Download pdf - 7.Postupak Projektiranja

7.Postupak projektiranjakonstrukcija

METALNE KONSTRUKCIJE Prof. dr. sc. Bernardin Pero

NOSIVE KONSTRUKCIJE II STUDIJ ARHITEKTURE

2SADRAJ:

1. Uvod2. Metali elik u arhitekturi3. Metali Proizvodnja i svojstva

3.1. elik3.2. Legure aluminija3.3. Ostali metali

4. Zatita metalnih konstrukcija4.1. Korozija4.2. Poar

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

elemenata dimenzioniranje 9. Skeletne eline konstrukcije u visokogradnji10. Primjeri nosivih konstrukcija karakteristinih

arhitektonskih ostvarenja

3"...Projektiranje je mjeavina umijea i znanostikoju kombinira iskusni inenjerski intuitivni osjeaj

za ponaanje konstrukcija sa zdravim znanjimanaela statike, dinamike, mehanike materijala i

prorauna konstrukcija da bi se poluila sigurna i ekonomina konstrukcija koja e sluiti

namijenjenoj svrsi..."

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

47.1. Naela projektiranja

minimalna cijena kotanja

minimalna teina konstrukcije

Projektiranje optimalno rjeenje plana graevine

Kriteriji vrednovanja:


minimalno vrijeme graenja

minimalni utroak rada

minimalna cijena izrade vlasnikovihproizvoda

maksimalna uinkovitost radavlasnika, itd.


optimalizacija kriterija

Ako se kriterij moe izraziti matematiki

funkcija cilja (objective function)

77.2. Kako pristupiti projektnomzadatku

predvidjeti odgovarajue radne povrine

predvidjeti ventilaciju i ostale instalacije

rijeiti odgovarajue ureaje za transport (dizala, stepenice, kranove, itd.)

Funkcionalno projektiranje(functional design)


predvidjeti odgovarajue osvjetljenje

osigurati arhitektonsku atraktivnost

rijeiti puteve evakuacije u sluaju poara

rijeiti probleme akustike i prolaza topline(graevinska fizika)

uklopiti graevinu u okoli, itd.

9Konstrukcijsko projektiranje(structural framework design)


1) Planiranje (planning)

2) Preliminarni oblik graevine (preliminary structural configuration)

3) Utvrivanje djelovanja (establishment of actions)

10


4) Preliminarni odabir elemenata (preliminary member selection)

5) Proraun (analysis)

6) Vrednovanje (evaluation)

7) Konano projektiranje (redesign)

8) Zavrna odluka (final decision)

11

)Namjena graevine cilj projektnog zadatka


1) PLANIRANJE

12


)Namjena graevine cilj projektnog zadatka1) PLANIRANJE

13


) Faza planiranja plan koritenja1) PLANIRANJE

14


Posebni zahtjevi akustike za

razliite volumene

Vertikalna ovisnost izmeu

volumena

Odvajanje volumena radi

poara

Definiranje volumena radi gabarita krana

)Oblik graevine osnovni volumen prostora2) PRELIMINARNI OBLIK GRAEVINE

Posebni zahtjevi

akustike za odreene volumene

Vertikalna ovisnost izmeu

volumena

Odvajanje volumena radi

poara

Definiranje volumena radi gabarita krana

15

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

Jak udarac vjetra, priblino 0,7 - 0,9 kN naodraslog ovjeka

Ragbija = 102 kg = priblino 1,0 kN


)Pojam djelovanja3) ODREIVANJE DJELOVANJA

16


HE 140 A profil tei 25 kg/m.Moe li snaan ovjek nositi profilduljine 6 - 8 m?

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

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


17

7,002,40Knjinica

3,605,00Sportskadvorana

2,703,00Uionica

11,401,50Stambeni

Koncentriranooptereenje po

0,3 m2 [kN]

Jednolikooptereenje

[kN/m2]

Namjenaprostora



18


Intenzitetpremalokaciji

Veliinapremalokaciji


19


Slika 7.2.1. Djelovanja na konstrukciju

) Prema normama EC 13) ODREIVANJE DJELOVANJA

20


Slika 7.2.2. Koncept prijenosa optereenja- tlani element

4) PRELIMINARNI ODABIR ELEMENATA) tlani elementi

21


Slika 7.2.3. Konceptprijenosaoptereenja -vlani element

) vlani elementi4) PRELIMINARNI ODABIR ELEMENATA

22

Slika 7.2.4. Koncept prijenosa optereenja -reetke, kombinacija vlanih i tlanih elemenata


) tlak - vlak4) PRELIMINARNI ODABIR ELEMENATA

23


) savijanje4) PRELIMINARNI ODABIR ELEMENATA

Slika 7.2.5. Koncept prijenosa optereenja -savijanje

24


Slika 7.2.6. Koncept prijenosa optereenja -savijanje

) savijanje4) PRELIMINARNI ODABIR ELEMENATA

25


Slika 7.2.7. 2D sustavi pod vertikalnimoptereenjem

) savijanje i uzdune sile4) PRELIMINARNI ODABIR ELEMENATA

26


Slika 7.2.8. Logian razvoj glavnog nosivog poprenog 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

Reetke: Teko optereenjeSrednje optereenjeLagano optereenje

< 20Vruevaljani profili

L/hPribline vrijednosti


Slika 7.2.12. Preliminarno odreivanje dimenzija elemenata i sustava

4) PRELIMINARNI ODABIR ELEMENATA GRANINO STANJE UPORABLJIVOSTI

31


Tablica 7.2.1.

32


Tablica 7.2.1. Ravninski reetkasti nosai

33


Tablica 7.2.2.

34


Tablica 7.2.2. Prostorni tapni sustavi

35


Tablica 7.2.3.

36


Tablica 7.2.3. Prostorni sustavi

37


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

) Modeli 3D i 2D 5) PRORAUN

38


6) VREDNOVANJE

) Da li su udovoljeni svi uvjeti?) Da li je rjeenje optimalno?

39


Slika 7.2.14. Iterativnipostupak kodprojektiranja

) Mogunost promjene rjeenja 7) KONANO PROJEKTIRANJE


VREDN.ULAZNIH

PARAMETARA

ODABIR NOSIVOGSUSTAVA

ODREIVANJEDJELOVANJA OBLIKOVANJE

PLANIRANJE

NAMJ. GRA.CILJ

ZAVRNAODLUKAPROJEKT

ProjektProjekt

) Projekt je gotov daje se svim uesnicima gradnje

8) ZAVRNA 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 viekatne zgrade -armiranobetonski skelet

46

7.4. Varijacije tlocrta i nosivi sustavi

Slika 7.4.1. Usporedba pravokutnog i kvadratnog tlocrta graevine

47


Slika 7.4.2. Kompozicija oblika

48


Slika 7.4.3. Slaganje volumena razliitihveliina

49

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

Sustavi stupova koji prolaze kroz cijelu visinu zgrade:

1 Po pravilu se optereenja najkraim putem prenose sustavom stupova koji prolaze kroz cijelu visinu zgrade. To je najekonominiji oblik nosive konstrukcije.

2 Na statiki 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 ELINIH NOSIVIH SUSTAVA

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

Preputeni katovi5 Kada katna polja nisu poduprta u

svojim uglovima

Objeene zgrade6 Kod objeenih 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 Optereenje zgrade se prenosi na

daleko razmaknute vrste toke

52


Kosi stupovi9 Kosi stupovi trebaju biti bono

poduprti

Zgrade sa vanjskim reetkama10 Reetka je tipian oblik nosivog

sustava elinih konstrukcija. Izvana vidljive reetke utjeu na opi izgled zgrade

Zgrade ukruene betonskom jezgrom11 elini skelet se esto

ekonomino ukruuje betonskom jezgrom. Nain graenja odreuje i arhitekturu, ako je jezgra vidljiva izvana

Cjevasta kua12 Visoke zgrade se efikasno

ukruuju na nain da se vanjski zidovi formiraju kao kruta platna i povezuju u krutu cijev

53

7.4. Varijacije tlocrta i nosivi sustavi - OSLANJANJE STUPOVA

Optereenja stupova se po pravilu sprovode u neprekinutoj linijivertikalno na temeljno tlo. Prekidanje toka sila i njegovo bono voenje pomou leajnih nosaa je -veinom vrlo rasipniki izuzetak.

U veini sluajeva je skretanje sila nezgodno rjeenje, pa je toupravo znak loeg usklaivanja izmeu projekta zgrade i koncepcije nosive konstrukcije. Za sluajeve gdje je ovakva mjera neizbjena, skicirane su neke mogunosti rjeenja:

1 Ovo moe biti dominantna arhitektonska koncepcija, npr. kada zgrada podignuta od zemlje treba lebdjeti na tekom rotilju oslonjenom na mali broj povuenih stupova.

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

3 Ve je tee oslanjanje stupa visoke zgrade, kada on u gornjim katovima ima drugaiji poloaj nego u donjim. To se najbolje izvodi pomou reetkastog nosaa visine kata.

4 Oslanjanje teko optereenih unutranjih stupova u prizemlju iziskuje velike trokove i visok, teak oslanjajui nosa. I ovdje se najvie predviaju reetkasti nosai visine kata, u koliko todoputa koritenje zgrade

54

7.4. Varijacije tlocrta i nosivi sustavi - OSLANJANJE STUPOVA

8

Povlaenje stupova prizemlja5 u gornjim katovima stupovi stoje na

nosivom zidu. U prizemlju oni slijede fasadu prizemlja koja se povlai. Stupove gornjih katova oslanjaju iznad prizemlja teki nosai koji prolaze popreno ispod itave zgrade.

Vei razmaci izmeu stupova u prizemlju 6 Gornji katovi imaju gusto rasporeene vanjske stupove. U prizemlju je potreban vei razmak izmeu stupova. Stupovi gornjih katova oslanjaju se visokim nosaem. Ovaj veinom pun oslanjajui nosa treba biti naglaen u formiranju fasade kako bi se izbjegao dojam da gornji stupovi nemaju siguran oslonac

7 Oslanjajui nosai mogu biti formirani kao reetkasti nosai visine kata (tehniki kat), jedan ekonomian nain da se premoste veliki razmaci izmeu stupova.

8 Ako se oslanjajui nosa visine kata moe smjestiti samo u jednom od gornjih katova, tada meustupovi postaju vjealice, pa glavni stupovi, koji idu do temeljnog tla, moraju prenijeti sva optereenja.

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 ploa je preputena iznad ivine podvlake. Fasada se moe objesiti o stup, ili se oslanjati na katnu plou.

2 Ako su stupovi vie povueni, moraju i leajni katni nosai biti preputeni. Konstrukcija fasade se obino oslanja na katove.

3 Zgrada koja ima samo unutranje stupove i iji su katovi daleko preputeni, prua svu slobodu u oblikovanju vanjskog zida i u rasporeivanju pregradnih zidova. Pri tome se mora uzeti u obzir maksimalni progib kata i time nastalo pomicanje izmeu vanjskog zida i kata.

56

7.4. Varijacije tlocrta i nosivi sustavi - KONZOLNE PODNE KONSTRUKCIJE

4 Nosiva konstrukcija sastoji se od poprenih okvira ije preke imaju velike prepuste. Suglasno vanjskom optereenju smanjuju se visine konzolnih nosaa na krajevima. Vanjski zid je objeen na visokim i krutim reetkastim nosaima iznad krova. Stoga on ne sudjeluje u deformaciji katnih ploa za razliita optereenja. Njegovo vezivanje za katove zahtjeva briljivu obradu, kako bi se sauvala mogunost pomicanja, a usprkos tome sprijeio i prolaz zvuka.

5 Podvlake sa zarubljenim poprenim presjekom su preputene s obje strane 4 ugaona stupa jezgra zgrade, i to, da bi se izbjeglo probijanje preputenih nosaa, naizmjenino u jednom i drugom pravcu. Dva kata ine jednu konstrukcijsku jedinicu, jer su ivini nosai na neoslonjenim stranama oslonjeni na donje parove nosaa ili su objeeni o gornje. Donji pojasevi preputenih nosaa su zbog ojaanja i zbog smanjenja maksimalnog progiba obloeni betonom.

57

7.4. Varijacije tlocrta i nosivi sustavi - OBJEENE ZGRADE

2

1

Kod objeenih zgrada sva optereenja se prenose preko jezgre zgrade. Jezgra se sastoji od eline konstrukcije, ili betona (klizna oplata). Vanjska katna optereenja vode se vjealicama prema gore i preko tekih preputenih nosaa prenose na jezgru. Tako u prizemlju nastaju vanjske zone bez stupova. Uske vjealice se lako mogu ukljuiti u konstrukciju vanjskog zida.

1 etiri skroz prolazna u kvadratu rasporeena stupa formiraju zajedno sa glavnim nosaima katova etverostrani sustav katnih okvira. - Zgrada laboratorija u Hajdelbergu.

2 Kvadratna osnova. Teki elini stupovi u u uglovima jezgre. Primanje vjetra katnim okvirima izmeu stupova jezgre. - Upravna zgrada Alpine Montan u Leobenu.

58

7.4. Varijacije tlocrta i nosivi sustavi - OBJEENE ZGRADE

3 Objeena 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 unutranje stupove. Sva optereenja se dovode vjealicama dovode tekih okvirnih preki. Optereenje od vjetra prihvaa se krutou okvira.

1 Tri okvira imaju sanduasti presjek. Oni u dvije ravnine nose sanduastepodue nosae izmeu kojih su smjeteni popreni nosai na kojima su vjealicama objeeni katni nosai etiri kata. - Iranski paviljon Sveuilinog grada u Parizu.

2 Prostor izmeu komunikacijskih tornjeva ima samo vanjske stupove. Katni nosai koji su postavljeni izmeu na rasponu 16,25 m vezani su po parovima sa reetkastim nosaima visini kata. Oni sa vanjskim stupovima formiraju vertikalne okvire za popreno ukruenje zgrade. Ostala ukruenja vertikalnim reetkama u tornjevima. -Hotel Radisson South u Mineapolisu.

2

1

60

7.4. Varijacije tlocrta i nosivi sustavi - MOSTOVSKE ZGRADE

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

2 Mostovska zgrada je raspona 84 m. Optereenje 12 katova donjeg, do sada izvedenog dijela nose, pomou vjealica, dva reetkasta nosaa visine 8,5 m i dva visea pojasa od I-profila. - Federalna rezervna banka u Mineapolisu/SAD.

3 Dvoetana mostovska zgrada koja stoji na etiri stupa, kao proirenje iznad jedne postojee zgrade. -Nadgradnja ekog parlamenta u Pragu.

2

1

3

61

7.4. Varijacije tlocrta - stupovi- STUPOVI U OBLIKOVANJU ZGRADE

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

razraivanje alternativa o rasporedu stupova. Jer, raspored stupova skeletne konstrukcije djeluje povratno na strukturu nosive konstrukcije, a time i na koncepciju cijele graevine. - Svaki graevinski materijal ima pri tome svoje osobne zakone- Ovo poglavlje treba projektantu dati ideje, pruiti pomo, dati spisak na to treba obratiti panju, da se daju

kriteriji za usporeivanje alternativa.

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

- Nosiva meukatna konstrukcije je u opem sluaju sakrivena izmeu poda i plafona. I sistem za ukruenje esto nije povrnom posmatrau prepoznatljiv, naroito ako stupovi slue kao stupovi za ukruenje.- Ipak, stupovi su najee vidljivi i predstavljaju vano sredstvo oblikovanja. Pri tome stupovi koji se nalaze

u okviru fasade (vanjski stupovi)imaju za oblikovanje mnogo vei znaaj nego stupovi u unutranjosti zgrade (unutranji stupovi).

Stupovi u unutranjosti zgrade:- U halama za prijeme kod visokih zgrada njihove snane dimenzije ukazuju na veliinu optereenja zgrade

koja lei na njima. esto oni djeluju zbunjujue i kod manjih prostorija, naroito stupovi u blizini prozora, kod velikih prostorija su unutranji stupovi, kada kvare slobodan pogled i nesmetano koritenje.

62

7.4. Varijacije tlocrta - stupovi- STUPOVI U OBLIKOVANJU ZGRADE

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

pojavljuju.2 Stupovi mogu kod izgradnje vanjskog zida postati vano sredstvo oblikovanja i dati fasadi snano

vertikalno ralanjivanje.3 Oni postaju karakteristika projekta, ako su izbaeni daleko ispred fasade ili ak da kao okvirna

konstrukcija vidljivo nose zgradu.4 iroko razmaknuti, snani stupovi visokih zgrada pokazuju skupljenu silu velikog optereenja.

5 Blisko rasporeeni, tanki stupovi daju fasadi izgled prozirne filigranske mree.

Stupovi u uglovima:6 kod elinih konstrukcija esto se kod uglova zgrade javljaju problemi oblikovanja, jer su eline

konstrukcije u osnovi jedan odreeni nain izgradnje, a stupovi uzdunih i poprenih strana imaju razliite funkcije i dimenzije.

63

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

Stupovi neke zgrade se u opem sluaju redaju po nekom rasternom sustavu. U rasternom polju stupova nalazi se jedno ili vie katnih polja. Treba se utvrditi koja konstrukcijska naela daju iz svojstava elinog skeleta optimalne odnose raspona katnih polja i rastera stupova.

Kvadratna betonska ploa:1 Najjednostavniji oblik nosive katne konstrukcije je

masivna, neralanjena betonska ploa.

Pravokutno polje elinih nosaa:2 elina nosiva katna konstrukcija sastoji se od gornje

ploe i leajnih nosaa. Za eline skeletne konstrukcije je karakteristino da katni nosai kao prefabricirani linijski elementi daju jednoznani pravac noenja pa se ploasti katni elementi podupiru ne etverostrano, ve dvostrano. Teina katne ploe treba biti to je mogue manja.

Kvadratni raster supova:3 Kod betonskih konstrukcija daje se prednost

kvadratnom rasteru, tako da se dobivaju kvadratna katna polja.

4 Kod elinih skeletnih konstrukcija mogu je isti raspored stupova. Pri tome se kvadratna katna polja dijele na izduene elemente kata.

64

Pravokutni raster stupova kod elinih konstrukcija:5 Kod elinih konstrukcija katni nosai mogu sa malim poveanjem trokova dobiti vei raspon. Tada na slobodnoj povrini kata ima samo malo stupova. Do optimalnih konstrukcija se dolazi kada lako optereeni nosai ploe (nosai 1. reda), koji su najee spregnuti nosai, imaju vee raspone nego teko optereene podvlake (nosai 2. reda).6 Visoka vrstoa elika omoguuje vrlo vitke stupove. Ta je prednost u okviru vanjskog zida. Popreni presjek stupova postaje naroito mali, kada su oni postavljeni tako gusto da

njihov meusobni razmak odgovara rasponu katne ploe.

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

7 Kod ovog primjera nalazi se svaki trei katni nosa sa podjelom stupova.8 Osi katnih nosaa mogu se takoer i pomaknuti izvan osi stupova. Kod toga se dobiva prednost da pored stupova preostaje prostor za vertikalne instalacijske ahte i da se kod elinog skeleta dobivaju konstrukcijska pojednostavljenja.

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

podvlaka mogu se rasporeivati proizvoljno. Na taj se nain dobiva velika sloboda u rasporeivanju stupova.

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

65

7.4. Varijacije tlocrta - stupovi - RASPORED UNUTRANJIH STUPOVA

Svojstvo eline konstrukcije da se lako i ekonomino mogu savladati veliki rasponi vodi do slijedeih alternativa u odnosu na raspored unutranjih stupova:

1 Dvostrane zgrade - kod raspona veih od 15 m postaju katni nosai veliki, kako bi se maksimalni progib i vibracije ploe odrali u granicama.

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

3 Tek kod vrlo irokih zgrada sa tri trake sa dva hodnika i jednom unutranjom zonom ekonomian je raspored sa dva reda unutranjih stupova, ukoliko i ovdje nije dovoljan jedan jedini red unutranjih stupova.

4 Kod zgrada sa jednom centralnom jezgrom usvajaju se veinom iroke prostorije sa slobodnom dispozicijom bez unutranjih stupova izmeu vanjskih zidova i jezgre.

1

2

3

4

66

7.4. Varijacije tlocrta - stupovi - PUT OPTEREENJA DO STUPA

1 Masivna ploa bez nosaa prenosi optereenje najkraim putem neposredno na stupove.

2 Katne nosae neposredno nose stupovi. Put sila je kratak, pa je time i konstrukcija ekonomina.

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

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

5 Probijanja ploa mogu prosjei red nosaa i primorati da se nosai prekinu. Optereenja nosaa se tada prenose umetanjem novih greda.

67

7.4. Varijacije tlocrta - stupovi - RASPORED VANJSKIH STUPOVA

Razmak stupova od vanjskog zida6 U razmatranje dolaze slijedee mogunosti:

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 priloenom sustavnom pregledu prikazana su djelovanja prethodno spomenutih kriterija na izbor rasporeda vanjskih stupova na bazi osam mogunosti kombiniranja.Tablini pregled saima 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 stupii potrebni?Konstrukcija vanjskog zida utjee?Podjela vanjskog zida utjee? Veze unutranjeg zida utjeu?Veze sa vanjskom klimom?Potreba mjesta iza vanjskog zida?Potreba mjesta u prostoru?

Nosiva konstrukcija

Tip

Raspored stupova

Skuplje

a

irok

b

jeftinije

dcbedc

gust

69

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

ILI IZA NOSIVOG ZIDA

Poloaj a

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

Poloaj b

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

1

2

70

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

NOSIVOM ZIDU

Poloaj c

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

Poloaj d

4 Stup je dio vanjskog zida. Unutranja strana ima po pravilu zatitnu oblogu protiv poara.

3

4

71

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

NOSIVOM ZIDU

Poloaj e

5 Stup se nalazi ispred vanjskog zida. Ako se zahtjeva zatitna obloga protiv poara, onda se vanjski sloj praktino vodi oko stupa.

5

72

7.4. Varijacije tlocrta - stupovi - GUSTO RASPOREENI VANJSKI STUPOVI

Stupovi stoje gusto, njihov meusobni razmak odgovara irini katnog polja i irini prozora i fasadnih ploa. Oni se nalaze na fasadnom zidu ili u njemu.

Poloaj c

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

6

73

7.4. Varijacije tlocrta - stupovi - GUSTO RASPOREENI VANJSKI STUPOVI

Poloaj d

7 Stupovi formiraju sa zidom jednu konstrukcijsku cjelinu.

Poloaj e

8 Stup se nalazi ispred vanjskog zida. Ako se trai zatitna obloga protiv poara, onda se vanjski sloj izvodi praktino oko stupa.

7

8

74

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

elini skelet je kako je ve vie puta bilo izloeno sustavni nain graenja. Zbog toga nosiva konstrukcija i meukatna ploa nemaju na dva meusobno paralelna vanjska zida jednako oblikovanje. Razmaci izmeu stupova na uzdunoj i poprenoj strani zgrade su razliiti, a tada i optereenja poprenih presjeka stupova.

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

75

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

Rjeenja detalja (9 13)

76

7.4. Varijacije tlocrta graevine sa ortogonalnim rasterom - ZGRADE SA GUSTO RASPOREENIM STUPOVIMA

1 Nain graenja je pogodan za zgrade sa katnim povrinama velikih raspona u kojima se unutranji prostor, slobodan od stupova, moe proizvoljno koristiti, npr., za administrativne zgrade sa fleksibilnom podjelom katne povrine, 10 do 12 m iroke. Jednu dalje interesantnu primjenu ovaj nain graenja nalazi u konstrukcijama garaa.Konstruktivna visina katnih ploa ovisi o rasponu, a iznosi oko 35 do 70 cm.

1

77

7.4. Varijacije tlocrta graevine sa ortogonalnim rasterom - ZGRADE SA GUSTO RASPOREENIM STUPOVIMA

2 Ovim principom mogu se izvoditi i zgrade sa vie redova stupova. Redovi gusto poredanih unutranjih stupova nalaze se u zidovima hodnika. Kako i unutranji stupovi imaju male dimenzije, oni zahtijevaju malo prostora, ili mogu nestati u zidovima.Popreni zidovi se mogu u istoj konstrukciji vezati u svakoj osi stupova. Zbog fiksiranja redova unutranjih stupova ovaj sustav je naroito pogodan za graevine, kod kojih se, suglasno njihovoj namjeni ne oekuje neka promjena u raspodjeli prostora u podruju hodnika, npr., kod hotela ili kod krila bolnica sa krevetima.

2

78

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

Stupovi imaju u oba pravca velike meusobne razmake ime pravokutni raster stupova, sa velikim rasponima za katne nosae, a manjima za podvlake, daje ekonominu nosivu konstrukciju.

1 Zgrada ima samo daleko razmaknute vanjske stupove. Izmeu njih su postavljene podvlake. Meukatni nosai prolaze preko cijele irine zgrade. Unutranjost zgrade je slobodna od stupova te se moe dijeliti na proizvoljan nain. Vrlo povoljan raspored stupova za administrativne i visokokolske graevine

1

79

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

2 Zgrada ima vie redova daleko razmaknutih vanjskih i unutranjih stupova. Izmeu vanjskih stupova postavljene su pune podvlake, izmeu unutranjih stupova reetkasti nosai. Meukatni nosai su takoer reetkasti nosai iste visine, a lee izmeu podvlaka.

3 ire graevine mogu imati i etiri reda stupova. Oba unutranja reda stupova nalaze se s obje strane hodnika. Statiki bi bio dovoljan i jedan red stupova s jedne strane hodnika

2

3

80

7.4. Varijacije tlocrta graevine sa ortogonalnim rasterom - ZGRADE SA STUPOVIMA RASPOREENIM IZVANA

GUSTO IZNUTRA NA VELIKOM RAZMAKU

Kombinacija oblika nosivih konstrukcija kakve su prikazane na slijedeim slikama esto vode do prihvatljivih rjeenja. Gusto postavljenim vanjskim stupovima tedi se prostor i doputaju se pregradni zidovi u proizvoljnim osima meukatnih nosaa. Daleko razmaknuti unutranji stupovi olakavaju podjelu prostora. Preko podvlaka na njih se prenose optereenja meukatnih nosaa.

1 Kod ove trobrodne graevine iroka raspodjela unutranjih stupova omoguuje kako velike prostorije, tako i podjelu na hodnike i male prostorije sa pregradnim zidovima kod osam vanjskih stupova.

1

81

7.4. Varijacije tlocrta graevine sa ortogonalnim rasterom - ZGRADE SA STUPOVIMA RASPOREENIM IZVANA

GUSTO IZNUTRA NA VELIKOM RAZMAKU

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

3 Visoka kua sa ekscentrinom betonskom jezgrom. Stupovi prednje i bonih fasada su nosivi stupovi zgrade, stupovi zadnjeg zida nose samo fasadu. Izmeu jezgre i uglova zgrade dijagonalno su postavljene podvlake.

2

3

82

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

Prostori velikih raspona mogu zahtijevati da se podvlake prihvate glavnim nosaima, tako da se dobivaju tri reda nosaa. Glavni nosai su teki puni ili reetkasti nosai.

1 Tri reda nosaa lee jedan iznad drugog u ovoj meukatnoj konstrukciji velikog raspona. Glavni nosa ne dobiva optereenje neposredno od ploe.

2 Gornji pojas glavnih reetkastih nosaa moe leati u istoj ravnini sa meukatnim nosaima ili kod krova leati sa ronjaama i primati dodatnu silu pojasa i naprezanje savijanjem.

3 Glavni nosai i podvlake su reetkasti nosai istih visina. Meukatni nosai lee iznad vertikalnih punih tapova podvlaka. Konstrukcija koja tedi prostor katova velikih raspona i sa velikim optereenjem.

4 Reetkasti glavni nosai formiraju krute okvire sa tekim stupovima hale. Reetkaste podvlake i krovni nosai su tipski elementi jednog graevinskog sustava. - Slobodno Sveuilite Berlin

1

2

3

4

83

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

I kod trokutastog rastera stupova meukatna polja se dijele redovima meukatnih nosaa i podvlaka tako da se za meukatne ploe dobiju dovoljno mali rasponi. Na primjeru jedne osnovne kole bit e prikazane etiri mogunosti voenja nosaa.

1 Preko cijele osnove postavljen je pravokutni raster nosaa. 2 Podvlake i meukatni nosai su meusobno pod kutom od 60. 3 Meukatni nosai su postavljeni tako da idu okomito na vanjske zidove.

4 Za elinu konstrukciju se usvaja trokutasti raster. Trokutasta polja su podijeljena zvijezdom nosaa. Visina trokutnog polja sa kosim kutom je mala, tako da za meukatnu plou nastaju krupni rasponi. Mogua je primjena prefabriciranih trokutastih betonskih ploa.

1

2

3 4

84

7.4. Varijacije tlocrta graevine sa neortogonalnim rasterom- OKRUGLE GRAEVINE

Graevine sa okruglim oblikom osnove vrlo su pogodne za izvoenje u eliku, jer imaju mnoge jednake dijelove koji se ponavljaju.

Garana spirala1 Dvotrana 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 nosaa i meukatnih ploa.

2 Meukatna ploa je element spiralne povrine. Pravci AB i CD elementa ABCD povrine spirala lee horizontalno, a imaju visinsku razliku h.

Administrativne zgrade3 Nosiva konstrukcija ove administrativne zgrade sa

prstenastom osnovom noena je od vie grupa stupova koji su rasporeeni po koncentrinim krugovima. Vanjski stupovi su vjealice. U krunom unutranjem prostoru nalazi se vertikalna komunikacija. Vertikalno ukruenje sprovodi se parovima unutranjih stupova koji su spregnuti sa reetkama. Ploe se sastoje od betonskih talpi (prefabricirane tanke ploe).

1

2

3

85

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

Masivna meukatna ploa gore i dolje ravna koju bez elinih nosaa neposredno nose elini stupovi, moe imati samo mali ili srednje raspone (6 do 10 m). Ploa ima debljinu 20 do 40 cm. Ravnim izglednom masivne meukatne ploe uteuje se objeeni plafon.Ova jeftina meukatna konstrukcija pogodna je za stambene zgrade, domove, hotele, i ostale graevine sa malo instalacija. Meukatne ploe mogu zbog utede na teini imati uplje prostore. Mogue su rebraste ili kasetne ploe.

1 Ovaj sustav je naroito pogodan za izgradnju prema postupku Liftslab: meukatne ploe se betoniraju jedna preko druge na najniem nivou, a svaka ploa predstavlja oplatu za onu iznad sebe. Meuslojevima se sprjeava prianjanje. U prethodno predvienim otvorima postavljaju se elini stupovi koji idu kroz vie katova. Ploe se diu jedna za drugom u svoje konane poloaje pomou centralno upravljanog ureaja za dizanje koji je postavljen na gornjim krajevima stupova.

1

86

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

Sistem ravnih meukatova sa elinim gljivama

2 Primjena za viekatne graevine svih vrsta, ne samo za katove iznad zemlje, ve i za temelje i za suterenske katove

3 Detalj eline gljive, za vie detalja

2

3

87

7.5. Konceptualno projektiranje

SIGURNOSTSIGURNOST

UKLOPLJENOST U OKOLI

UKLOPLJENOST U OKOLI

ESTETIKAESTETIKA

EKONOMSKA PRIHVATLJIVOST

EKONOMSKA PRIHVATLJIVOST

RACIONALNO DIMENZIONIRANJE

RACIONALNO DIMENZIONIRANJE

88


FUNKCIONALNO PROJEKTIRANJEFUNKCIONALNO PROJEKTIRANJE

KONSTRUKCIJSKO PROJEKTIRANJE

KONSTRUKCIJSKO PROJEKTIRANJE

KONCEPTUALNO PROJEKTIRANJEKONCEPTUALNO PROJEKTIRANJE

89


Detalji eline konstrukcije koji nisu lijepi niti konstrukcijski korisni

90


RELIGIJARELIGIJA

ZNANOSTZNANOST

TEHNOLOGIJATEHNOLOGIJA

POKUSPOKUS

PRORAUNPRORAUN

POKUS I POKUS I PRORAUNPRORAUN

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

imaginacijaimaginacijaproraunproraun

pokuspokus

Isambard K. Brunel

93




RAZVOJA IDEJA

religijareligija

prirodni principiprirodni principi

pokuspokusvjetina obrtnikavjetina 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. Proraun konstrukcija

PREDNAPINJANJE

BETONSKE KONSTRUKCIJE

ELINE KONSTRUKCIJEDRVENE KONSTRUKCIJE

"TENSEGRITY" KONSTRUKCIJE

) NE BEZ INENJERA! Princip prednapinjanja

98


SUSTAVMATERIJALMATERIJAL

KONSTRUKCIJAKONSTRUKCIJA

FORMAFORMA

TEHNOLOGIJATEHNOLOGIJA

DJELOVANJADJELOVANJA

OGRANIENJA

Princip prednapinjanja Parametri za proraun prednapetih konstrukcija

99


MATERIJAL , FORMAKONCEPTUALNI PARAMETRI

ue 1

ue 2

AA BB

CCDD

M

AA BB

CCDD

Miznalaenje oblika

form finding

Princip prednapinjanja FORM FINDING

100


MATERIJAL

KONCEPTUALNI PARAMETRI

FORMA

Eiduine L0ipovrine 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. Proraun 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 koritenje ostalotenje ostalo

mostovimostovi

UZROCI OTEENJA KOD MOSTOVA I ZGRADA

Robustnost kod mostova

122


PREVENTIVNE MJERE ZA IZBJEGAVANJE NEELJENIH UDARA

ISKLJUUJE SE NEPREDVIDIVO OTKAZIVANJE

'POVOLJNO' REAGIRANJE KONSTRUKCIJE

MALA ODSTUPANJA U PRORAUNU NISU UZROK NEPROPORCIONALNO VELIKIH OTEENJA

UDARI RASPROSTRANJENI PO LOKACIJI I INTENZITETU


123

REDUNDANTNOST

SPRJEAVANJE OTKAZIVANJA

STABILIZIRANJE SUSTAVA

DUKTILNOST

MONOLITNI NAIN GRAENJA

DEFORMABILNOST

ISPUNJENJE KRITERIJA U FAZI PROJEKTIRANJA:

Robustnost kod mostova 7.8. Proraun konstrukcija - mostovi

124

RJEAVANJE 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. Proraun konstrukcija - mostovi

126

7.9. Proraun konstrukcija- optimalizacija

vanjsko oslanjanje vanjsko oslanjanje i dizanje uz pomoi dizanje uz pomo

stupovastupovadizanje dizanje pomopomou u kablovakablova

sustav sustav hidraulihidraulinog nog

podizanjapodizanja

Optimalizacija oblika konstrukcije imitiranjem prirode

127

Optimalizacija oblika konstrukcije imitiranjem prirode


128

Konceptualno projektiranje -generiranje sferinih ploha


129



130



131

7.10. Eksperimenti i modeli

NAJBOLJE ULAGANJE U GRAENJE JE NOVAC ULOEN U MODELE

MALI JEDNOSTAVNI MODELI ESTO DAJU VIE ODGOVORA NEGO TO SE PITANJEM ELJELO DOBITI.

Michelangelo

Heinz Isler

132

7.11. Primjeri iz prakse

11 UVJETA NATJEAJA

PODLOGEZA PRISTUP

KONCEPTUALNOM PROJEKTIRANJU

Konceptualno projektiranje pjeakog mosta u Japanu

PRVA NAGRADA - STUDENTI

133


NATJEAJ ZA MOST U HONG-KONGU

Konceptualno projektiranje mosta u Hong Kongu

134


VELIKI BROJ STUPOVA

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

A Konceptualno projektiranje mosta u Hong Kongu

135


LUK ULAZI U SLOBODNI PROFIL RIJEKE

NEMA PRIRODNOG OSLANJANJA ZA PREUZIMANJEHORIZONTALNE SILE LIJEVE TEMELJNE STOPE

B Konceptualno projektiranje mosta u Hong Kongu

136


PRESKUPO RJEENJE

RASPON OD 900 METARA PREMALI ZA VISEI MOST

C

VELIKI PROTUTERETI NA KRAJEVIMA


137


RASPON OD 900 METARA - SVJETSKI REKORD U ONO DOBA

D

NEEKONOMINO RJEENJE


138


PREVELIKA VISINA STUPA

E

NEEKONOMINO RJEENJE


139


NAJBOLJE RJEENJE

F Konceptualno projektiranje mosta u Hong Kongu

140

7.11. Primjeri iz prakse Konceptualno projektiranje stambenih jedinica

141


142


143

7.12. Izbor nosive konstrukcije elina ili armiranobetonska

7.12.1.

7.12.1.)

144


Tablica 7.12.1.

145


Slika 7.12.1. Optimalni raspon ploe

Slika 7.12.2. Optimalni rasponi sekundarnih nosaa meukatne konstrukcije

Slika 7.12.3. Podruja primjene betona i elika u ovisnosti rastera stupova

7.12.2.

7.12.3

146


Slika 7.12.4.

Usporedba razliitih konstrukcijskih sustava s jednakim momentom savijanja potpune plastinosti Mpl = 910 kNm

7.12.4.

147

NAPORA LINOSTI,NAPORA LINOSTI,

SVAKO GRADITELJSKO OSTVARENJE REZULTAT JESVAKO GRADITELJSKO OSTVARENJE REZULTAT JE

A TO NI JEDNA KOLA NEE DATI.A TO NI JEDNA KOLA NEE DATI.

DARA,DARA,KREATIVNOG POTENCIJALA,KREATIVNOG POTENCIJALA,