Szerkezetépítés I
Dokumentumok
Szerkezetépítés I
Előadási jegyzetek a szerkezetépítéshez I
Technische Universitt Berlin Tervezési és kivitelezési tanszék - szilárd építési titkárság TIB 1 - B 2 Gustav-Meyer-Allee 25 13355 Berlin
Prof. Dr. sc. techn. Mike Schlaich Dipl.-Ing. Achim Bleicher, dipl.-ing. Diana Bartsch
Tel. +49 (0) 30 314-721 30 Fax +49 (0) 30 314-721 32 [email protected] www.ek-massivbau.tu-berlin.de
A matematika, a mechanika, a statika, az anyagtudomány, az épületinformatika, az építési műveletek, a folyamatmodellezés stb. Alaptantárgyakat szinte minden egyetemen tanítják az anyagokon kívül vagy attól függetlenül. A szerkezettervezés nem kivétel, ezért tanít és kutat ezen a területen a Berlini Műszaki Egyetem különböző anyagok között.
A különböző anyagokban több a közös, mint amennyit megosztanak. Függetlenül attól, hogy a szabványok gyakran mesterségesen elválasztják egymástól, az anyagok tervezésének, kivitelezésének és méretezésének közös alapjait és alkalmazásával kapcsolatos jellemző tulajdonságait gyakorlati módon kell kidolgozni és továbbadni. Az épület tulajdonosa nem acél vagy beton hidat, fa vagy üveg házat rendel, hanem jó hidakat és jó házakat. A klasszikus anyagok mellett, mint a fa, acél és beton, egyre több új anyagot, például üveget és membránt használnak. Csak az a mérnök tud kreatívan tervezni, aki ismeri az összes anyagot.
A 2006-tól az alapképzés (3. – 6. Félév) részeként tartott szerkezeti mérnöki előadások részeként a rúd alakú szerkezetek, tartóelemek, táblák és táblák, valamint ezek összekötéseinek méretezése és felépítése minden anyagon átadva. A jelen KI I szkriptben először a rudas szerkezetek keresztmetszeteinek és összekötő eszközeinek méretezésével foglalkozunk.
A stuttgarti egyetemen Jrg Schlaich professzor és Kurt Schfer professzor úr először integrálódott egy tanítási koncepcióba. Szeretnénk megköszönni Kurt Schfer professzornak az engedélyt, hogy „A tervezés és kivitelezés alapjai” forgatókönyvet felhasználta a forgatókönyv alapjául. A stuttgarti forgatókönyvet a 2004/2005-ös téli félévben adaptálták a Struktúramérnöki I (KI I) előadásra, és a jövőben a Bachelor/Master kurzus során is felhasználják a speciális tanfolyam előadásához. Ebből a célból átrendezték a különféle fejezeteket, naprakészen tartottak néhány részt, és foglalkoztak az új anyagok felhasználásával.
Mike Schlaich, Berlin, 2005. április.
TU berlini szilárd szerkezetek tervezési és kivitelezési tanszéke Szerkezetépítés I Tartalomjegyzék
1.1 A szerkezetépítés története 1 1.1.1 Falazott szerkezeti építmények 1 1.1.2 Fa szerkezeti szerkezetek 2 1.1.3 Fémszerkezetek 3 1.1.4 Vas- és előfeszített betonszerkezetek 9 1.1.5 Vegyes építési módszerek és új anyagok 11
1.2 A méretezés osztályozása a tervezési folyamatban 12
2 AZ ÉRTÉKELÉS ALAPJA 17
2.1 A szerkezetek B és D területei 17 2.1.1 A B és D területek jellemzői 17 2.1.2 A D területek elhatárolása 19
2.2 Egyensúly, kompatibilitás és anyagi törvények 21
2.3 A belső erők és a szerkezeti ellenállás meghatározása 22
2.4 Függelék: A mechanika és az anyagtudomány fogalmai 29
3.1 Az építőanyagok jellemzői és azok kombinációja kompozit anyagok kialakítására 31
3.2 Fémanyagok 37 3.2.1 Acél 37 3.2.2 Öntöttvas/öntött acél 62 3.2.3 Színesfémek 64 3.2.4 Fémanyagok feszültség-alakváltozási görbéi 66
3.3 Fa 72 3.3.1 Fafajták 72 3.3.2 Fizikai tulajdonságok 75
3.4 Beton 81 3.4.1 Nyomószilárdság 81 3.4.2 Szakítószilárdság 82 3.4.3 Feszültség-alakváltozás görbék, beton 85 3.4.4 Rugalmassági és keresztirányú összehúzódási modulusok 86 3.4.5 Zsugorodás, kúszás és hőtágulás 86
TU berlini szilárd szerkezetek tervezési és kivitelezési tanszéke Szerkezetépítés I Tartalomjegyzék
4 Beton és acél összekapcsolása 99
4.1 A hálózat jellege 99
4.3 Rögzítési és megfogási hosszúságok 104
5 SZEKCIÓS MÉRÉS 107
5.1 A keresztmetszeti feszültségek meghatározása a lineáris-rugalmas anyagtörvény alapján 108
5.1.1 Acél keresztmetszetek méretezése (rugalmas-rugalmas módszer a DIN 18800-1 szerint) 110 5.1.2 Fa keresztmetszetek méretezése 117
5.2 Acélkeresztmetszetek méretezése a műanyagtörvény alkalmazásával (rugalmas-műanyag és műanyag-műanyag módszerek a DIN 18800-1 szerint) 122
5.3 A keresztmetszet kialakítása repedések vagy hézagok (falazat) esetén 128
5.4 Vasbeton keresztmetszetek kialakítása a pillanatra és a normál erőre 134 5.4.1 Középen összenyomásnak alávetett vasbeton rudak 134 5.4.2 A vasbeton keresztmetszetek hajlító kialakításának alapjai 138 5.4.3 A hajlítási ellenállás egyszerűbb meghatározása feszültségblokk segítségével 143 5.4.4 M és N 144 tervezési módszereinek áttekintése .5 Kis excentricitású nyomás méretezése = kis nyomaték és nagy nyomóerő
(Interakciós diagramok) 146 5.4.6 Tiszta hajlítás és összenyomódás/feszültség megtervezése nagy excentrikussal = nagy nyomaték
Kis nyomóerő (e = M/N> 0,5 óra) 148 5.4.7 Kis méretű feszültség méretezése 150 5.4.8 A T-gerenda keresztmetszetének méretezése 151 5.4.9 Kompressziós megerősítés 154 5.4.10 Nem négyszögletes nyomózóna és ferde hajlítás méretezése 156
5.5 Betongerendák méretezése rácsos modellekkel 157 5.5.1 Rácsos modellek 157 5.5.2 Az akkordok méretezése (a nyíróerő részvételével együtt) 158 5.5.3 Nyíróerő-átadás 162 5.5.4 Rögzített terhelések 171 5.5.5 Nyíróerő-ellenállás nyíróerő-megerősítés nélkül 172 5.5.6 Kiálló keresztmetszetű részek csatlakoztatása a szövedékhez (csatlakozó lemez/szövedék) 173
5.6 Összetett gerendák keresztmetszeti ellenállása 176 5.6.1 Általános rész 176 5.6.2 Nyomatékellenállás 177 5.6.3 Nyíróerő-ellenállás és kölcsönhatás a nyomaték-ellenállással 180
5.7 A rúd torziós feszültséggel 182 5.7.1 Általános 182 5.7.2 Saint Venant torziója 183 5.7.3 Íves erő torziója 186 5.7.4 Vasbeton szerkezetek tiszta torzió alatt (II. Állapot) 186
TU berlini szilárd szerkezetek tervezési és kivitelezési tanszéke Szerkezetépítés I Tartalomjegyzék
6 MEGERŐSÍTETT BETONBETON KÖVEK TERHELÉSI DEFORMÁCIÓJA, MEGFELELŐSÉG 193
6.1 Vasbeton rudak terhelés-alakváltozása 193 6.1.1 Sűrítés és húzófeszültség a rugalmas területen 193 6.1.2 Vasbeton nyomórúd nemlineáris területen 195 6.1.3 Vasbeton feszítőrúd repedt állapotban II 196 6.1.4 Hajlított vasbeton gerendák alakváltozása 202
6.2 A használhatóság határértéke 203 6.2.1 A repedésszélesség korlátozása 203 6.2.2 A repedésszélesség kiszámítása (teljes repedésminta) 207 6.2.3 Hajlások 208 6.2.4 Dinamikus terhelés 210
7.1 Az alkatrészek csatlakozásainak áttekintése 215
7.2 Általános információk a rúd alakú rögzítőkről 219
7.3 Csavarozott csatlakozások acélszerkezetben 224 7.3.1 A csavarok tulajdonságai és elrendezése a csatlakozásokban 224 7.3.2 Acélszerkezetű csavarozott csatlakozások teherbírásának ellenőrzése 227 7.3.3 Csavaros csatlakozások 230
7.4 Hegesztett csatlakozások acélszerkezetben 230 7.4.1 Általános 230 7.4.2 Varratok típusai 232 7.4.3 Varratok típusai 234 7.4.4 A varratok feszültségei és ellenőrzése 235
7.5 Kötelek és inak rögzítése, hajlításai és szerelvényei 240 7.5.1 Rögzítés 240 7.5.2 Hajlítások 241 7.5.3 Szerelvények 241
7.6 Csatlakozások a faépítésben 242 7.6.1 Általános információk a csap alakú rögzítőkről 242 7.6.2 Tüskék, (illesztésű) csavarok és menetes rudak 243 7.6.3 Szögcsatlakozások 245 7.6.4 Tüskecsatlakozások 245
7.7 Az üvegépítés szerkezeti részletei 248 7.7.1 A tárolás típusai 248 7.7.2 Jóváhagyások és irányelvek 250
7.8 Kapcsolatok a membránszerkezetben 251 7.8.1 Felületek 251 7.8.2 Peremalakzatok 252
TU berlini szilárd szerkezetek tervezési és kivitelezési tanszéke Szerkezetépítés I Tartalomjegyzék
TU Berlini Szilárdszerkezetek tervezésének és kivitelezésének tanszéke Szerkezetépítés I. 1. fejezet
1.1 A szerkezetépítés történetéről
1.1.1 Kőműves szerkezetek
A falazatból és fából készült szerkezetek ugyanolyan régiek, mint az emberi kultúra. A szárított agyagból és mindenekelőtt az égetett agyagból készült műkövek az ókorban is kaphatók voltak. Néhány kultúra, pl. Az inkák például szépen kivágott, több tonna súlyú köveket használtak habarcs nélküli építmények készítéséhez, amelyek gyártása még nem magyarázható el teljes mértékben.
A falazott szerkezetek mennyezeteihez és tetőihez gyakran fából készült szerkezeteket használtak. A falazattal áthidalható fesztávokat a kezelhető (természetes) kövek hossza korlátozta. A hamis boltozatokban konzolos köveket használtak néhány méteres fesztávolság elérésére (legismertebb példa: Atreus kincsestára Mycenae-ban, kb. Kr. E. 1325).
A rómaiak az íveltechnikát az első virágzásig az utcák és a vízvezetékek íves hídjainak megépítésével, valamint a nagy termek ívesítésével vezették be, olyan átfogásokkal, amelyek csak a reneszánszban voltak csak megközelítőleg ismét elérhetők (1-1., 1-2. Ábra). A falazott szerkezetek merészségét, az anyag tulajdonságainak kihasználását és tervezési minőségét illetően