Lánek Stanovení efektivních parametrů vyztužení železobetonových konstrukcí z časopisu CADmaster č. 3(85) 2016

Stanovení efektivních parametrů pro vyztužení železobetonových konstrukcí

Program SCAD++ umožňuje přesně určit obsah výztuže betonu pro jednotlivé prvky a celou konstrukci jako celek. Výpočty se provádějí v počáteční fázi návrhu, ještě před zahájením vývoje výkresů pro fázi QL/QL. V režimu „Zkouška železobetonu“ postprocesoru „ŽB“ můžete pomocí operace „Hmotnost zadané výztuže“ nejen určit spotřebu výztuže v reálném čase, ale také (což je velmi důležité) zkontrolovat, kolik specifikovaná výztuž splňuje nezbytná kritéria pro pevnost konstrukce podle zvoleného návrhu norem.

Stáhnout článek ve formátu PDF <small>- 9.82 MB</small>

<small>Domů » CADmaster č. 3(85) 2016 » Architektura a stavebnictví</small> Stanovení efektivních parametrů pro vyztužení železobetonových konstrukcí

V současné době se monolitický železobeton (poskytující libovolný tvar výrobků, svobodu plánování a mnoho dalšího) rozšířil a používal ve srovnání s železobetonovými prefabrikáty (omezený rozsah prefabrikovaných výrobků a rozpětí). Prefabrikáty přitom obstály ve zkoušce času z hlediska spolehlivosti a životnosti a jejich vyztužení je optimální z hlediska určitého podmíněného poměru „materiál – náklady na stavbu“. U monolitických konstrukcí je množství výztuže ve většině případů proměnlivé a závisí na mnoha výchozích faktorech: geologie, typ základu, zatížení, geometrie budovy

To je třeba chápat při navrhování monolitických konstrukcí a neřídit se vzorem zákazníků, kteří mají do strojírenství daleko a chtějí především optimalizovat své stavební náklady.

Jak je známo, aby byla zajištěna potřebná pevnost a stabilita budovy nebo konstrukce, je nutné provést příslušné výpočty a vybrat požadované množství výztuže, aby odolalo stávajícímu zatížení. Konstrukce přitom musí splňovat požadavky jak pro 1. skupinu (pevnost, stabilita), tak pro 2. skupinu (průhyby, šířka otevření trhlin) mezních stavů.

V projekční praxi se vytvořil určitý podmíněný parametr, pomocí kterého je možné odhadnout cenu kovu v konstrukci: obsah výztuže v betonu (zpravidla se bere hmotnost veškeré výztuže v konstrukci – podélná a příčný – a vydělte jej objemem jeho betonu, čímž získáte parametr v kg/m3 ).

V současných stavebních předpisech [1−3] přitom takový parametr zcela chybí a není nijak regulován. Normy pouze uvádějí nutnost zajistit v řezu prvku minimální procento vyztužení z plochy betonu (min 0,05–0,25 %) a nepřímo doporučují optimální procento vyztužení v konstrukcích na úrovni cca 3 %. (jde opět o optimalizační odezvu pro prefabrikované konstrukce).

Do určité míry se množství výztuže v konstrukcích odráží v některých odhadových normách [4, 5]. Tam se hodnota výztuže v betonu pohybuje v rozmezí 190-200 kg/m 3 – opět bez vazby na různé proměnlivé výchozí údaje.

Pro odhad hodnoty obsahu výztuže v betonu monolitických konstrukcí provedeme malý numerický experiment. Vezměme si například fragment desky o rozměrech 1,0 × 1,0 m v půdorysu se dvěma výztužnými sítěmi na každém líci, s roztečí prutů 100 × 100 mm, a budeme sledovat změnu obsahu výztuže v betonu v závislosti na na změnách některých počátečních parametrů: tloušťky desky a průměru výztuže (obr. 1).

Jak je patrné z výše uvedených údajů, i za „ideálních“ návrhových podmínek (absence příčné výztuže, dodatečné výztuže, různé prvky lokální výztuže, hodnota obsahu výztuže např. pro prvek tloušťky 200 mm s výztuží umístěných v něm ze dvou ok o průměru 10 mm je 123,2 kg/m 3. Za přítomnosti různých přídavných faktorů se celkový obsah výztuže v betonu prudce zvýší.

Poměrně pracné a rutinní práce na stanovení obsahu výztuže v betonu pro některé jednotlivé prvky a celou konstrukci jako celek ve fázi počátečního návrhu (dokonce před vývojem výkresů pro fázi KZH/KZHI) lze provádět s poměrně vysokým přesnost v programu SCAD++. V režimu „Zkouška železobetonu“ postprocesoru „ŽB“ pomocí operace Hmotnost určené výztuže (obr. 2), lze v reálném čase nejen zjišťovat spotřebu výztuže, ale zároveň (což je velmi důležité) kontrolovat, do jaké míry daná výztuž splňuje potřebná kritéria pro pevnost konstrukce v souladu s s vybranými konstrukčními standardy.

Je třeba si uvědomit, že program počítá spotřebu:

• výztuž bez zohlednění jejího přesahu a ohybů, což může ke skutečné spotřebě výztuže přidat cca 15-20%;
• beton, s přihlédnutím k průsečíkům prvků, protože ke spojování prvků dochází podél osy tyče a střední roviny deskových prvků (nárůst asi 5–10 %).

Rýže. 1. Obsah výztuže v betonu (kg/m3) pro monolitický fragment o ploše 1 m2 pro různé výchozí údaje:
a) s různými průměry výztuže, b) s různými tloušťkami desek

Celková spotřeba výztuže a betonu v každé budově závisí na mnoha faktorech, které lze do určité míry upravit v počáteční fázi výpočtu a návrhu. Hlavní faktory, které ovlivňují spotřebu betonu a výztuže v konstrukcích a budovách, jsou uvedeny v tabulce. 1.

Tabulka 1. Faktory ovlivňující spotřebu betonu a výztuže

V tabulce 2 si ukážeme na různých typech reálných budov a konstrukcí, jak proměnlivá může být hodnota obsahu výztuže v betonu a jak závisí na různých výchozích údajích – typ základu, rozteč nosných svislých prvků, tloušťka prvků, počet podlaží budovy, nosnost

Přesněji lze obsah výztuže v betonu určit podle vzorce:

kde
	— obsah výztuže v betonu pro celou budovu, kg/m 3 ;
	— obsah výztuže v betonu pro jednotlivé konstrukční prvky (základní deska, podlahové desky kg/m 3 ;
	— měrná hmotnost betonu jednotlivých konstrukčních prvků v celkovém objemu betonu budovy, %, %;
n	– celkový počet konstrukčních prvků budovy.

Tabulka 2. Obsah výztuže v betonu pro různé typy budov

Závěry

• Vše výše uvedené odůvodňuje tvrzení, že obsah výztuže v betonu (kg/m 3 ) u monolitických konstrukcí není konstantní hodnota a do značné míry závisí na měnících se výstupních údajích – typu základu, sklonu nosných svislých prvků, tl. prvků, počet podlaží budovy, nosnost a mnoho dalších faktorů.
• Množství obsahu výztuže v betonu konstrukcí je čistě individuální charakteristikou každé konkrétní konstrukce a mělo by být založeno na příslušných pevnostních výpočtech, mělo by být důsledkem těchto výpočtů a také splňovat konstrukční požadavky pro tento typ konstrukce.
• Pomocí nových funkcí implementovaných ve 21. verzi programu SCAD++ bylo možné v počáteční fázi návrhu (fáze výpočtového diagramu) rychle získat data o spotřebě betonu a výztuže jak pro jednotlivý prvek, tak pro celou budovu jako celek. Na základě získaných údajů projektant v případě potřeby rozhodne o změně konstrukčního řešení budovy a posoudí, jak moc tyto změny ovlivní obsah výztuže v betonu. V předchozích verzích SCAD byl tento problém také řešen, ale mnohem pracnějším způsobem a zároveň to vyžadovalo, aby konstruktér strávil spoustu času prováděním velkého množství rutinních operací.

Literatura

1. SP 63.13 330.2012. Betonové a železobetonové konstrukce. Základní ustanovení (Aktualizované vydání SNiP 52−01−2003).
2. SP 52−101−2003. Betonové a železobetonové konstrukce bez předpínací výztuže.
3. Příručka pro navrhování betonových a železobetonových konstrukcí a těžkého betonu bez předpínací výztuže (k SP 52−101−2003).
4. GESN 81−02−06−2001.
5. FER 06−01−001−17.