Opracowanie-wysokie II PDF

Preview

Summary

Download Opracowanie-wysokie II PDF

Description

1. Co rozumiesz pod pojęciem: budynek wysoki (ang. Tall building) Budynek wysoki to konstrukcja, która ze względu na jej wysokość - jest poddana działaniu takich sił poziomych od wiatru lub trzęsień ziemi, że stanowią znaczący problem w projektowaniu konstrukcji. Wg Dz.U.2015.0.1422 t.j. - Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 12 kwietnia 2002 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie:



wysokie (W) - ponad 25 m do 55 m włącznie nad poziomem terenu lub mieszkalne o wysokości ponad 9 do 18 kondygnacji nadziemnych włącznie;



wysokościowe (WW) - powyżej 55 m nad poziomem terenu.

2. Wymień i opisz główne typy konstrukcji budynków wysokich. Możemy wyróżnić następujące główne typy konstrukcji budynków wysokich: o

Konstrukcje ramowe Tworzą ustroje płaskie lub przestrzenne , składające się z układu belek połączonych w sposób sztywny ze słupami. Pod względem pracy statycznej charakterystyczne jest, iż każdy obciążony element współpracuje z pozostałymi. Sztywność przestrzenna układu na działanie sił poziomych uzyskiwana jest dzięki sztywności węzłów ramy. Budynki ramowe ze sztywnymi węzłami sięgają zazwyczaj do 1520 kondygnacji. Wiąże się to z koniecznością odpowiedniego ukształtowania geometrii ramy, często wymagane jest powiększenie wymiarów elementów w sąsiedztwie węzłów. Konstrukcje tego typu mogą być wykonywane zarówno z żelbetu, jak i stali.

o

Systemy trzonowe Stosowane w budynkach o wysokości do około 60 kondygnacji. Wyróżnia się cztery podstawowe typy systemów trzonowych: o „słupach” rozciąganych (linowe i wieszarowe), wspornikowe, szkieletowe, typu „trzon w trzonie”. Informacje dodatkowe: Trzony mogą stanowić samodzielne ustroje nośne budynków lub mogą współpracować z innymi ustrojami. Ustroje nośne budynku trzonowego przedstawiono na rysunku. Sztywność przestrzenną budynku zapewnia trzon umieszczony centralnie na jego planie. Trzon przenosi na grunt wszystkie obciążenia działające na budynek (wyjątek stanowi konstrukcja przedstawiona na rys. d, gdzie słupy ustawione na fundamencie biorą udział w przenoszeniu obciążenia pionowego) oraz wykorzystany jest do komunikacji pionowej i umieszczenia urządzeń instalacyjnych.

str. 1

Trzony budynków wykonywane są przeważnie w konstrukcji żelbetowej monolitycznej, natomiast dźwigary główne w konstrukcji stalowej lub żelbetowej sprężonej . W budynkach trzonowych stosuje się przeważnie stropy typu lekkiego o konstrukcji nośnej stalowej . W pierwszej kolejności wykonywane są trzony za pomocą deskowań ślizgowych. W ścianach trzonu pozostawia się otwory drzwiowe, instalacyjne i gniazda oraz bruzdy do oparcia belek stropowych.

o

Układy powłokowe Stosowane są w budynkach o wysokościach 60 – 100 kondygnacji, czyli konstrukcjach najwyższych, w których dla zapewnienia sztywności budynku trzeba wykorzystać jego zewnętrzną konstrukcję. Przypisanie powłoce zewnętrznej podstawowej roli konstrukcyjnej powoduje konieczność znacznego jej usztywnienia np. poprzez stosowanie sztywnych połączeń słupów i rygli.

str. 2

o

Megastruktury Są tworzone przez wiązki powłok modularnych. Taki układ konstrukcji jest stosowany w najwyższych wieżowcach. Wiązki powłok wykonywane są w konstrukcji stalowej o zagęszczonej modularnie siatce słupów. Cechą szczególną tych systemów jest rezygnacja z wewnętrznych trzonów, powodująca znaczne powiększenie rozpiętości i grubości stropów.

o

Megakolumny Są to najczęściej znacznego rozmiaru skrzynie stalowe wypełniane żelbetem . Połączenia pozwalające na współpracę układu z działaniem sił poziomych zapewniają kratownice łączące megakolumny ze sobą i trzonem. Taki układ konstrukcyjny pozwala na większą dowolność kształtowania elewacji, zmniejsza ciężar obudowy budynku, powoduje jednak konieczność zastosowania symetrii i powtarzalności rzutu w obrysie konstrukcji megakolumn.

o

Budynki ścianowe Ustrój nośny budynków ścianowych stanowią ściany nośne (tarcze), stropy oraz ściany usztywniające.

Zależnie od kierunku usytuowania ścian nośnych przejmujących obciążenia od stropów, rozróżnia się następujące układy konstrukcyjne: o

podłużny – o ścianach nośnych równoległych do podłużnej osi budynku i stropach rozpiętych prostopadle do tej osi

o

poprzeczny — o ścianach nośnych prostopadłych do osi podłużnej budynku i stropach rozpiętych równolegle do tej osi

o

mieszany — o ścianach nośnych prostopadłych i równoległych do osi podłużnej budynku

str. 3

o

krzyżowy — o ścianach nośnych usytuowanych zarówno równolegle, jak i prostopadle do podłużnej osi budynku i stropach opartych na obwodzie zbrojonych dwukierunkowo.

Ze względu na stosowane ściany zewnętrzne budynki dzielimy na: budynki typu zamkniętego i budynki typu otwartego. W budynkach typu zamkniętego ściany zewnętrzne są ścianami konstrukcyjnymi i wykonywane są równolegle z innymi ścianami podczas wznoszenia budynku. W budynkach typu otwartego ściany zewnętrzne wykonywane są po wykonaniu ścian nośnych. Ściany te mogą być jako osłonowe lub samonośne.

o

Budynki ramowo- ścianowe (powyżej 10 kondygnacji) Ściany współpracujące z ramami w przenoszeniu głównie obciążeń poziomych mogą stanowić oddzielne pasma biegnące od fundamentu przez całą wysokość budynku, bądź też mogą tylko wypełniać pole ram między kondygnacjami. Ściany-tarcze mogą być wykonane z betonu (żelbetu), murów ceglanych lub betonowych z bloczków. Ściany murowane stosuje się częściej w budynkach kilkukondygnacyjnych, natomiast w budynkach wysokich lepiej jest stosować ściany żelbetowe połączone ze słupami. Ściany usztywniające oraz tężniki stosuje się przeważnie w ustrojach szkieletowych (ramowych), w których rygle i słupy połączone są węzłami przegubowymi.

o

Budynki trzonowo-ramowe W budynkach trzonowo-ramowych trzony spełniają rolę podobną do ścian w ustrojach ramowo-ścianowych.

o

Budynki z wysięgnikami (ang. outriggers) Zwykle układy usztywniające na typowych kondygnacjach składają się ze ścian usztywniających połączonych nadprożami, przy czym wysokości nadproży nie mogą być zbyt duże ze względów użytkowych i estetycznych. W przypadku niektórych budynków wysokich taki układ usztywniający nie zapewnia wymaganej sztywności budynku. W takiej sytuacji najprostszą możliwością jest zaprojektowanie konstrukcji z wysokimi, a więc bardzo sztywnymi belkami (ang. stiffeners) na piętrach technicznych.

str. 4

Gdy konstrukcja budynku wielokondygnacyjnego jest

smukła,

zastosowanie

sztywnych

belek

(ang.stiffeners) może być niewystarczające. W takich przypadkach stosuje się wysięgniki.

o

Budynki trzonowo- powłokowe (>100 m) W konstrukcjach żelbetowych są to najczęściej ustroje dwupowłokowe które utworzone są z trzonu i powłoki zewnętrznej połączonych stropami. Trzon budynku ma przeważnie przekrój zamknięty i utworzony jest ze ścian ustawionych w dwóch kierunkach. W trzonie mieszczą się dźwigi, schody, urządzenia instalacyjne oraz pomieszczenia o różnym przeznaczeniu. Powłokę zewnętrzną stanowi zespół ram utworzonych ze słupów połączonych ryglami na obwodzie budynku

o

Budynki trzonowo- ścianowe

o

Budynki powłokowo- ścianowe

o

Budynki o konstrukcjach nietypowych

3. Wymień i opisz podział na kategorie wysokościowe budynków według Rozporządzenia Ministra Infrastruktury w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie z dnia 12 kwietnia 2002 r. (Dz.U. 75, poz. 690). W Polsce podział na kategorie wysokościowe budynków definiuje Rozporządzenie Ministra Infrastruktury w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie z dnia 12 kwietnia 2002 r. (Dz.U. 75, poz. 690). Rozróżnia się zatem budynki:  niskie (N) - do 12 m włącznie nad poziomem terenu lub mieszkalne o wysokości do 4 kondygnacji nadziemnych włącznie,

str. 5

 średniowysokie (SN) - ponad 12 m do 25 m włącznie ponad poziomem terenu lub mieszkalne o wysokości 4 do 9 kondygnacji nadziemnych włącznie,  wysokie (W) - ponad 25 m do 55 m włącznie nad poziom terenu lub mieszkalne o wysokości ponad 9 do 18 kondygnacji nadziemnych włącznie,  wysokościowe (WW) - powyżej 55 m nad poziom terenu. 4. Wymień wynalazek i twórcę, który wpłynął znacząco na rozwój budynków wysokich. Jednym z najbardziej przełomowych wynalazków wpływających na rozwój BW był automatyczny mechanizm (hamulca) bezpieczeństwa windy osobowej wynaleziony przez E.G. Otisa w roku 1853 oraz wynalezienie i upowszechnienie stosowania szkieletu stalowego w budownictwie.

5. Wymień i opisz pierwszy w Polsce budynek wysoki. Pierwsze budynki, nazywane w tamtych latach w Polsce „niebotykami” powstały w Warszawie i Katowicach. Pierwszy był ukończony w 1908 roku budynek Polskiej Akcyjnej Spółki Telefonicznej, potocznie PAST-a. Zaprojektowany przy ul. Zielnej przez arch. B. Brochwicz- Rogoyskiego ośmiokondygnacyjny budynek mierzył 51m wysokości.

6. Podaj nazwę, lokalizację i wysokość najwyższego budynku na świecie/Polsce. Najwyższy budynek mieszkalny w Polsce: Sky Tower, Wrocław (212 m) Najwyższy budynek w Polsce: PKiN, Warszawa (237 m) Najwyższy budynek mieszkalny w Europie: OKO, Moskwa (354 m) Najwyższy budynek w Europie: Łachta Centr, Petersburg (462 m) Najwyższy budynek mieszkalny na świecie: ………………………. Najwyższy budynek na świecie: Burj Khalifa, Dubai (829 m) Najwyższy w Trójmieście: Olivia Star, Gdańsk (156 m) 7. Podaj dopuszczalne wychylenia wierzchołka wieżowca. Pod wpływem sił poziomych następuje znaczne wychylenie budynku wysokiego. Jest to jeden z najpoważniejszych problemów projektowych i użytkowych.

str. 6

Przyjęte w USA poziome dopuszczalne wychylenia wierzchołka wieżowca określają wg zależności:

f =H /500 gdzie: f- wychylenie [cm], H- wysokość [m]. W ostatnich latach widoczna jest tendencja zmniejszania dopuszczalnych przemieszczeń. Wielu projektantów dąży do ograniczenia wychyleń budynków do wartości:

f =H /750 8. Opisz konieczność stosowania ograniczeń wychylenia wierzchołka wieżowca. Doświadczenia we wznoszeniu i użytkowaniu wieżowców sugerują ograniczenie wielkości wychylenia budynków. Ograniczenia te są wymagane z uwagi na:  samopoczucia ludzi znajdujących się w budynku 

obniżenie nośności konstrukcji w wyniku oddziaływań dynamicznych

 niekorzystny wpływ wychylenia na zachowanie się ścian osłonowych oraz podziałów wewnętrznych i instalacji 9. Wyznaczane poziome przemieszenia teoretyczne są często porównywane z wynikami pomiarów wychyleń rzeczywistych. Są one większe czy mniejsze i dlaczego. Poziome przemieszenia teoretyczne są często porównywane z wynikami pomiarów wychyleń rzeczywistych, które wykazują z reguły wartości mniejsze od wartości teoretycznych. Różnic należy się doszukiwać szczególnie w nierównomiernym działaniu sił wiatru na dużą powierzchnię oraz bardziej lub mniej opływowych kształtów wieżowca. 10. Podaj graniczne wartości proporcji budynku wysokościowego dla systemów powłokowych i powłokowo-trzonowych (trzon w trzonie). Opisz przyczynę stosowania tych ograniczeń. Proporcje bryły budynku wysokiego określane są z uwzględnieniem warunków konstrukcyjnych. Chodzi o zapewnienie sztywności przestrzennej budynku na działanie sił wiatru oraz sił sejsmicznych. Określając proporcje budynku o konstrukcji powłokowej, bierze się pod uwagę stosunek wysokości do wymiarów rzutu podstawy. Dla systemów powłokowych i powłokowo-trzonowych (trzon w trzonie) zapewnienie odpowiednio ograniczonych wychyleń poziomych wierzchołka jest możliwe przy stosunku wysokości do mniejszego wymiaru rzutu budynku w podstawie w granicach: 5 - 9. Konstrukcje powłokowe ograniczają zdecydowanie, w stosunku do konstrukcji trzonowych, możliwości kształtowania elewacji, w związku z czym są stosowane jedynie w budynkach

str. 7

najwyższych. Ich korzystną cechą jest zdecydowane zwiększenie sztywności w stosunku do konstrukcji trzonowych.

11. Podaj orientacyjnie % udział powierzchni rzutu trzonu w budynku wysokim. W trzonie mieszczą się podstawowe funkcje związane z komunikacją (windy, klatki schodowe), ciągi (piony) instalacyjne. Strefa ta obsługuje otaczającą strefę użytkową, otwartą, możliwą do zagospodarowania przez jednego lub wielu użytkowników.

12. Opisz stosowane w budynkach wysokich rozwiązania funkcjonalne trzonów. Budynki wysokie z trzonem usytuowanym centralnie stanowią najliczniejszą grupę budynków wysokich. Obok korzyści konstrukcyjnych centralne usytuowanie trzonu stwarza korzyści komunikacyjne oraz instalacyjne. Rozwiązania funkcjonalne trzonów Trzon pełni z reguły funkcje konstrukcyjną. W przypadku konstrukcji powłokowej może być, z uwagi na zbyt małą sztywność, konstrukcyjnie nieprzydatny. Pozostaje wówczas układ konstrukcji słupów z odpowiednią izolacją elementów komunikacji i pionów instalacyjnych za pomocą przegród niekonstrukcyjnych. Windy osobowe są zgrupowane w zespoły po 3-4 dźwigi. Windy są strefowe na wysokości budynku. Wieżowiec podzielony jest np. na strefy niskie, środkowe i wysokie. Każdą ze stref obsługuje ustalona liczba wind, poruszających się z określonymi w danej strefie prędkościami. Windy obsługujące strefę są nazywane lokalnymi. Winda

towarowo-pożarowa

jest

przeznaczona

do

przewozu

towarów.

Drugim

podstawowym jej zadaniem jest, w razie pożaru, umożliwienie przeprowadzenia akcji gaśniczo-ratowniczej, ewakuacji ludzi i rannych. W trzonie znajduje się co najmniej 1 winda towarowo- pożarowa.

str. 8

Projektuje się co najmniej dwie klatki ewakuacyjne. Sytuowane są przeważnie na dwóch przeciwległych krańcach trzonu, umożliwiając użytkownikom łatwy i szybki dostęp do wyjścia ewakuacyjnego. Wyjście do klatki poprzedza przedsionek oraz para drzwi ppoż. Obie klatki powinny przebiegać na całej wysokości wieżowca bez zmian położenia.

13. Wymień podstawowe zadania stropów w budynkach wysokich.

14. Wymień jaki parametry winien spełniać budynek i urządzeń z nim związane w czasie pożaru. Budynek i urządzenia z nim związane powinny być zaprojektowane i wykonane w sposób zapewniający w razie pożaru: 1. Nośność konstrukcji, 2. Ograniczenie rozprzestrzeniania się ognia i dymu w budynku, 3. Ograniczenie rozprzestrzeniania się pożaru na inne budynki, 4. Możliwość ewakuacji ludzi. 15. Wymień i opisz kategorie zagrożenia ludzi ZL. W obecnie obowiązujących przepisach wyróżnia się pięć kategorii zagrożenia ludzi, które określa się symbolami od ZL I do ZL V. Dokładny podział na wymienione kategorie określa § 209 ust. 2 Rozporządzenia Ministra Infrastruktury z 12 kwietnia 2002 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie. Zgodnie z tym podziałem do poszczególnych kategorii zagrożenia ludzi (ZL) zalicza się następujące budynki lub ich części stanowiące odrębne strefy pożarowe:

str. 9

 ZL I - zawiera pomieszczenia przeznaczone do jednoczesnego przebywania ponad 50 osób niebędących ich stałymi użytkownikami, a nie przeznaczone przede wszystkim do użytku ludzi o ograniczonej zdolności poruszania się,  ZL II - przeznaczone przede wszystkim do użytku osób o ograniczonej zdolności poruszania się, takie jak szpitale, żłobki, przedszkola, domy dla osób starszych,  ZL III - użyteczności publicznej nie zakwalifikowane do ZL I i ZL II,  ZL IV – mieszkalne,  ZL V - zamieszkania zbiorowego, niezakwalifikowane do ZL I i Zl II.

16. Jaką klasę odporności pożarowej budynku wysokościowego winien spełniać budynek dla kategorie zagrożenia ludzi: ZLI, ZLII, ZLIII i ZLV. KLASA A

17. Podaj co oznacza oznaczenie REI 240. REI- określa ona, jak długo elementy nośne spełniające funkcje oddzielające zachowują nośność, szczelność i izolacyjność ogniową- stropy EI- określa ona, jak długo elementy nienośne zachowują szczelność i izolacyjność ogniową\ściany Dla REI240- element nośny konstrukcji spełniający funkcje oddzielające musi zachować zdolność nośności, szczelności i izolacyjności przez 240 minut

18. Przyjęto określoną odporności ogniową R (np. R240) słupów żelbetowych. Od czego zależy minimalna wymagana otulina i wymiary słupów żelbetowych.

19. Co wpływa na odporność ogniowa monolitycznych płyt żelbetowych. Klasa odporności ogniowej (R,E,I,EI,REI) elementów budynku zależy od rodzaju elementu i klasy odporności pożarowej budynku (A,B,C,D,E). Z kolei klasy odporności pożarowej budynku

zależy od przeznaczenia i sposobu użytkowania budynku

(ZL,PM,IN), dodatkowo od wysokości budynku, a w przypadku PM- również od maksymalnej gęstości obciążenia ogniowego strefy pożarowej budynku.

str. 10

 praca płyty: jednokierunkowa czy dwukierunkowa,w przypadku dwukierunkowych dodatkowo stosunek l x /l y  grubość płyty.

20. Po co w normie PN-EN 206 zdefiniowano pojęcie klasy ekspozycji. Klasa ekspozycji- oddziaływanie środowiska na beton w konstrukcji. Oddziaływania mogą mieć charakter chemiczny lub fizyczny, mogą wpływać na beton lub na zbrojenie, lub inne znajdujące się w nim elementy metalowe, które w projekcie konstrukcyjnym nie zostały uwzględnione jako obciążenia. NormaPN-EN 206 wprowadza nowe podejście do projektowania składu i produkcji betonu oraz oceny jego właściwości technicznych. Głównym założeniem normy PN-EN 206 jest zapewnienie odpowiedniej trwałości konstrukcji i elementów betonowych pracujących w określonych warunkach oddziaływania środowiska- zdefiniowanych w normie jako klasy ekspozycji. Wg PN-EN 206 przewidywany czas użytkowania konstrukcji betonowych wykonanych zgodnie z wytycznymi zawartymi w normie powinien wynosić, co najmniej 50 lat. 21. W jaki sposób rozpoznać na budowie pochodzenie stali zbrojeniowej. W zależności od huty oraz gatunku stali- pręty zbrojeniowe są odpowiednio oznakowane.

str. 11

22. Wymień i opisz systemy stężeń pionowych w budynkach wysokich. Zasadniczą rolę w systemach konstrukcyjnych budynków wysokich odgrywają stężenia, których zadaniem jest nie tylko zapewnienie geometrycznej niezmienności systemu lecz również nadanie ustrojowi odpowiedniej sztywności potrzebnej do prawidłowej eksploatacji obiektu przez ludzi. Układ stężeń pionowych w budynkach wysokich zależy od kształtu rzutu poziomego, wysokości budynku oraz zastosowanego systemu stropów. Ogólnie systemy stężeń pionowych dzielmy na:  ramowe,  kratowe,  tarczowe,  powłokowe,  w stropach buduje się z reguły stężenia poziome (rozdzielcze) typu tarczowego lub kratowego. 23. Wymień i opisz układy stężające w budynkach wysokich. Układy stężające budynków o konstrukcji stalowej można podzielić na płaskie i przestrzenne. W układach płaskich stosuje się:  układy nośne ramowe, w których wydzielone ramy przenoszą przypadające na nie obciążenia pionowe i poziome,  układy wieloprzegubowe o stężeniach kratowych, w których w wybranych, uzgodnionych z architektem osiach, stosuje się układy stężające w postaci wspornikowych kratownic, przenoszących obciążenia poziome z całego budynku; pozostała część konstrukcji budynku przenosi wyłącznie obciążenia pionowe, grawitacyjne,  układy wieloprzegubowe o stężeniach tarczowych, w których w miejsce wspornikowych kratownic stosuje się wspornikowe ściany betonowe, przenoszące obciążenia poziome,  układy mieszane, ramowo-kratowe lub ramowotarczowe. W układach przestrzennych stosuje się:  układy nośne trzonowe, w których wszystkie obciążenia poziome przenosi trzon wykonany najczęściej wokół klatek schodowych i wind istniejących w budynku,  układy

wieloprzegubowe

stężone

przestrzennymi

ramami

kratowymi

(angielska nazwa outriggers), gdzie z płaskich, pionowych wsporników kratowych ...