METALNE KONSTRUKCIJE U ZGRADARSTVU...deformacija konstrukcije, od čega 65% savijanjem greda i 15% savijanjem stubova. Kriva deformacije odgovara spoljašnjem dijagramu smicanja. Nagib

VIŠESPRATNE ZGRADE

VERTIKALNA NOSEĆA

KONSTRUKCIJA

Prenošenje vertikalnog opterećenja

►Opterećenja sa međuspratnih konstrukcija prenose se kaokoncentrisane sile u tačkama oslanjanja na vertikalnenoseće elemente, a preko njih dalje do fundamenata.

►Rešenje vertikalnih nosećih elemenata određeno jerasponima horizontalne noseće konstrukcije.

►Vertikalni noseći elementi su: stubovi nosećeg okvira,armiranobetonska platna samostalna ili grupisana ujezgro i sl.

►Ako su oslonačke tačke međuspratnih konstrukcija tačnojedna iznad druge obično se upotrebljavaju neprekidnistubovi. Nekada je moguće upotrebiti i kose stubove.

►U drugim tipovima višespratnih zgrada vertikalni nosećielementi mogu delovati kao vešaljke ili zatege. Oni mogunositi opterećenje sa jednog sprata, sa grupe spratova ilisa svih spratova zgrade.

Neprekinuti stubovi kroz

sve spratove


►Stubovi su postavljeni tako da

prolaze kroz sve spratove jedan

iznad drugog.

►Ovakvim načinom opterećenje se

spušta do fundamenata najkraćim

putem.

► Pri ovakvoj konstruktivnoj šemi

zgrade, osnova može biti kvadratna,

pravougaona, trougaona ili kružna.

Različiti raster stubova u prizemlju i na spratovima


►Donji deo zgrade često ima drugu funkciju od gornjeg dela,

što uzrokuje različiti raspored stubova na spratovima od onih u

prizemlju.

►Kada su spoljašnji stubovi gusto postavljeni u gornjim

spratovima, a retko u prizemlju, moraju se upotrebiti jaki

horizontalni nosači čija je funkcija da prime opterećenje sa

gusto postavljenih stubova.

►Ako su ti nosači postavljeni iznad prizemlja onda su

sekundarni stubovi pritisnuti (slika a), a ako su ti nosači na vrhu

zgrade onda su sekundarni stubovi zategnuti (slika b).

Jezgro kao element za prijem vertikalnog opterećenja


►Opterećenje je moguće preneti na fundamente i isključivo putem

unutrašnjeg vertikalnog nosećeg sistema (jezgro od čeličnih spregova ili

armiranobetonsko).

►U ovom slučaju moguće je projektovati prizemlje bez stubova. Tada se

opterećenje sa spratova prenosi na sledeći način:

▪ sa svakog sprata preko konzolne grade (slika a),

▪ putem vešaljki na konzolnu gredu na vrhu zgrade (slika b)

▪ putem krutih rešetkastih konzolnih greda u sredini visine zgrade,

tada su spratovi ispod nje ovešani a iznad nje oslonjeni na nju (slika c),

▪ putem krutih konzolnih greda na provm spratu (slika d).

Prenošenje vertikalnog opterećenja kod zgrada

mostovskog tipa


►Kada zgrada nema unutrašnje stubove u prizemlju,

mogu se sva opterećenja preneti na spoljašnje stubove

putem rigli okvira (slika a), vešanjem srednjih stubova o

krutu gredu na vrhu zgrade (slika b) ili oslanjanjem srednjih

stubova na krutu gredu u visini prvog sprata (slika c).

Vrste

vertikalnih

nosećih

konstrukcija

Zglobni sistemi

►Zglobni sistemi se sastoje iz stubova koji su kontinualni kroz sve spratove i rigli zglobno spojenih sa stubovima.

►Poprečnu krutost ovim sistemima obezbeđuju rešetkasti spregovi i armiranobetonska platna samostalna ili vezana u jezgro.

Zglobni sistemi

Okvirni sistemi

►Okvirni sistemi sastoje se iz

kruto spojenih stubova i rigli,

koji obrazuju ravne i

prostorne okvire objedinjene

međuspratnom

konstrukcijom.

►Oni se mogu u praksi javiti

kao samostalni kruti okviri

(slika a) ili u kombinaciji sa

nekim od elemenata krutosti

(slike b i c).

Okvirni sistemi

►Poprečna deformacija krutih okvira zavisi od dva parametra:

1.Deformacija usled savijanja konzolenastaje usled odupiranja sistema momentu preturanja.

Ona je uslovljena uzdužnim deformacijama stubova koji predstavljaju vlakna okvirne konzole uklještene u temelje. U ovakvom slučaju izduženje i skraćenje stubova daje bočna pomeranja.

Ovim načinom deformacije nastaju oko 20% ukupnih bočnih deformacija konstrukcije.

Okvirni sistemi

Deformacija usled

savijanja konzole

Deformacija usled

savijanja stubova i rigli

2. Deforamcija usled savijanja stubova i rigli je fenomen poznat kao "klizanje okvira".

Horizontalne i vertikalne sile deluju na stubove i rigle i u njima prouzrokuju momente savijanja.

Ovakvim načinom deformacije nastaju 80% ukupnih bočnih deformacija konstrukcije, od čega 65% savijanjem greda i 15% savijanjem stubova.

Kriva deformacije odgovara spoljašnjem dijagramu smicanja. Nagib krive deformacije najveći je u osnovi, gde je i smicanje najveće.

Okvirni sistemi

Okvirni sistemi

►Ukupna deformacija dobija se superpozicijom deformacijonih krivih iz prva dva slučaja.

Interakcija krutog okvira i sprega

Okvirni sistemi

►Na slici je prikazano:

a) deformacija krutog poprečnog rama,

b) deformacija rešetkastog sprega

c) i d) interakcija okvira i sprega

Sistemi od stubova i ravnih ploča

►Ovaj noseći sistem formiran je od armiranobetonskih ploča jednake debljine i čeličnih stubova.

► Stubovi mogu biti urađeni sa ili bez kapitela.

► Za manji broj spratova ovakva konstrukcija može biti izvedena samo sa stubovima uklještenim u fundament, dok je za veći broj spratova neophodna primena rešetkastih spregova ili armiranobetonskog jezgra, koji će obezbediti horizontalnu krutost konstrukcije.

Sistem od stubova i

ravnih ploča

Sistem sa horizontalnim rešetkama

►Efikasnost konstrukcije zgrade

može se povećati za oko 30%

upotrebom horizontalnih

(pojasnih) rešetki vezanih za

okvir i za jezgro.

► Horizontalne (pojasne)

rešetke se vezuju kruto za

jezgro, a zglobno za

psoljašnje stubove.

► Ugibanjem jezgra usled

horizontlanih sila, horizontalna

(pojasna) rešetka deluje kao

ruka poluge pa unosi direktno

aksijalne sile u krajnjem

stubove. Sistem sa horizontalnim

rešetkama

►Dijagram napona na slici ilustruje prednost zglobne veze pojasne rešetke sa spoljašnjim stubovima u odnosu na krutu.

► Ako su ove rešetke kruto spojene sa spoljašnjim stubovima, ceo sistem će delovati kao jedinstven, i na taj način će se slabo iskoristiti momentna nosivost jezgra, jer su zidovi jezgra dosta blizu neutralnoj osi zgrade.

► Suprotno, ako je upotrebljena zglovna veza sa spoljašnjim stubovima, dobija se bolje iskorišćenje jezgra. Uz to zglobna veza daje odsustvo momenata savijanja u stubovima, pa je samim tim aksijalna nosivost stubova povećana.

Kruta i zglovna veza pojasne

rešetke sa spoljašnjim

stubovima


Ponašanje zgrade sa pojasnim rešetkama pri

horizontalnom opterećenju

►Na slici su prikazane deformacije:

a) sistema bez spratne rešetke,

b) sistem sa jednom spratnom rešetkom na vrhu zgrade i

c) sistem sa dve spratne rešetke.


Pomeranje vrha zgrade sa pojasnim rešetkama u zavisnosti

od broja pojasnih rešetki


Konzolni sistemi

►U zgradama sa unutrašnjim jezgrom i dodacima u vidu

konzola moguće je dopadljivo rešenje međuspratne

konstrukcije, fasada i razmeštaja pregradnih zidova.

► Kod ovakvog sistema posebnu pažnju treba obratiti na

ugib međuspratne konstrukcije jer usled velikog ugiba

dolazi do deformacije spoja između fasadne i

međuspratne konstrukcije.

Konzolni sistemi

►Na slici a dat je sistem kod koga su konzolni nosači uklješteni u jezgro.

► Visina konzolnih nosača smanjuje se prema krajevima saglasno sa oblikom dijagrama momenta savijanja.

► Oslanjanje celokupne međuspratne konstrukcije na centralno jezgro dopušta fleksibilan slobodni prostor oslobođen stubova. Nosivost međuspratne konstrukcije zavisi od veličine osnove zgrade.

► Nedostatak ovoga sistema što se za velike površine osnova dobija veliki utrošak čelika.

Konzolni sistemi

►Konzolni Virendel nosači spratne visine upotrebljeni na svakom drugom spratu formiraju slobodni unutrašnji prostor iznad svakog nosača (slika b).

► Unutrašnji prostor Virendel nosača iskorišćen je za smeštaj instalacija, stalne opreme i manjih prostora, a potpuno slobodan, prostor iznad nosača može biti adaptiran za bilo kakav tip aktivnosti.

► Ovaj sistem daje dosta veliki utrošak čelika po m2 krovne površine.

Konzolni sistemi

►Na slici c prikazan je sistem koji predstavlja kombinaciju prethodna dva sistema.

► Između dva jezgra u svakom drugom spratu postavljena su dva Virendel nosača spratne visine sa konzolnim prepustima sa obe strane jezgra. Ti Virendel nosači nose na donjem i gornjem pojasupoprečne konzolne nosače (nosače međuspratne konstrukcije).

►Otvori Virendel nosača ograničavaju slobodan prostor na svakom drugom spratu, ali su zato spratovi bez Virendel nosača potpuno bez unutrašnjih stubova.

Sistemi spratnih rešetki

►Ovaj sistem je tipa višespratnih okvira formiranog od punih stubova i rešetkastih rigli spratne visine. Rešetke su raspona kraćeg pravca zgrade i oslonjene su na niz spoljašnjih stubova.

► Standardni sistem je sa spratnim rešetkama postavljenim jedna iznad druge u svakom drugom spratu (slika a).

► Međuspratna konstrukcija se oslanja na donji i gornji pojas rešetke. Slobodni prostor formiran na ovaj način je pogodan za izvesne tipove zgrada, gde su neophodne velike slobodne površine.

►Pri istom rasporedu spratnih rešetki u svim okvirima smenjuju se spratovi sa velikom slobodnom površinom i sa ograničenom korisnom površinom.

► Taj nedostatak se eliminiše pri naizmeničnom (šahovskom) rasporedu spratnih rešetki, koji osigurava na svim spratovima dosta velike slobodne površine prostorija (slika b).


►Ponašanje sistema sa naizmenično postavljenim spratnim rešetkama prikazano je na slici.

► Spratne rešetke su veoma krute i slabo deformabilne, dok su relativno slabi stubovi jedini noseći elementi koji primaju horizontalne sile između spratova. Usled toga se stubovi ponašaju slično onima u klasičnim okvirnim sistemima.


Deformacija sistema spratnih rešetki

Cevni sistemi

►Kod cevnih sistema fasadna konstrukcija je sposobna da

primi horizontalne sile, kao zatvorena šuplja konzolna

greda.

► Upotrebom ovog sistema otpada potreba postavljanja

rešetkastih spregova ili armiranobetonskih dijafragmi

unutar zatvorenog prostora.

► Zid cevi je formiran od stubova i fasadnih greda

međusobno vezanih. Ovakva perforirana fasada daje

vrlo povoljan estetski izgled zgrade.

► Krutost ovakve fasade može dalje biti povećana

dodavanjem dijagonalnih spregova. Dalje povećanje

krutosti može biti ostvareno dodavanjem i unutrašnje

cevi ili formiranjem svežnja cevi.

Okvirni cevni sistem

Cevni sistemi - okvirni

►Okvirni cevni sistem se prvi pojavio

pri primeni cevnog koncepta

konstruisanja zgrada.

► U ovom sistemu spoljašnji zidovi

zgrade sastoje se od gusto postavljene

mreže stubova i greda međusobno kruto

vezanih, koji primaju sve horizontalne sile

konzolnim dejstvom tako formirane cevi.

► Unutrašnji stubovi primaju samo

vertikalna opterećenja i ne doprinose

krutosti cevi (slika).

► Kruta meduspratna konstrukcija deluje

kao dijafragma pri rasporedu

horizontalnih sila na spoljašnje zidove

(cev).


Primer zgrade okvirnog cevnog sistema je i

World Trade Center u Njujorku (slika)


Primer zgrade okvirnog cevnog sistema je i

Standard Oil Building u Čikagu (slika)

Uticaj rešetkaste cevi na

deforamciju

Cevni sistemi - rešetkasti

►Refetkasti cevni sistem otklanja bitnu slabost okvirnog cevnog sistema

koja se ogleda u fleksibilnosti njegovih fasadnih (parapetnih) greda.

► Krutost cevnih sistema se znatno povećava dodavanjem dijagonalnih

elemenata. Horizontalne sile se sada primarno primaju dijagonalnim

elementima, a ne fasadnim gredama.

► Ovakvim načinom se ostvaruje skoro čisto konzolno ponašanje (slika).

► Kod ovog sistema javljaju se dva podsistema:

▪ stub-dijagonalna rešetkasta cev i

▪ čista rešetkasta cev.

Stub - dijagonalni rešetkasti cevni sistem -

John Hancock building u Čikagu


Čist rešetkasti cevni sistem


►Čist rešetkasti cevni sistem formiran je tako da

zatvara unutrašnji prostor samo dijagonalnim

elementima, bez vertikalnih stubova (slika).

Cevni sistemi – cev u cev

►Sistem cev u cev je još jedna

mogućnost povećanja krutosti

zgrade.

► Međuspratna konstrukcija je

spojena i za spoljašnju i za

unutrašnju cev, pa one deluju

integralno pri prijemu

horizontalnih sila.

Primer primene koncepta cev u

cev na 38 - spratnoj zgradi

Brunswick u Čikagu


Primer primene koncepta cev u

cev na 52 - spratnoj zgradi One

Shell Plaza u Hjustonu

Sistem trostruke cevi


Cevni sistemi – modularna cev

(svežanj cevi)

►Sistem modularne cevi (svežanj cevi) je

primenjen kod Sears Building i Čikagu (slika)

koja je sagrađena 1974. godine i tada je, sa

110 spratova i 435m visine, bila najviša

zgrada na svetu!

► Svaka individualna cev je dosta kruta pa

otuda može biti postavljena u bilo kakvom

rasporedu, u bilo kom nivou.

►Dejstvo unutrašnjih zidova cevi, kao rebara

ogromnog konzolnog nosača daje veliku

otpornost sistemana horizontalne uticaje.

Cevni sistemi – modularna cev

(svežanj cevi)

Sears Building i Čikagu

Ovešeni sistemi

►Osnovu konstruktivne šeme čini armiranobetonsko jezgro(ređe od čelika), u kome su smeštene stepenice i liftovi, i koje prihvata sva vertikalna i horizontalna opterećenja.

► Etaže su ovešene o konzolne konstrukcije, izvedene u obliku punih grednih roštilja ili ukrštenih rešetki, koje se oslanjaju na jezgro zgrade.

► Zahvaljujući zameni pritisnutih stubova, karakterističnih za klasične sisteme, vešaljkama, zgrade sa ovešanim etažama znatno su lakše od tradicionalnih višespratnih konstrukcija, imaju veću korisnu površinu, veću seizmičku otpornost, zahtevaju manji obim zemljanih radova i dozvoljavaju ostvarivanje originalnih arhitektonsko-konstruktivnih rešenja.

► Ekonomičnost se može dalje povećati upotrebom čeličnih kablova koji imaju znatno bolje mehaničke karakteristike. Međutim, nedostatak kablovskih sistema, aerodinamička nestabilnost i podrhtavanje jako komplikuje proračun konstrukcije, jer je stabilizacija cleokupne čelične konstrukcije odlučujući faktor. Uz to, visoka koncentracija napona u zategnutim elementima stvara probleme pri ankerovanju.

Ovešeni sistemi

►Najveću primenu u građevinskoj praksi dobili su sistemi sa

armiranobetonskim jezgrima i jednim konzolnim roštiljem, postavljenim na

vrhu jezgra (slika).

► Pri tome se roštilj rešava ili u vidu sistema punih greda (slika a) ili u vidu

rešetkastih nosača (slika c, d, e).

► Minimalni uticaji javljaju se u elementima roštilja (slika e), kada je ugao

nagiba prema horizontali izmedu 30-35º.

► Radi smanjenja momenta savijanja u grednim roštiljima, postavljaju se po

visini jezgra dva, tri ili više roštilja, zavisno od broja etaža (slika b).

Delimično ovešeni i delimično

oslonjeni sistemi

Ovešeni sistemi

►Takode su mogući i kombinovani

sistemi, delimično ovešeni i

delimitno oslonjeni na konzolne

roštilje (slika a, b).

► Kombinovani sistemi mogu se

primeniti i u slučajevima, kada se

radi smanjenja visine meduspratnih

konstrukcija, ili radi predaje velikih

opterećenja na delovima etaža

razmak vertikalnih oslonaca usvaja

3.0-6.0 m.

Prevođenje užadi

preko jezgra

Ovešeni sistemi

►Na slici je prikazana zgrada sa

kvadratnom osnovom i kvadratnim

armiranobetonskim jezgrom.

►Jezgro se produžava i iznad poslednjeg

sprata, a užad se prevode preko

specijalne konstrukcije postavljene na

vrhu armiranobetonskog jezgra.

Neke forme zgrada ovešenog tipa

Ovešeni sistemi

Mostovski sistemi

►Ovi sistemi imaju dva ili više jezgara, unutar kojih se postavljaju stepeništa i liftovi, a na njih se kao kod mostova sa jednim rasponom oslanjaju elementi za nošenje međuspratnih konstrukcija (pune grede, rešetke, sistem užadi i sl.).

► Međuspratne konstrukcije su ovešane o glavnu noseću horizontalnu konstrukciju na vrhu zgrade (jaka rešetkasta konstrukcija) sa jednakim ili promenljivim rastojanjem vešaljki koje, po pravlu, ne prelazi 12.0 m (slika).

Zgrade mostovskog tipa

Mostovski sistemi

►Na slikama b i c data su dva kombinovana sistema, kodkojih se pored glavne noseće horizontalne konstrukcije i vešaljki, dodaje i izvestan broj kosih vešaljki.

► U ovim slušajevima u glavnoj nosećoj horizontalnoj konstrukciji javljaju se dodatne horizontalne sile pritiska.

► Zgrada na slici b predstavlja Federal Reserve Bank u Mineapolisu. Raspon ove konstrukcije mostovskog tipa je 84.0 m, sa povezanim pojasevima.

Zgrade mostovskog tipa

►Na slici c prikazano je i

korišćenje kosih zatega

kod zgrada ovog tipa.

Mostovski sistemi

Federal Reserve Bank u Mineapolisu.

Mostovski sistemi zgrada

Mostovski sistemi

►Na slici a data je

mostovska konstrukcija sa

kosim zategama, a na slici b

jedan lučni mostovski sistem.

Kombinovani sistemi

Kombinovani sistemi

►Pri projektovanju noseće konstrukcije ne zadržava se

uvek samo jedan jedinstveni statički sistem po visini, širini

ili dužimi zgrade.

► Moguća je takođe primena jednog nosećeg sistema u

podužnom pravcu, a drugog u poprečnom. Ovo

omogućava veliki broj raznovsnih kombinacija.

Kombinovani sistemi

Kombinovani sistemi

►Na slikama a, b i c u gornjim delovima noseće

konstrukcije primenjen je relativno manje krut sistem.

►Na slici d primenjena je ideja prijema sila od

horizontalnog opterećenja u manjem broju čvorova koji

će onda biti netipični. Svi ostali čvorovi će biti unificirani.

Kombinovani sistemi

Okvirno-ovešeni sistem

►Na slici je prikazana okvirna

konstrukcija sa ovešenim etažama

studentskog doma u Parizu.

►Konstrukcija se sastoji od tri

dvospratna čelična okvira raspona

12.9 m. Razmak okvira je 14.5 m.

Okviri su međusobno povezani u

ravni rigli podužnim gredama.

Etaže su pomoću šipkastih vešaljki

ovešane o rigle okvira.

Ćelijasti sistemi

►Iz mnogobrojnih studija industrijalizacije građenja

zgrada od čelika proistekla je primena ćelijastih

sistema.

►To su posebne stambene ili poslovne jedinice sa

gabaritima i težinama pogodnim za transport. Pri

korišćenju ovog sistema montažni radovi na gradilištu

svode se na najmanju moguću meru.

► U savremenoj industrijalizovanoj izgradnji ćelijasti

sistemi zgrada paseduju specifične karakteristike.

Jedna ćelija koja egzistira kao posebna jedinica,

zavisno od potrebe može biti samostalna ili deo sklopa.

Ćelijasti sistemi

►U okviru postojećih sistema razlikuju se tri tipa ćelija:

▪ ćelije su postavljene neposredno jedna iznad druge bez

dodatnih spojeva. Donje ćelije nose gornje. Prema tome, one moraju

biti sposobne da prime velika vertikalna opterećenja.(slika a);

▪ sistem ima potpuno nezavisnu čeličnu ili armiranobetonsku

skeletnu konstrukciju koja prima sve statičke uticaje. Ćelijaste

jedinice postavljaju se unutar skeletne konstrukcije kao fioke (slika b);

▪ sistem na slici c je kombinacija prethodna dva rešenja. U

ovom slučaju u međuprostor između ćelija postavljaju se horizontalni

i vertikalni čelični spregovi, koji omogućavaju zajednički rad svih

elemenata, a samim tim povećava se i krutost sistema.

Ćelijasti sistemi

Ćelijasti sistemi

Neka moguća rešenja ćelijastih sistema

METALNE KONSTRUKCIJE U ZGRADARSTVU...deformacija konstrukcije, od čega 65% savijanjem greda i 15% savijanjem stubova. Kriva deformacije odgovara spoljašnjem dijagramu smicanja. Nagib

Documents