiniranja.Tablični pregled sažima sve kriterije koji su kod pojedinih rasporeda od utjecaja. Ako odgovor na pitanje ovisi od nekih drugih kriterija, odgovori su dani u zagradama.

dadada-dadada-

---da(da)(da)(da)da

dadada-dadada-

----dadada-

--mala---velika-

-------velika

da(da)-dada(da)--

-----(da)da-

Kontakt sa vanjskim zidom?Fasadni stupići potrebni?Konstrukcija vanjskog zida utječe?Podjela vanjskog zida utječe? Veze unutrašnjeg zida utječu?Veze sa vanjskom klimom?Potreba mjesta iza vanjskog zida?Potreba mjesta u prostoru?

Nosiva konstrukcija

Tip

Raspored stupova

Skuplje

a

širok

b

jeftinije

dcbedc

gust

69

7.4. Varijacije tlocrta - stupovi - DALEKO POSTAVLJENI VANJSKI STUPOVI ISPRED

ILI IZA NOSIVOG ZIDA

Položaj a

1 Stup se nalazi iza vanjskog zida pomaknut unazad u unutrašnjost zgrade.

Položaj b

2 Stup koji se nalazi izvan zgrade s njom je vezan samo podvlakama koje strše iz zgrade.

1

2

70

7.4. Varijacije tlocrta - stupovi - DALEKO RAZMAKNUTI VANJSKI STUPOVI NA ILI U

NOSIVOM ZIDU

Položaj c

3 Stup se nalazi iza vanjskog zida. On je po pravilu sa tri strane iznutra zaštićen od požara.

Položaj d

4 Stup je dio vanjskog zida. Unutrašnja strana ima po pravilu zaštitnu oblogu protiv požara.

3

4

71

7.4. Varijacije tlocrta - stupovi - DALEKO RAZMAKNUTI VANJSKI STUPOVI NA ILI U

NOSIVOM ZIDU

Položaj e

5 Stup se nalazi ispred vanjskog zida. Ako se zahtjeva zaštitna obloga protiv požara, onda se vanjski sloj praktično vodi oko stupa.

5

72

7.4. Varijacije tlocrta - stupovi - GUSTO RASPOREĐENI VANJSKI STUPOVI

Stupovi stoje gusto, njihov međusobni razmak odgovara širini katnog polja i širini prozora i fasadnih ploča. Oni se nalaze na fasadnom zidu ili u njemu.

Položaj c

6 Stupovi se nalaze iza vanjskog zida. Oni su po pravilu sa tri strane iznutra zaštićeni od požara.

6

73

7.4. Varijacije tlocrta - stupovi - GUSTO RASPOREĐENI VANJSKI STUPOVI

Položaj d

7 Stupovi formiraju sa zidom jednu konstrukcijsku cjelinu.

Položaj e

8 Stup se nalazi ispred vanjskog zida. Ako se traži zaštitna obloga protiv požara, onda se vanjski sloj izvodi praktično oko stupa.

7

8

74

7.4. Varijacije tlocrta - stupovi - VANJSKI STUPOVI NA UGLOVIMA ZGRADA

Čelični skelet je – kako je već više puta bilo izloženo – sustavni način građenja. Zbog toga nosiva konstrukcija i međukatna ploča nemaju na dva međusobno paralelna vanjska zida jednako oblikovanje. Razmaci između stupova na uzdužnoj i poprečnoj strani zgrade su različiti, a tada i opterećenja poprečnih presjeka stupova.

Ugao zgrade kod daleko razmaknutih stupova (1 – 4) Ugao zgrade kod usko raspoređenih stupova (5 – 8)

75

7.4.Varijacije tlocrta - stupovi - VANJSKI STUPOVI NA UGLOVIMA ZGRADA

Rješenja detalja (9 – 13)

76

7.4. Varijacije tlocrta – građevine sa ortogonalnim rasterom - ZGRADE SA GUSTO RASPOREĐENIM STUPOVIMA

1 Način građenja je pogodan za zgrade sa katnim površinama velikih raspona u kojima se unutrašnji prostor, slobodan od stupova, može proizvoljno koristiti, npr., za administrativne zgrade sa fleksibilnom podjelom katne površine, 10 do 12 m široke. Jednu dalje interesantnu primjenu ovaj način građenja nalazi u konstrukcijama garaža.Konstruktivna visina katnih ploča ovisi o rasponu, a iznosi oko 35 do 70 cm.

1

77

7.4. Varijacije tlocrta – građevine sa ortogonalnim rasterom - ZGRADE SA GUSTO RASPOREĐENIM STUPOVIMA

2 Ovim principom mogu se izvoditi i zgrade sa više redova stupova. Redovi gusto poredanih unutrašnjih stupova nalaze se u zidovima hodnika. Kako i unutrašnji stupovi imaju male dimenzije, oni zahtijevaju malo prostora, ili mogu nestati u zidovima.Poprečni zidovi se mogu u istoj konstrukciji vezati u svakoj osi stupova. Zbog fiksiranja redova unutrašnjih stupova ovaj sustav je naročito pogodan za građevine, kod kojih se, suglasno njihovoj namjeni ne očekuje neka promjena u raspodjeli prostora u području hodnika, npr., kod hotela ili kod krila bolnica sa krevetima.

2

78

7.4. Varijacije tlocrta – građevine sa ortogonalnim rasterom - ZGRADE SA DALEKO RAZMAKNUTIM STUPOVIMA

Stupovi imaju u oba pravca velike međusobne razmake čime pravokutni raster stupova, sa velikim rasponima za katne nosače, a manjima za podvlake, daje ekonomičnu nosivu konstrukciju.

1 Zgrada ima samo daleko razmaknute vanjske stupove. Između njih su postavljene podvlake. Međukatni nosači prolaze preko cijele širine zgrade. Unutrašnjost zgrade je slobodna od stupova te se može dijeliti na proizvoljan način. Vrlo povoljan raspored stupova za administrativne i visokoškolske građevine

1

79

7.4. Varijacije tlocrta – građevine sa ortogonalnim rasterom - ZGRADE SA DALEKO RAZMAKNUTIM STUPOVIMA

2 Zgrada ima više redova daleko razmaknutih vanjskih i unutrašnjih stupova. Između vanjskih stupova postavljene su pune podvlake, između unutrašnjih stupova rešetkasti nosači. Međukatni nosači su također rešetkasti nosači iste visine, a leže između podvlaka.

3 Šire građevine mogu imati i četiri reda stupova. Oba unutrašnja reda stupova nalaze se s obje strane hodnika. Statički bi bio dovoljan i jedan red stupova s jedne strane hodnika

2

3

80

7.4. Varijacije tlocrta – građevine sa ortogonalnim rasterom - ZGRADE SA STUPOVIMA RASPOREĐENIM IZVANA

GUSTO IZNUTRA NA VELIKOM RAZMAKU

Kombinacija oblika nosivih konstrukcija kakve su prikazane na slijedećim slikama često vode do prihvatljivih rješenja. Gusto postavljenim vanjskim stupovima štedi se prostor i dopuštaju se pregradni zidovi u proizvoljnim osima međukatnih nosača. Daleko razmaknuti unutrašnji stupovi olakšavaju podjelu prostora. Preko podvlaka na njih se prenose opterećenja međukatnih nosača.

1 Kod ove trobrodne građevine široka raspodjela unutrašnjih stupova omogućuje kako velike prostorije, tako i podjelu na hodnike i male prostorije sa pregradnim zidovima kod osam vanjskih stupova.

1

81

7.4. Varijacije tlocrta – građevine sa ortogonalnim rasterom - ZGRADE SA STUPOVIMA RASPOREĐENIM IZVANA

GUSTO IZNUTRA NA VELIKOM RAZMAKU

2 Za ovu zgradu visine 100 m sa rasponom nosača od 7 m bili su vanjski stupovi projektirani sa razmacima 1,8 m i poprečnim presjekom 16 x 16 cm. Bočni zidovi imaju samo dva nosiva stupa.

3 Visoka kuća sa ekscentričnom betonskom jezgrom. Stupovi prednje i bočnih fasada su nosivi stupovi zgrade, stupovi zadnjeg zida nose samo fasadu. Između jezgre i uglova zgrade dijagonalno su postavljene podvlake.

2

3

82

7.4. Varijacije tlocrta – građevine sa ortogonalnim rasterom - NOSIVE KONSTRUKCIJE VELIKOG RASPONA

Prostori velikih raspona mogu zahtijevati da se podvlake prihvate glavnim nosačima, tako da se dobivaju tri reda nosača. Glavni nosači su teški puni ili rešetkasti nosači.

1 Tri reda nosača leže jedan iznad drugog u ovoj međukatnoj konstrukciji velikog raspona. Glavni nosač ne dobiva opterećenje neposredno od ploče.

2 Gornji pojas glavnih rešetkastih nosača može ležati u istoj ravnini sa međukatnim nosačima ili kod krova ležati sa rožnjačama i primati dodatnu silu pojasa i naprezanje savijanjem.

3 Glavni nosači i podvlake su rešetkasti nosači istih visina. Međukatni nosači leže iznad vertikalnih punih štapova podvlaka. Konstrukcija koja štedi prostor katova velikih raspona i sa velikim opterećenjem.

4 Rešetkasti glavni nosači formiraju krute okvire sa teškim stupovima hale. Rešetkaste podvlake i krovni nosači su tipski elementi jednog građevinskog sustava. - Slobodno Sveučilište Berlin

1

2

3

4

83

7.4. Varijacije tlocrta – građevine sa neortogonalnim rasterom- ZGRADE SA TROKUTASTIM RASTEROM

I kod trokutastog rastera stupova međukatna polja se dijele redovima međukatnih nosača i podvlaka tako da se za međukatne ploče dobiju dovoljno mali rasponi. Na primjeru jedne osnovne škole bit će prikazane četiri mogućnosti vođenja nosača.

1 Preko cijele osnove postavljen je pravokutni raster nosača. 2 Podvlake i međukatni nosači su međusobno pod kutom od 60°. 3 Međukatni nosači su postavljeni tako da idu okomito na vanjske zidove.

4 Za čeličnu konstrukciju se usvaja trokutasti raster. Trokutasta polja su podijeljena zvijezdom nosača. Visina trokutnog polja sa kosim kutom je mala, tako da za međukatnu ploču nastaju krupni rasponi. Moguća je primjena prefabriciranih trokutastih betonskih ploča.

1

2

3 4

84

7.4. Varijacije tlocrta – građevine sa neortogonalnim rasterom- OKRUGLE GRAĐEVINE

Građevine sa okruglim oblikom osnove vrlo su pogodne za izvođenje u čeliku, jer imaju mnoge jednake dijelove koji se ponavljaju.

Garažna spirala1 Dvotračna spirala za dolazak i odlazak vozila.

Rampe za dolazak i odlazak mijenjaju se po katovima.Stvarna konstrukcija spirale sastoji se samo od tri elementa: stupova, radijalnih nosača i međukatnih ploča.

2 Međukatna ploča je element spiralne površine. Pravci AB i CD elementa ABCD površine spirala leže horizontalno, a imaju visinsku razliku h.

Administrativne zgrade3 Nosiva konstrukcija ove administrativne zgrade sa

prstenastom osnovom nošena je od više grupa stupova koji su raspoređeni po koncentričnim krugovima. Vanjski stupovi su vješalice. U kružnom unutrašnjem prostoru nalazi se vertikalna komunikacija. Vertikalno ukrućenje sprovodi se parovima unutrašnjih stupova koji su spregnuti sa rešetkama. Ploče se sastoje od betonskih talpi (prefabricirane tanke ploče).

1

2

3

85

7.4. Varijacije tlocrta – građevine sa neortogonalnim rasterom- ZGRADE SA RAVNIM KATOVIMA

Masivna međukatna ploča – gore i dolje ravna –koju bez čeličnih nosača neposredno nose čelični stupovi, može imati samo mali ili srednje raspone (6 do 10 m). Ploča ima debljinu 20 do 40 cm. Ravnim izglednom masivne međukatne ploče ušteđuje se obješeni plafon.Ova jeftina međukatna konstrukcija pogodna je za stambene zgrade, domove, hotele, i ostale građevine sa malo instalacija. Međukatne ploče mogu zbog uštede na težini imati šuplje prostore. Moguće su rebraste ili kasetne ploče.

1 Ovaj sustav je naročito pogodan za izgradnju prema postupku “Liftslab”: međukatne ploče se betoniraju jedna preko druge na najnižem nivou, a svaka ploča predstavlja oplatu za onu iznad sebe. Međuslojevima se sprječava prianjanje. U prethodno predviđenim otvorima postavljaju se čelični stupovi koji idu kroz više katova. Ploče se dižu jedna za drugom u svoje konačne položaje pomoću centralno upravljanog uređaja za dizanje koji je postavljen na gornjim krajevima stupova.

1

86

7.4. Varijacije tlocrta – građevine sa neortogonalnim rasterom- ZGRADE SA RAVNIM KATOVIMA

Sistem ravnih međukatova sa čeličnim gljivama

2 Primjena za višekatne građevine svih vrsta, ne samo za katove iznad zemlje, već i za temelje i za suterenske katove

3 Detalj čelične gljive, za više detalja

2

3

87

7.5. Konceptualno projektiranje

SIGURNOSTSIGURNOST

UKLOPLJENOST U OKOLIŠ

UKLOPLJENOST U OKOLIŠ

ESTETIKAESTETIKA

EKONOMSKA PRIHVATLJIVOST

EKONOMSKA PRIHVATLJIVOST

RACIONALNO DIMENZIONIRANJE

RACIONALNO DIMENZIONIRANJE

88


FUNKCIONALNO PROJEKTIRANJEFUNKCIONALNO PROJEKTIRANJE

KONSTRUKCIJSKO PROJEKTIRANJE

KONSTRUKCIJSKO PROJEKTIRANJE

KONCEPTUALNO PROJEKTIRANJEKONCEPTUALNO PROJEKTIRANJE

89


Detalji čelične konstrukcije koji nisu lijepi niti konstrukcijski korisni

90


RELIGIJARELIGIJA

ZNANOSTZNANOST

TEHNOLOGIJATEHNOLOGIJA

POKUSPOKUS

PRORAČUNPRORAČUN

POKUS I POKUS I PRORAČUNPRORAČUN

91


IZVOR IDEJAIZVOR IDEJASREDSTVO

RAZVOJA IDEJASREDSTVO

RAZVOJA IDEJA

produktivnostproduktivnost

industrijaindustrijapokusi na

velikim uzorcima

pokusi na velikim

uzorcima

praksapraksa

Joseph Paxton

92




RAZVOJA IDEJA

djelovanje lukadjelovanje luka

imaginacijaimaginacijaproračunproračun

pokuspokus

Isambard K. Brunel

93




RAZVOJA IDEJA

religijareligija

prirodni principiprirodni principi

pokuspokusvještina obrtnikavještina obrtnika

Antonio Gaudi

94




RAZVOJA IDEJA

tehnologijatehnologija

estetikaestetikapokuspokus

praksapraksa

Fritz Leonhardt

95




RAZVOJA IDEJA

geometrija hiparageometrija hiparamodernizammodernizam

intuicijaintuicijapraksapraksa

Felix Candela

96




RAZVOJA IDEJA

prirodni principiprirodni principitlaktlak

pokuspokuspraksapraksa

Heinz Isler

97

7.6. Proračun konstrukcija

PREDNAPINJANJE

BETONSKE KONSTRUKCIJE

ČELIČNE KONSTRUKCIJEDRVENE KONSTRUKCIJE

"TENSEGRITY" KONSTRUKCIJE

NE BEZ INŽENJERA!Princip prednapinjanja

98


SUSTAVMATERIJALMATERIJAL

KONSTRUKCIJAKONSTRUKCIJA

FORMAFORMA

TEHNOLOGIJATEHNOLOGIJA

DJELOVANJADJELOVANJA

OGRANIČENJA

Princip prednapinjanja• Parametri za proračun prednapetih konstrukcija

99


MATERIJAL , FORMAKONCEPTUALNI PARAMETRI

uže 1

uže 2

AA BB

CCDD

M

AA BB

CCDD

Miznalaženje oblika

form finding

Princip prednapinjanja• ”FORM FINDING”

100


MATERIJAL

KONCEPTUALNI PARAMETRI

FORMA

Eidužine L0i

površine Ai

E1 > E2 A1 > A2 L01 < L02

Princip prednapinjanja• ”FORM FINDING”

101

A) MATERIJAL KRUT U TLAKU

KONCEPTUALNI PARAMETRI:


MATERIJALSILE

Odnos prednapinjanja i krutosti

102



MATERIJALSILEFORMA

B) MATERIJAL KRUT U VLAKU


103

C) MATERIJAL KRUT U VLAKU I TLAKU

TENSEGRITY KONSTRUKCIJE



MATERIJALSILE

FORMAKONSTRUKCIJA


104

7.7. Primjeri prednapetih konstrukcija

105


106


107


108


109


110


111


112


113


114


115


116


117


118


119


120


121

7.8. Proračun konstrukcija - mostovi

41,238,2

37,3

25,3

13,9

28,0

7,18,5

5050

4040

3030

2020

1010

00

zgradezgrade

projektiranjeprojektiranje izgradnja koriizgradnja korišštenje ostalotenje ostalo

mostovimostovi

UZROCI OŠTEĆENJA KOD MOSTOVA I ZGRADA

Robustnost kod mostova

122


PREVENTIVNE MJERE ZA IZBJEGAVANJE NEŽELJENIH UDARA

ISKLJUČUJE SE NEPREDVIDIVO OTKAZIVANJE

'POVOLJNO' REAGIRANJE KONSTRUKCIJE

MALA ODSTUPANJA U PRORAČUNU NISU UZROK NEPROPORCIONALNO VELIKIH OŠTEĆENJA

UDARI RASPROSTRANJENI PO LOKACIJI I INTENZITETU


123

REDUNDANTNOST

SPRJEČAVANJE OTKAZIVANJA

STABILIZIRANJE SUSTAVA

DUKTILNOST

MONOLITNI NAČIN GRAĐENJA

DEFORMABILNOST

ISPUNJENJE KRITERIJA U FAZI PROJEKTIRANJA:

Robustnost kod mostova 7.8. Proračun konstrukcija - mostovi

124

RJEŠAVANJE DETALJA I TOK NAPONA

KOMPAKTNI KONSTRUKCIJSKI OBLIK

ZAMJENJIVOST

PRILAGODLJIVOST

ODSTUPANJA PRILIKOM IZRADE


ISPUNJENJE KRITERIJA U FAZI PROJEKTIRANJA:ISPUNJENJE KRITERIJA U FAZI PROJEKTIRANJA:


125

Robustnost kod mostova 7.8. Proračun konstrukcija - mostovi

126

7.9. Proračun konstrukcija- optimalizacija

vanjsko oslanjanje vanjsko oslanjanje i dizanje uz pomoi dizanje uz pomoćć

stupovastupovadizanje dizanje pomopomoćću u kablovakablova

sustav sustav hidraulihidrauliččnog nog

podizanjapodizanja

Optimalizacija oblika konstrukcije imitiranjem prirode

127

Optimalizacija oblika konstrukcije imitiranjem prirode


128

Konceptualno projektiranje -generiranje sferičnih ploha


129



130



131

7.10. Eksperimenti i modeli

NAJBOLJE ULAGANJE U GRAĐENJE JE NOVAC ULOŽEN U MODELE

MALI JEDNOSTAVNI MODELI ČESTO DAJU VIŠE ODGOVORA NEGO ŠTO SE PITANJEM ŽELJELO DOBITI.

Michelangelo

Heinz Isler

132

7.11. Primjeri iz prakse

11 UVJETA NATJEČAJA

PODLOGEZA PRISTUP

KONCEPTUALNOM PROJEKTIRANJU

Konceptualno projektiranje pješačkog mosta u Japanu

PRVA NAGRADA - STUDENTI

133


NATJEČAJ ZA MOST U HONG-KONGU

Konceptualno projektiranje mosta u Hong Kongu

134


VELIKI BROJ STUPOVA

VELIKI BROJ ZAŠTITA STUPOVA VELIKI BROJ ZAŠTITA STUPOVA -- BLOKADA DIJELA RIJEKEBLOKADA DIJELA RIJEKE

AKonceptualno projektiranje mosta u Hong Kongu

135


LUK ULAZI U SLOBODNI PROFIL RIJEKE

NEMA PRIRODNOG OSLANJANJA ZA PREUZIMANJEHORIZONTALNE SILE LIJEVE TEMELJNE STOPE

BKonceptualno projektiranje mosta u Hong Kongu

136


PRESKUPO RJEŠENJE

RASPON OD 900 METARA PREMALI ZA VISEĆI MOST

C

VELIKI PROTUTERETI NA KRAJEVIMA


137


RASPON OD 900 METARA - SVJETSKI REKORD U ONO DOBA

D

NEEKONOMIČNO RJEŠENJE


138


PREVELIKA VISINA STUPA

E

NEEKONOMIČNO RJEŠENJE


139


NAJBOLJE RJEŠENJE

FKonceptualno projektiranje mosta u Hong Kongu

140

7.11. Primjeri iz prakse Konceptualno projektiranje stambenih jedinica

141


142


143

7.12. Izbor nosive konstrukcije – čelična ili armiranobetonska

7.12.1.

7.12.1.)

144


Tablica 7.12.1.

145


Slika 7.12.1. Optimalni raspon ploče

Slika 7.12.2. Optimalni rasponi sekundarnih nosača međukatne konstrukcije

Slika 7.12.3. Područja primjene betona i čelika u ovisnosti rastera stupova

7.12.2.

7.12.3

146


Slika 7.12.4.

Usporedba različitih konstrukcijskih sustava s jednakim momentom savijanja potpune plastičnosti Mpl = 910 kNm

7.12.4.

147

NAPORA LIČNOSTI,NAPORA LIČNOSTI,

SVAKO GRADITELJSKO OSTVARENJE REZULTAT JESVAKO GRADITELJSKO OSTVARENJE REZULTAT JE

A TO NI JEDNA ŠKOLA NEĆE DATI.A TO NI JEDNA ŠKOLA NEĆE DATI.

DARA,DARA,KREATIVNOG POTENCIJALA,KREATIVNOG POTENCIJALA,

Documents

Primjer projektiranja