Az épületszerkezettan tárgya - epito-egyetemi.uw.huepito-egyetemi.uw.hu/tan/epszerk/eloadas_1_bevezeto.pdf · Az épületszerkezettan tárgya Az épületszerkezettan tárgya, az

Az épületszerkezettan tárgya

Az épületszerkezettan tárgya, az épületszerkezetek feladata

Az épületszerkezettan az építés alapvet fontosságú feladataival foglalkozikTárgyalja a szerkezeti, konstrukciós elveket a szerkezetépítést l a befejez munkákig, érinti a kivitelezési, technológiai kérdéseket, és foglalkozik a gyártási eljárásokkal is.

Minden épületszerkezet• statikai viszonyok függvénye,• épületfizikai hatások,• épít anyag-tulajdonságok befolyásolják ket,• hatósági el írások, szabványok érvénye alatt állnak,• költségvonzatuk van.Az épületszerkezetek feladata:• a tér, a teret használók védelme,• a térben zajló folyamatok kívánatos körülményeinek

biztosítása,• a szerkezetek károsodás-mentes funkcióképességének elvárt

id tartamú meg rzése.

Az épületek csoportosítása és f szerkezeteiA szerkezetek csoportosíthatók a térszinthez viszonyított helyzetük

szerint:• alépítményi és • felépítményi szerkezetek, illetveaz épületen betöltött feladatuk szerint:• els rend , primer – a teherhordásban résztvev , az épület

fennállásáig meg rzend – szerkezetek,• másodrend szerkezetek – a kiépítés szerkezetei, melyek az

épület fennállása során esetleg többször is átalakításra kerülnek.Az épületek csoportosíthatók • jellemz épít anyaguk alapján (vályog, tégla, vasbeton stb.),• kivitelezési módjuk alapján (kézm ves jelleg , pl. falazott, vagy

iparosított, pl. el regyártott vasbeton paneles), vagy• teherhordó szerkezetük alapján.Az épület jellemzésére a szakma ez utóbbit találta a

legmegfelel bbnek, így a klasszikus épületszerkezettan az épületeket teherhordó szerkezetük szerint tárgyalja megkülönböztetve:

• a teherhordó falas és • a vázas épületeket.

lépcs házi falak

lépcs k

merevít fal / rácsozatmerevít fal

födém

vázas épületnéloszlop +

vázgerenda / keret

falazott épületnélteherhordó fal

alapozás

Az épület els rend ,teherhordó szerkezetei:

felületképzések

használati / üzemi víz elleni szigetelések

burkolatok (padló és fal)

nyílászárók

kémények, szell z k

lapostet k szigetelése

magastet : fedélszék (tartószerkezet) + fedés

talajjal érintkez szerkezetek szigetelése

válaszfalak

t zfalak

lakáselválasztó falak

Másodrend szerkezetek és befejez , szakipari munkák

Épületszerkezetek épületen belül betöltött szerepe

Hatások, követelmények, védelmi funkciókAz épületet ér hatások jellegük szerint:• statikai,• meteorológiai és• használati hatások.Az igénybevételek és a szerkezet jellemz i közötti összefüggés az alábbi

sémával jellemezhet :hatás követelmény szerkezet teljesítménye

megfeleltetésStatikai követelményekAz épületre terhek, igénybevételek hatnak• önsúly,• hasznos terhek (használat, berendezés, tárolás stb.)• hóteher (jég)• szélnyomás, szélszívás,• dinamikus terhek, (gépe, közlekedés, földrengés, stb.)• h hatások (h mérsékletingadozás évszakok, napszakok szerint,

egyenl tlen h mérséklet-eloszlás égtájak szerint),• süllyedések (pl. a talaj teherbíró képességének rossz megítélése,

egyenl tlen terhelés miatt).Ezek képezik a statikai számítások alapját, melyek célja az épület

teherhordásának és állékonyságának biztosítása.

A teherhordó szerkezetek keretként viselkednek, akár rúd- akár felület-jellegelemekb l állnak. Az igénybevételek hatására az egyes elemek deformálódnak, s ezek a deformációk a szomszédos elemekre átadódnak. A teherhordó szerkezetek alakváltozása valamennyi alárendelt szerkezetre hatással van. Az egyes szerkezeti elemek össze- és beépítésénél úgy kell eljárni, hogy mindebb l károsodások ne keletkezzenek.

Az épület statikai kialakítása, elemeinek méretezése valamennyi igénybevételnek, önsúlynak és hasznos tehernek meg kell feleljen, s mindezeket biztonsággal kell átadni az alapokon keresztül az altalajnak. Az épület mozgásai és alakváltozásai sz k és jól definiált határok között kell maradjanak.

Az épület állékonyságát a felületjelleg szerkezeti elemek (falak, födémek) és azok kapcsolata határozza meg. A felületelem a síkjában ható er kkelszemben tárcsaként, a felületére mer leges er kkel szemben lemezként viselkedik. A nagy függ leges és a vízszintes er k felvétele történhet nehéz falakkal, a falnak az alapba való befogásával, vagy a szomszédos épületrészek általi megtámasztással. Merevítésre a mer leges falak egymásra-hatása használható ki. Ez azonban megfelel – nyíróer kfelvételére alkalmas – szerkezeti kapcsolatot tételez fel. E hatás függ a merevítend fal magasságától és vastagságától, ezek egymás közötti távolságától, a merevítend fal hosszától és súlyától. A merevítésbe a födém – mely kedvez esetben saját síkjában merev tárcsaként m ködik –bevonható. Vázas épületek merevítésére az oszlopokat összeköt átlósrudakat is használnak, korlátozott szintszámig pedig az oszlopok és gerendák merev sarok-csomópontjaira bízzák e feladatot.

Feltételezve, hogy a födém a vízszintes síkú merevítés szerepét ellátja, a kétirányú, függ leges síkú merevítés feladatát kell megoldani. Ennek f szabályai:

• a merevít k kössék össze a függ leges teherhordószerkezeteket,

• a teherhordó és merevít szerkezetek nyomvonalának meghosszabbításaiból egynél több metszéspont adódjék,

• a merevít szerkezetek súlypontja és az épület súlypontja essen egybe,e két utóbbi követelmény teljesülése akadályozza meg az épület elcsavarodását,

• merevít András-keresztek illetve falak helyett a függ legesközlekedés szerkezeteit – lépcs k, liftek - befogadó merevít magokis alkalmazhatók.

Az épület hossztengelyével párhuzamos teherhordó falas épületet hosszfalasnak, az épület hosszirányára mer leges teherhordó falas épületet harántfalasnak nevezik. Hasonló az értelmezése a hossz-illetve harántvázas épületnek. A vegyes elrendezés épületeknél -melyek hossz- és haránt irányú teherhordó falakkal (keretekkel) egyaránt rendelkeznek – kedvez esetben a merevítés magából az elrendezésb l adódhat.

Épületfizikai követelményekA jó állapotú, egészséges öreg épületek vastag falakkal, nehéz födémekkel

rendelkeznek. Ha bels tereik megvilágítása és szell zése jó, az alábbi értékes tulajdonságokkal rendelkeznek: szárazak, télen melegek, nyáron h vösek és csendesek.

Az 1920-as évekt l az épít anyag-kutatásnak és a fejl d statika pontosabb méretezési eljárásainak köszönhet en a falak, födémek vastagsági mérete, tömege csökkent. Ez gondosabb tervezést, fokozott szellemi ráfordítást igényelt annak érdekében, hogy az épület használati értéke ne csökkenjen. A modern építészet kialakulása idején azonban az épületfizikai ismeretek hiányosak, a rendelkezésre álló anyagok és technológiai lehet ségeksz kösek voltak. Mindez építési hibákhoz vezetett, melyek felismerése és elhárításának szüksége hívta életre az épületfizika tudományát.

Az épületet ér hatások

A felsoroltak többsége az épületfizika illetékességi körébe tartozik.

csapadék(es , hó, jég)

t zszél

radon-gázszennyez anyagok,por, szennyezanyagok,

napsugárzás

nedvességnedvesség, párazajh mérséklet

talajból származóhasználatból adódókörnyezetimeteorológiai

A h védelem és célja:• a megfelel komfortfeltételek biztosítása,• a szerkezeteinek megóvása,• az épület energia-fogyasztásának korlátozása.Az épület energiafogyasztását az alábbiak befolyásolják:• a földrajzi hely és a magasság,• a tájolás és a szélirány,• a tömeg, a tagoltság, a küls leh l felület és a f tött bels tér aránya (m2/m3),• az alaprajz, a f tött és f tetlenterek helyzete, az átmen kürt k, az épület szakaszolása, a

szélfogó el tér, a terek magassága,• a szerkezetek tömege és h szigetelése,• az ablakok nagysága, tájolása, min sége, árnyékolása,• a f tési és légtechnikai berendezések és üzemelési rendszerük.Téli állapotAz épületfizikai ellen rzés korábban a térhatároló szerkezetek h átbocsátási tényez jének (k

W/m2K korlátozásán alapult. Ma komplex elemzést végeznek, s az épület egésze energia-fogyasztására nézve tesznek megszorításokat. Figyelembe veszik az üvegezett felületeken a térbe jutó sugárzás energiahozamát. (A küls falak “k” értéke ma az 1970-ben építetteknek kevesebb, mint a fele. Ez a szint a régi falak homlokzatára pótlólag szerelt 6-10 cm vastag h szigeteléssel elérhet .) Ma figyelembe veszik az üvegezett felületek energiahozamát

Nyári állapotA tervezés célja a nyári túlmelegedés megakadályozása. A korábbi álláspont szerint ebben a

vonatkozásban a küls térhatárolók h mérsékleti amplitúdó-viszonyai, valamint fáziseltolása volt a meghatározó. Ma az el írás a transzparens szerkezeteken át a bels térbe jutóenergiahozamot korlátozza. Figyelembe veszi a bels térhatárolók h tároló képességét, h mérsékletingadozást csillapító, késleltet hatását, valamint a nyílászárók árnyékolásában és a terek természetes szell ztetésében (éjszaka és hajnalban is) rejl lehet ségeket. Ennek jelent sége annak ismeretében mérhet fel leginkább, hogy a h tés energia-ráfordítása a f tésénél 5-10-szer drágább.

Az épület energetikai szempontból megfelel kialakításához számításokat kell elvégezni.

NapvédelemA Nap pályája a földrajzi helynek és az évszaknak megfelel . A napsugárzás

következményeit a bels térben az üvegház-hatás jelensége írja le: az üvegezett felületeken bejutó sugárzás a bels szerkezeteken elnyel dik, s azok felmelegedve hosszú-hullámú sugárzást bocsátanak ki. Erre az üveg átlátszatlan, így ez a sugárzás felmelegíti a tér leveg jét. A felmelegedés mértéke az üvegezett felületek tájolásától és nagyságától függ. Az épületszerkezetek h mérsékleténekemelkedése néhány órán belül 50 °C is lehet.

A h mérséklet emelkedése h tágulást, h mozgást vált ki, ami pl. repedések kialakulásához, burkolatok felválásához vezethet.

A károsodások megel zhet k:• megfelel (világos) szín választásával,• mozgási hézagok kialakításával,• feszültségmentesít , csúsztató rétegek beiktatásával,• hátszell z légréses szerkezet-kialakítással.A napsugárzásból a hullámhossz szerint• a 4 %-nyi ultraibolya sugárzás a szerkezetek “öregedéséért” felel s,• a 45 %-nyi látható fénynek a terek természetes megvilágítása köszönhet ,• az 51 %-nyi infravörös sugárzás pedig az anyagok, szerkezetek felmelegedését

okozza.Az elmúlt századfordulón az ablak aránya a homlokzat felületének ~ 15 %-a volt. 1970-re

ez ~ 90 %-ra n tt. Ésszer arányát ma a természetes megvilágítás, a sugárzás-és h védelem alapján határozzák meg. Napvédelemként pedig mobil árnyékolószerkezeteket alkalmaznak.

Az épület egységes energetikai rendszer. A f tés – szell zés – napvédelem –természetes megvilágítás csak együttesen tervezhet .

Védelem a szél hatásai ellenA szél hatással van az épület leveg -forgalmára. A pórusokon és réseken átáramló

leveg okozza – iránya szerint – az ex- illetve infiltrációt, melynek mértéke állandóan változik. A filtráció szükséges mértéke a bels terek egészséges légállapotának el feltétele. Az általa okozott energia-veszteséget a f tésméretezésénél, mint szell zési pótlékot veszik figyelembe. A túlzott filtráció ellen –pl. a csatlakozási hézagok tömítésével, légzáró fóliák beépítésével - védekezni kell.

A szél mechanikai hatása ellen a szerkezeteket biztosítani kell. Különösen kritikus a szélszívás, mely ellen rögzítéssel (pl. tet cserepeknél vihar-kapoccsal, homlokzati h szigetel lapoknál tárcsás rögzít csavarral), vagy leterheléssel (pl. lapostet kleplesített szigeteléseinél kavicsterítéssel vagy betonlapok lerakásával) kell védekezni.

NedvességvédelemAz épületet ér nedvességhatások:• a tet kön, homlokzatokon, erkélyeken és teraszokon: csapadék,• a talajjal érintkez szerkezeteken: talajpára, talajnedvesség, talaj-, réteg- és

torlaszvíz,• bels térben: pára, használati és üzemi víz.A nedvesség elleni védelem a tet k n, a talajjal érintkez szerkezeteknél és a nedves

üzem bels terekben els sorban szigetelést jelent, küls falaknál pedig megfelelhomlokzatképzést és a csatlakozási hézagok tömítését.

A terek használata során termel d pára a küls és bels tér közötti páranyomás-különbség hatására a nagyobb nyomású helyr l a kisebb nyomású irányába (télen a f tött terekb l a küls tér felé) törekszik. A folyamat h mérséklet-függ . Ha a bels felületen páralecsapódás, vagy a szerkezeten belül párakicsapódás –kondenzáció – következik be, az szerkezeti károsodást – penészedést, korhadást, korróziót – okozhat. A küls zónában fagykárok keletkezhetnek. Mindezek ellen a szerkezet és csomópontjai megfelel kialakításával kell védekezni.

A h - és a páravédelem összefügg. A réteges szerkezetek felépítése akkor helyes, ha az egymásra épül rétegek

• h szigetel értéke belülr l kifelé n ,• páraátbocsátási ellenállása belülr l kifelé csökken.Az összetett hatás problémája.A fenti meteorológiai, épületfizikai hatások nem izoláltan jelentkeznek, hanem együttesen,

s így igénybevételük fokozott:• a széllel érkez es , a csapóes képes fölfele folyni a homlokzaton,• az er s szél és hideg együttesen fokozott h t hatást fejt ki,• a h séget követ zivatar hirtelen állapotváltozást jelent, s párakicsapódást is

okozhat.

Hangvédelem A hang hordozója a leveg , amely rezgésbe jön, és a rezgést átadja a környezetnek. A

hangvédelemben a hajlító és hosszhullámok bírnak jelent séggel.A hangvédelem:• aktív, vagy primer, ha a hang keletkezésének megakadályozására és• passzív, vagy szekunder, ha a hang közvetítésének mérséklésére irányul.Az épületekkel kapcsolatosan védekezés:• léghang ellen pl. elegend en nagy felületi tömeget (~400 kg/m2),• lépéshang ellen úsztatott, hajlított vagy lágy padlót jelent, míg• testhang esetében a zajt okozó tevékenység id ben korlátozása lehet a célravezet .A mai közlekedés zaja 75-78 dB-es terhelést jelent. A küls falakra el írt léghang-gátlás

esetenként 48 dB, az átlagos ablaknál ez 25-30 dB. A teljes védelem lényegében megvalósíthatatlan, miközben a társadalmi igény fokozódó.

A teremakusztika speciális – nem építészeti - terület. Feladata általánosságban kétféle lehet:

• el adó- és koncerttermekben a hangforrás hallgatóság számára szól, a cél az egyenletes hangeloszlás biztosítása a térben,

• nagyteres irodákban, m helycsarnokokban a minden irányból érkez zaj zavaróhatását kell az adott pontban mérsékelni, a cél az egyenletes zajszint elérése.

T zvédelemAz égés oxidáció. A t z veszélye, ideje és hevessége összefügg az épületben lév• éghet anyagok tömegével,• kémiai energiatartalmával,• az energia-felszabadulás sebességével és• az éghet anyagok gyúlékonyságával.Az épület t zterhelésének meghatározásakor az adott t zszakasz-felület

épületmetszetére – az éghet anyagok súlya, f t értéke és nedvességtartalma figyelembe vételével - kiszámítják a h mennyiség összegét. Az épület t zveszélyességi osztályba való besorolása a funkció alapján történik. A funkcióból és a szintszámból következik az épület t zállósági fokozata, ez az épület szerkezeteire nézve meghatározó követelmény.

A t zvédelem célja a szerkezetek ellenállását meg rizni mindaddig, amíg az emberek és állatok biztonságba kerülnek és a hatékony t zoltás megkezd dik. A t zvédelemformái:

• az aktív t zvédelem (eszközei a t zjelz k s a t zoltó – sprinkler – berendezések), a passzív t zvédelem.

A passzív t zvédelem magába foglalja:• az épületszerkezetek megfelel t zállóságát,• épít anyagokat, melyek égésekor nem keletkezik füst, mérgez gáz, égve

csepegés,• tervezési intézkedéseket, mint t zszakaszok,menekülési utak, t zoltó útvonalak,

füst- és h elvezetés, lángátcsapás, t zterjedés megakadályozása más emeletekre, szomszédos épületrészekre.

Az aktív t zvédelem lehet ségeinek fokozódása a passzív oldalt egyszer síti.

• Az épít anyagok és az épületszerkezetek osztályba sorolása a t zállóságihatárérték - Th (óra) – alapján történik. Ez utóbbi függ az anyag tulajdonságaitól, a mérett l, a keresztmetszett l, a statikai igénybevételt l, a t z támadási lehet ségét l (4 vagy 3 oldal). A kett összefügg, speciális anyagok – ásványi szálas, cement, gipsz köt anyagú lemezek, speciális h szigetel anyagok - alkalmazásával a szerkezet Th értéke jelent sennövelhet .

• T zszakaszok• A t z tovaterjedésének megakadályozása függ leges és vízszintes irányba

t zfalakkal, masszív födémekkel történik. Ezek a t zben nem veszíthetik el szilárdságukat. H szigetelést is nyújtanak annak érdekében, hogy a védett oldalon ne gyulladjanak meg anyagok.

• T zfalak• El írt távolságokban (maximum 40 m-ként), Th=1,5 óra min ségben

épülnek meg.• Lépcs k• A menekülésre szolgáló lépcs k távolsága 35 m, közvetlenül a szabadba

nyílnak, füstelvezetéssel rendelkeznek.• Különleges követelmények érvényesek:• rendeltetés szerint pl. iskolákra, id sek otthonára, üzletházakra,• építési mód szerint pl. könny szerkezetes épületekre,• magas-házakra.

Védelem az egészségkárosító hatásoktólA környezeti hatásoktól nem csak az épületet és szerkezeteit, hanem annak

használóit – embert, állatot – is védeni kell. Az altalajból és az építéshez használt anyagokból ered veszélyekre nem olyan régen kezdtek figyelni. Az építés-biológia fiatal tudomány, sok vele kapcsolatban a spekuláció, különösen a populáris médiában.

Az emberre bels térben ható fizikai és kémiai mennyiségek:• a megvilágítás er ssége, a fény min sége, eloszlása,• a hang er ssége (zajszint), frekvenciája,• a leveg min sége (CO2-tartalom és más természetes gázformájú

alkotórészek jelenléte),• a leveg idegen-anyag tartalma (gázok, g zök, por, baktériumok, stb.),• a légcsere mértéke (lakásra ajánlott az óránkénti 2-3-szoros légcsere),• a légmozgás sebessége (huzat),• az elektromágneses mez er ssége,• ion-koncentráció,• radioaktív sugárzás, stb.Egészséges terekben mindezek bizonyos értékhatárokon belül maradnak. Egy

részük jól ismert, mások kevésbé.