Dilatace nosných konstrukcí
2015/16
ČVUT v PrazeFakulta stavební
PS01 - POZEMNÍ STAVBY 1
doc. Ing. Jiří Pazderka, Ph.D.Katedra konstrukcí pozemních staveb
Zpracováno v návaznosti na původní přednášky KP20 prof. Ing. Petra Hájka, CSc.
Dilatace stavebních konstrukcí
Dilata ční spára
Je projektovaná spára ve stavební konstrukci, rozdělující stavbu nebo konstrukční část na samostatné dilatační celky.
Dilata ční spáry se navrhují v
● nosných konstrukcích (viz dále)● kompletačních konstrukcích (není předmětem PSA2)
Dilatačními spárami se rozděluje nosná konstrukce budovy na jednotlivé části z důvodů zamezení přenosu účinků z jedné části konstrukce do druhé tak, aby nebyly narušeny požadované funkce.
Důvody navrhování dilata ční spar - ú činky: ● Statické● Dynamické● Akustické● Tepelně technické
PS01 – Dilatace Ji ří Pazderka, K124, ČVUT FSv
Dilatace nosných konstrukcí
Dilata čními spárami se konstrukce rozd ěluje na menší celky tak, aby se eliminovaly možné poruchy nebo znehodnocení kvality vnit řního prost ředí způsobené:
● Objemovými změnami● Nerovnoměrným sedáním● Dynamickými účinky● Akustickými účinky● Konstrukčními a technologickými důvody
Dilata čních spar navrhujeme pouze nezbytn ě nutné množství !
Nutná optimalizace konstrukce budovy již v koncepčním návrhu.
Dilata ční spára: ● Prodražuje konstrukci budovy● Je místem potenciálních poruch:
- zatékání- akustické mosty- tepelné mosty
● Je často neestetická - designový problém
PS01 – Dilatace Ji ří Pazderka, K124, ČVUT FSv
Objemové změny konstrukcí
Dilatace nosných konstrukcí
PS01 – Dilatace Ji ří Pazderka, K124, ČVUT FSv
Účinky objemových změn
Příčiny objemových zm ěn stavebních konstrukcí
● Teplotní objemové změny (především délková teplotní roztažnost)● Objemové změny v důsledku změny vlhkosti konstrukce● Reologické změny stavebních materiálů (smršťování, dotvarování betonu)● Objemové změny v důsledku chemických procesů v konstrukcích
Délková teplotní roztažnost
Délkové přetvoření konstrukce „∆l“ vlivem teplotní roztažnosti lze stanovit ze vzorce:
∆l = α . l . ∆T [m]
α.......součinitel teplotní roztažnosti předmětné stavební konstrukcel........ délka dilatačního celku (konstrukce) ∆T.....rozdíl „výrobní“ teploty konstrukce a maximální teploty, které bude konstrukce v průběhu
užívání stavby vystavena
Šířka dilata ční spáry navrhované v konstrukci z důvodu délkové teplotní roztažnosti se stanoví na základě vypočítaného přetvoření konstrukce, tzn. dilatačního celku.
PS01 – Dilatace Ji ří Pazderka, K124, ČVUT FSv
Účinky objemových změn
Teplota povrchu konstrukce - ekvivalentní slune ční teplota
Te,ekv = Te + (An . I – ε . ∆IR) / αe
Te..... vnější teplota vzduchu [K]An.....součinitel pohltivosti slunečního záření
povrchem konstrukceI........ intenzita globálního slunečního záření
(podle orientace) [W.m-2]αe..... součinitel přestupu tepla z okolí na povrch
konstrukce [W.m-2.K-1]ε....... emisivita povrchu∆IR...dlouhovlnný zářivý tok povrchu [W.m-2]
Objemové zm ěny stavebních konstrukcí vlivem zm ěny vlhkosti
Délkovou vlhkostní roztažnost lze stanovit ze vzorce:
∆l = l . αm . ∆m
PS01 – Dilatace Ji ří Pazderka, K124, ČVUT FSv
Účinky objemových změn
Reologické zm ěny materiál ů
● Smršťování betonu a malt jako důsledek hydratačních procesů● Dotvarování nosných i nenosných konstrukcí● Přetvoření kompletačních konstrukcí vlivem dotvarování nosných konstrukcí
Objemové zm ěny v d ůsledku chemických proces ů v materiálech
● Vznik korozních produktů (např. „výkvěty“ solí na zdivu)● Krystalizační tlaky v pórech materiálu vlivem transportu vlhkosti
PS01 – Dilatace Ji ří Pazderka, K124, ČVUT FSv
Poruchy vlivem teplotní roztažnosti
PS01 – Dilatace Ji ří Pazderka, K124, ČVUT FSv
Nepřiznaná spára dilatační spára v obvodové konstrukci - vznik trhliny
Poruchy vlivem teplotní roztažnosti
Nepřiznaná spára dilatační spára v obvodové konstrukci - vznik trhliny
PS01 – Dilatace Ji ří Pazderka, K124, ČVUT FSv
Poruchy vlivem teplotní roztažnosti
Porušení atiky vlivem teplotní roztažnosti spádového betonu ve střešní konstrukci
PS01 – Dilatace Ji ří Pazderka, K124, ČVUT FSv
Návrh dilatačních spar - obj. změny
Přetvo ření konstrukce vlivem délkové teplotní roztažnosti
● Dilatační spára musí umožnit vodorovný pohyb konstrukce
● Spára musí procházet všemi nosnými i navazujícími kompletačními konstrukcemi (podlaha, střecha, obvodový plášť budovy, apod.)
● Dilatační spára obvykle neprochází základovou konstrukcí .
PS01 – Dilatace Ji ří Pazderka, K124, ČVUT FSv
Návrh dilatačních spar - obj. změny
Železobetonové konstrukce
Maximální velikost dilatačního celku se stanoví podle NAD ČSN EN 1992-1-1 na základě následující tabulky:
Každá dilatační spára prodražuje konstrukci a zároveň je většinou také místem potenciálních poruch – je nutné navrhovat pouze nezbytn ě nutné množství dilata čních spar , tzn. maximální velikosti dilatačních celků.
PS01 – Dilatace Ji ří Pazderka, K124, ČVUT FSv
Návrh dilatačních spar - obj. změny
Ztužení uprostřed dilatačního celku
Nechráněnákonstrukce
Ztužení na jednom konci dil. celku
Chráněnákonstrukce
Ztužení na obou koncích dil. celku PS01 – Dilatace Ji ří Pazderka, K124, ČVUT FSv
Návrh dilatačních spar - obj. změny
Konstrukce z prostého betonu a slab ě vyztuženého betonu
Nenosné betonové sou částí stavebních objekt ů
PS01 – Dilatace Ji ří Pazderka, K124, ČVUT FSv
Návrh dilatačních spar - obj. změny
Zděné konstrukce
Ocelové konstrukce
PS01 – Dilatace Ji ří Pazderka, K124, ČVUT FSv
Konstrukční řešení dilatačních spar
Konstruk ční řešení dilata čních spar kompenzujících délkovou teplotní roztažno st
Základní princip: zajištění vodorovného pohybu konstrukce
Zdvojení svislé nosné konstrukce
Zdvojení neprochází základovoukonstrukcí (sloupy mají společnou patku)
PS01 – Dilatace Ji ří Pazderka, K124, ČVUT FSv
Konstrukční řešení dilatačních spar
PS01 – Dilatace Ji ří Pazderka, K124, ČVUT FSv
Zdvojení svislé nosné konstrukce
Konstrukční řešení dilatačních spar
Zdvojení svislé nosné konstrukce
PS01 – Dilatace Ji ří Pazderka, K124, ČVUT FSv
Konstrukční řešení dilatačních spar
Jednostranné kluzné uloženíDilatační spára ve stropní desce v místě předpokládaných nulových momentů
PS01 – Dilatace Ji ří Pazderka, K124, ČVUT FSv
Konstrukční řešení dilatačních spar
Jednostranné kluzné uložení
PS01 – Dilatace Ji ří Pazderka, K124, ČVUT FSv
Konstrukční řešení dilatačních spar
Jednostranné kluzné uložení
Dilatační spára v místě průvlaku - kluzné uložení průvlaku
PS01 – Dilatace Ji ří Pazderka, K124, ČVUT FSv
Konstrukční řešení dilatačních spar
Jednostranné kluzné uložení
Dilatační trny
PS01 – Dilatace Ji ří Pazderka, K124, ČVUT FSv
Konstrukční řešení dilatačních spar
Jednostranné kluzné uložení
Dilatační trny
PS01 – Dilatace Ji ří Pazderka, K124, ČVUT FSv
Konstrukční řešení dilatačních spar
Jednostranné kluzné uložení
Dilatační trny - náhrada tradičního řešení
PS01 – Dilatace Ji ří Pazderka, K124, ČVUT FSv
Konstrukční řešení dilatačních spar
Jednostranné kluzné uložení
Dilatační trny
PS01 – Dilatace Ji ří Pazderka, K124, ČVUT FSv
Konstrukční řešení dilatačních spar
Příklady řešení dilata čních spar
PS01 – Dilatace Ji ří Pazderka, K124, ČVUT FSv
Konstrukční řešení dilatačních spar
Příklady řešení dilata čních spar
PS01 – Dilatace Ji ří Pazderka, K124, ČVUT FSv
Konstrukční řešení dilatačních spar
Příklady řešení dilata čních spar
PS01 – Dilatace Ji ří Pazderka, K124, ČVUT FSv
Konstrukční řešení dilatačních spar
Zdvojení svislé nosné konstrukce
PS01 – Dilatace Ji ří Pazderka, K124, ČVUT FSv
Konstrukční řešení dilatačních spar
Příklady řešení dilata čních spar
PS01 – Dilatace Ji ří Pazderka, K124, ČVUT FSv
Konstrukční řešení dilatačních spar
Příklady řešení dilata čních spar
PS01 – Dilatace Ji ří Pazderka, K124, ČVUT FSv
Konstrukční řešení dilatačních spar
Dilata ční profily do konstrukce podlahy
[3]
PS01 – Dilatace Ji ří Pazderka, K124, ČVUT FSv
Konstrukční řešení dilatačních spar
Dilata ční profily do konstrukce podlahy
[3]
PS01 – Dilatace Ji ří Pazderka, K124, ČVUT FSv
Konstrukční řešení dilatačních spar
Dilata ční profily do konstrukce podlahy
[3]
PS01 – Dilatace Ji ří Pazderka, K124, ČVUT FSv
Konstrukční řešení dilatačních spar
Dilata ční profily do konstrukce st řechy
[3]
PS01 – Dilatace Ji ří Pazderka, K124, ČVUT FSv
Nerovnoměrné sedání staveb
Dilatace nosných konstrukcí
PS01 – Dilatace Ji ří Pazderka, K124, ČVUT FSv
Nerovnoměrné sedání staveb
Příčiny nerovnom ěrného sedání staveb
● Nepravidelné podloží v místě stavby● Velký rozdíl v napětí v základové spáře pod různými částmi objektu● Různý způsob založení objektu● Časový odstup mezi realizacemi různých částí objektu
Účinky nerovnom ěrného sedání
● Rozdílné sedání budovy způsobuje zvýšení napětí v konstrukcích
● Zvýšené napětí v konstrukcích může způsobit statické poruchy:
- tahové trhliny- smykové trhliny- deformace konstrukcí
(Podrobně viz další přednáška)
PS01 – Dilatace Ji ří Pazderka, K124, ČVUT FSv
Nerovnoměrné sedání staveb
Příklady poruch vlivem nerovnom ěrného sedání
PS01 – Dilatace Ji ří Pazderka, K124, ČVUT FSv
Nerovnoměrné sedání staveb
Příklady poruch vlivem nerovnom ěrného sedání
PS01 – Dilatace Ji ří Pazderka, K124, ČVUT FSv
Návrh dilatační spáry - sedání
Princip návrhu dilata ční spáry z d ůvodu nerovnom ěrného sedání stavby
● Dilatační spára musí umožnit zejména svislý (ale i vodorovný) pohyb konstrukce
● Spára musí procházet všemi nosnými i navazujícími kompletačními konstrukcemi
● Dilatační spára vždy prochází i základovou konstrukcí .
● Lze zároveň navrhnout i prokompenzaci objemových změn
PS01 – Dilatace Ji ří Pazderka, K124, ČVUT FSv
Návrh dilatační spáry - sedání
Schematické znázorn ění umíst ění dilata ční spáry v závislosti na p říčině nerovnom ěrného sedání budovy
Nepravidelné podloží v místě stavby Rozdílná úroveň základové spáry
PS01 – Dilatace Ji ří Pazderka, K124, ČVUT FSv
Návrh dilatační spáry - sedání
Schematické znázorn ění umíst ění dilata ční spáry v závislosti na p říčině nerovnom ěrného sedání budovy
Rozdílné napětí v základové spáře Rozdílné napětí v základové spáře(různá výška objektu) (různé užitné zatížení)
PS01 – Dilatace Ji ří Pazderka, K124, ČVUT FSv
Návrh základových konstrukcí - sedání
Základní princip
Nutná dostatečná vzdálenost mezi dilatovanými základovýmikonstrukcemi tak, aby nedošlo k překročení únosnosti zákl. půdy.
Zjednodušené schema:
PS01 – Dilatace Ji ří Pazderka, K124, ČVUT FSv
min aa a min aa a
45o
Eliminace nerovnoměrného sedání
Principy konstruk čního řešení eliminujícího nerovnom ěrné sedání stavby
● Liniové oddálení svislých nosných konstrukcí a jejich základů pomocí- vykonzolování stropních konstrukcí- vloženého oboustranně kluzně uloženého stropního pole
● Prost řídání modulace (pouze u skeletových systémů) v kombinaci s vykonzolovánímstropní konstrukce. Díky tomu je možné menší liniové oddálení svislých konstrukcí.
● Omezení nerovnoměrného sedání volbou základové konstrukce- použití hlubinných základů (nerovnoměrné podloží)- proměnný charakter plošných základů v rámci objektu, respektující
rozdílné zatížení z jednotlivých svislých konstrukcí- proměnný charakter plošných základů v rámci objektu, respektující
nepravidelný charakter podloží v místě stavby
Dilata ční spára navržená z d ůvodů nerovnom ěrného sedání stavby je vždy dražší neždilata ční spára kompenzující pouze objemové zm ěny konstrukcí.
PS01 – Dilatace Ji ří Pazderka, K124, ČVUT FSv
Konstrukční řešení dilatace - sedání
Vykonzolování stropních konstrukcí
● Vykonzolování max. 1/3 rozpětí pole stropní konstrukce (pnutí ve směru konzoly)
PS01 – Dilatace Ji ří Pazderka, K124, ČVUT FSv
Konstrukční řešení dilatace - sedání
Vložené stropní pole, oboustrann ě kluzn ě uložené
● Nevýhoda - 2 dilatační spáry
PS01 – Dilatace Ji ří Pazderka, K124, ČVUT FSv
Konstrukční řešení dilatace - sedání
Prost řídání modulace v kombinaci s vykonzolováním stropní konstrukce
● Pozor na vzdálenosti patek v obou směrech (nejen kolmo na spáru).
PS01 – Dilatace Ji ří Pazderka, K124, ČVUT FSv
Konstrukční řešení dilatačních spar
Příklady řešení dilata čních spar
PS01 – Dilatace Ji ří Pazderka, K124, ČVUT FSv
Konstrukční řešení dilatačních spar
Příklady řešení dilata čních spar
PS01 – Dilatace Ji ří Pazderka, K124, ČVUT FSv
Konstrukční řešení dilatačních spar
Příklady řešení dilata čních spar
PS01 – Dilatace Ji ří Pazderka, K124, ČVUT FSv
Konstrukční řešení dilatačních spar
Dilata ční profily do konstrukce podlahy na terénu
[3]
PS01 – Dilatace Ji ří Pazderka, K124, ČVUT FSv
Děkuji za pozornost
Literatura použitá v prezentaci:
[1] Hájek P.: Přednášky KP20, ČVUT v Praze, Fakulta stavební, Praha 2004
[2] ČSN EN 1992-1-1, Eurokód 2: Navrhování betonových konstrukcí - Část 1-1
[3] Podklady firmy Interceramica, spol. s.r.o.
PS01 – Dilatace Ji ří Pazderka, K124, ČVUT FSv