arrows Analýzy, trendy arrows Výškové stavby, hotely arrowsŽelezobetónové a spriahnuté oceľobetónové stľpy pre veľké zaťaženia
grafické podklady: archiv autorů
text: Štefan Gramblička, Lelkes András
číslo: 06-07/10
Železobetónové a spriahnuté oceľobetónové stľpy pre veľké zaťaženia

· Obr. 1. Celkový pohľad na spriahnuté oceľobetónový stľpy budovy ústredia SLSP v Bratislave po betonáži
Podrobnejšie sa zaoberáme železobetónovými stľpmi z vysokopevnostného betónu ako tiež železobetónovými stľpmi s vyšším stupňom vystuženia. V súčasnosti sa čoraz častejšie uplatňujú aj spriahnuté oceľobetónové stľpy.
odeslat odeslat    tisk tisk
Doc. Ing. Štefan Gramblička, Ph.D.

Doc. Ing. Štefan Gramblička, Ph.D.Docent na katedre betónových konštrukcií a mostov na Stavebnej fakulte, STU v Bratislave. Autorizovaný stavebný inžinier pre statiku stavieb a inžinierske stavby. Predseda Slovenskej odbornej sekcie pre statiku stavieb v SKSI a podpredsedom regionálneho združenia SKSI v Bratislave.
E-mail: stefan.gramblicka@stuba.sk
Spoluautor: Ing. Lelkes András
E-mail: andras.lelkes@stuba.sk

Navrhovanie spriahnutých oceľobetónových stľpov je možné podľa zjednodušenej metódy v súlade s normou STN EN 1994-1-1. Príklady použitia stľpov v nosných konštrukciách budov.
V rámci riešenia nosných konštrukcií vysokých budov je jedným z hlavných problémov optimálny návrh podperných zvislých prvkov ? stľpov. Stľpy v spodných podlažiach vysokých budov sú namáhané na veľmi veľké zaťaženia. Vždy bolo a bude úsilím projektantov, napriek vysokým hodnotám zaťaženia, navrhovať čo najštíhlejšie rozmery stľpov. Vzhľadom na možnosti použitia materiálov je samozrejmé, že túto požiadavku najviac spľňajú oceľové stľpy. V súčasnosti v súvislosti s uplatňovaním nových technológií majú oceľové stľpy veľkú konkurenciu v železobetónových stľpoch s vysokým stupňom vystuženia a s využitím vysokopevnostného betónu. Ďalšia veľmi zaujímavá možnosť je kombinácia ocele a betónu (lepšie železobetónu) do prierezov spriahnutých oceľobetónových stľpov. Či už železobetónové aj spriahnuté oceľobetónové stľpy spľňajú tiež požiadavku na relatívne malé rozmery prierezov a oproti čisto oceľovým prierezom majú lepšiu požiarnu odolnosť a odolnosť voči poveternostným vplyvom.
Z jednoduchého porovnania odolnosti prierezov stľpov z rôznych materiálov (spriahnutý stľp s vysokopevnostným betónom a železobetónové stľpy s normálnym a vysokopevnostným betónom) namáhaných na centrický tlak (obr. 2) sú jasné dôvody, prečo má zmysel sa takýmito stľpmi zaoberať. Ušetrené množstva materiálov, štíhlejšie konštrukcie, väčšia plochy priestorov apod. to sú dôvody prečo, by sa mali projektanti aj investori rozhodovať pre takéto typy stľpov.

Obr. 2. Porovnanie prierezov stľpov v centrickom tlaku
¤ Obr. 2. Porovnanie prierezov stľpov v centrickom tlaku (bet. výstuž S420(V), konštrukčná oceľ S235)

Železobetónové stľpy z vysokopevnostného betónu
Stľpy z vysokopevnostného betónu môžeme charakterizovať ako stľpy vyrobené z betónu v kombinácii s betonárskou výstužou, kde namiesto normálneho betónu je použitý betón vysokopevnostný. Takéto stľpy sa od stľpov z normálneho betónu odlišujú najmä vlastnosťami a správaním sa vysokopevnostného betónu.
Norma STN EN 1992-1-1 pripúšťa používanie aj vysokopevnostných betónov, kde sa odporúča hodnota hornej hranice betónu triedy C 90/105. Pre porovnanie norma STN 73 1201 pripúšťa maximálnu triedu betónu B60, čo odpovedá podľa EN 1992-1-1 triede betónu C 50/60. Z výhod môžeme spomenúť napr. použitie stľpov rovnakého prierezu, prípadne aj vystuženia, priebežne po celej výške budovy. Jedinou vecou, ktorá sa bude meniť, je pevnostná trieda betónu. Nespornou prednosťou použitia vysokopevnostného betónu v stľpoch je rýchly nárast pevností betónu a tak k oddebneniu konštrukcie môže dôjsť oveľa skôr. Tým sa samozrejme urýchľuje celý proces výstavby a šetria sa náklady na debnenie.
Použitie vysokopevnostného betónu vedie k zmenšovaniu prierezov stľpov. Takéto stľpy môžu preniesť väčšie zaťaženia oproti stľpom s väčšími prierezmi, ktoré sú vyrobené z betónu normálnej pevnosti. Výhodou všetkých konštrukcií z vysokopevnostného betónu je pri zvyšujúcej sa pevnosti betónu samotné zníženie potreby betonárskej výstuže.

Stľpy s vyšším stupňom vystuženia
Jednou z možností ako dosiahnuť žiadané parametre, tj. vysokú odolnosť pri malých rozmeroch, je možnosť zvýšenia percenta vystuženia, ktoré je ale väčšinou v normách obmedzené. V súvislosti s uplatňovaním nových technológií sa začali využívať nové typy železobetónových stľpov s väčším stupňom vystuženia. Výskum, vývoj ako tiež praktické aplikácie uplatnenia takýchto stľpov sa robil v mnohých krajinách.
Stľpy s vyšším stupňom vystuženia sú stľpy, kde množstvo výstuže prevyšuje maximálnu hodnotu stupňa vystuženia uvedeného v norme. Norma predpisuje maximálne percento vystuženia hlavne z dôvodov nedokonalého spracovania betónu, vzniku štrkových hniezd a nekvalitného povrchu práve v miestach s husto uloženou výstužou. S tým súvisí zlá súdržnosť medzi výstužou a betónom. Tieto problémy je možné riešiť dokonalým spracovaním betónu. Vhodnou technológiou je odstreďovanie betónu. Samozrejme túto technológiu je možné použiť len pri prefabrikátoch.
Národné normy v jednotlivých štátoch sú v tomto smere relatívne veľmi prísne a striktné. Existujú aj výnimky a podrobné špecifikácie pre takzvané vysokoúčinné stľpy. Ako príklad uvádzame nasledovné maximálne stupne vystuženia pre tlačené prierezy stľpov [4]:

  • Nemecko 9 % (17 % pre vysokoúčinné stľpy);
  • Francúzsko 5 % (17 % pre vysokoúčinné stľpy);
  • Veľká Británia 6 % (8 % keď sa betónuje vodorovne ? prefabrikáty);
  • Švajčiarsko 8 % (17 % pre vysokoúčinné stľpy);
  • USA 8 %;
  • EN 1992-1-1: 4 % (8 % v miestach stykovania).

V súčasnosti sa hlavne v zahraničí, ale aj na Slovensku stretávame s praktickým využitím stľpov, ktorých percento vystuženia je oveľa vyššie ako je maximálny stupeň vystuženia uvedený v jednotlivých národných normách.
Podľa STN 73 1201 je maximálny stupeň vystuženia 4 %. Podobne je to aj v STN EN 1992-1-1. V prednorme k EN, tj. v STN P ENV 1992-1-1, bola uvedená v tabuľke 3.1 orientačná hodnota maximálneho stupňa vystuženia 6 %.
V praxi je možné využitie stľpov s vysokým percentom vystuženia najmä vo forme prefabrikátov. Ako príklad môžeme uviesť typy stľpov, ktoré boli prezentované na Betonárskych dňoch 2002 vo Viedni. Sú to kruhové prierezy stľpov s veľkým stupňom vystuženia. Na Technickej univerzite vo Viedni boli vykonané tiež laboratórne skúšky takýchto stľpov s percentom vystuženia (5, 18 a 20 %) a s použitím vysokopevnostného betónu. Vystuženie pozdľžnou výstužou je dvojicami vložiek o priemere jednej vložky až 40 mm. Priečna výstuž bola vytvorená pomocou ovinutia s rôznou výškou závitu. Pre kvalitné spracovanie a zhutnenie betónu sa zvolila technológia odstreďovania betónu vo vodorovnej polohe. O priebehu a výsledkoch skúšok oboznámil aj našu betonársku verejnosť prof. J. Kollegger na Betonárskych dňoch 2002 v Bratislave [3].
Takéto stľpy sa vyrábajú až s percentom vystuženia 20 %. S danou technológiou výroby súvisí aj veľmi kvalitný povrch takto zhotovených stľpov, ktorý je bezpórový a nepotrebuje žiadnu povrchovú úpravu. Pri odstreďovaní sa dosahuje veľmi dobré obalenie výstuže betónom.
Na obr. 3 je príklad stľpa s vyšším stupňom vystuženia, vyrobeného technológiou odstreďovania [1]. Priemer stľpov môže byť od 120 mm do 900 mm. Ako sa prejaví zvýšenie odolnosti stľpov ukazuje porovnanie interakčných kriviek na obr. 5. Pri excentricite e = h/10 môžeme sledovať 50% zvýšenie zaťaženia stľpov z odstreďovaného betónu s 20% vystužením oproti stľpom s 9% vystužením. Oproti stľpom z monolitického betónu s 8% je to až 100% zvýšenie zaťaženia.

Obr. 3. Prefabrikovaný stľp s vyšším stupňom vystuženia
Obr. 3. Prefabrikovaný stľp s vyšším stupňom vystuženia

Obr. 4. Podrobnosť kruhového spriahnutého oceľobetónového stľpa s plným kruhovým oceľovým jadrom ? výstavba NBS
Obr. 4. Podrobnosť kruhového spriahnutého oceľobetónového stľpa s plným kruhovým oceľovým jadrom ? výstavba NBS

Obr. 5. Interakčné krivky pre vystužený monolitický a odstreďovaný betón
¤ Obr. 5. Interakčné krivky pre vystužený monolitický a odstreďovaný betón

Spriahnuté oceľobetónové stľpy
V spriahnutých oceľobetónových stľpoch oceľová časť prierezu pôsobí spriahnuto s betónovou alebo oveľa častejšie so železobetónovou časťou prierezu stľpa. Najväčšie uplatnenie majú tieto stľpy pre prenášanie extrémnych hodnôt zaťažení, prevažne zvislých síl. Je veľké množstvo typov takýchto stľpov s rôznym konštrukčným usporiadaním. V zásade je možné ich rozdeliť na dve základné skupiny:

  • úplne alebo čiastočne obetónované prierezy stľpov;
  • stľpy vytvorené z oceľových uzatvorených profilov, rúr vyplnených betónom (železobetónom), prípadne v kombinácii ešte aj s oceľovým prierezom.

Takéto stľpy je možné navrhovať podľa STN EN 1994-1-1 Navrhovanie spriahnutých oceľobetónových konštrukcií, časť 1.1 Všeobecné pravidlá a pravidlá pre budovy (obr. 6 a obr. 7). Pomerne často sa používajú tiež prierezy spriahnutých oceľobetónových stľpov, v ktorých je oceľová časť vytvorená plnými oceľovými jadrami, najčastejšie kruhovými (obr. 8). Tieto stľpy sa navrhujú väčšinou podľa výsledkov laboratórnych skúšok, ktoré sa robia pre konkrétny typ a konštrukčné usporiadanie stľpa. Spôsob navrhovania stľpov s plnými oceľovými jadrami je podstatne závislý aj od veľkosti priemeru oceľového jadra. Podrobnejšie sa problematikou navrhovania takýchto stľpov zaoberajú autori v publikáciách [13], [14], [15] a [16].

Obr. 6. Typické prierezy spriahnutých oceľobetónových stľpov
¤ Obr. 6. Typické prierezy spriahnutých oceľobetónových stľpov podľa STN EN 1994-1-1

Obr. 7. Interakčná čiara odolnosti pre prierez namáhaný tlakom a jednoosovým ohybom
¤ Obr. 7. Interakčná čiara odolnosti pre prierez namáhaný tlakom a jednoosovým ohybom

Obr. 8. Prierezy stľpov s plnými oceľovými jadrami
¤ Obr. 8. Prierezy stľpov s plnými oceľovými jadrami

Navrhovanie spriahnutých oceľobetónových stľpov podľa STN EN 1994-1-1
Zásady výpočtu uvedené v tejto norme sú platné len pre izolované stľpy a stľpy alebo tlačené prvky v rámových konštrukciách, kde sú aj ďalšie nosné prúty spriahnuté oceľobetónové alebo čisto oceľové. Spriahnuté oceľobetónové stľpy môžu mať oceľovú časť z konštrukčnej ocele triedy S 235 až S 460 a betónovú časť z obyčajných betónov tried C 20/25 až C 50/60.

V tejto norme sú uvedené dve metódy navrhovania spriahnutých oceľobetónových stľpov:

  • všeobecná metóda, podľa ktorej je možné počítať tiež stľpy s nesymetrickým prierezom alebo s prierezom, ktorý sa mení po dľžke stľpa;
  • zjednodušená metóda navrhovania pre stľpy so symetrickým prierezom podľa osi z aj y a konštantným prierezom po celej dľžke stľpa.

V praktickom používaní spriahnutých oceľobetónových stľpov nachádzajú uplatnenie hlavne prierezy stľpov, ktoré spľňajú podmienky pre použitie zjednodušenej metódy. Z týchto dôvodov uvedieme podrobnejšie postup zjednodušenej metódy navrhovania.

Zjednodušená metóda navrhovania
Predpoklady pre návrh stľpov pomocou použitia tejto metódy:

  • stľp má symetrický prierez podľa osi z aj y a je konštantný po celej dľžke stľpa;
  • výpočet pomocou tejto metódy nie je možný, ak sa oceľová časť skladá z dvoch alebo viacerých nespojených oceľových prierezov;
  • pomer príspevku oceľovej časti prierezu je daný vzťahom: 

Vzorec (1)

kde
Aa, fyd a Npl,Rd sú definované pri odolnosti prierezu v osovom tlaku.

  • Hodnota ? je obmedzená nerovnosťou 0,2 ? ? ? 0,9:
  • oceľové prierezy môžu byť valcované alebo zvarované;
  • bezrozmerná štíhlosť ? nemá byť väčšia ako 2,0, tj. ? ? 2,0;
  • pre úplne obetónované oceľové prierezy stľpov sa dovoľujú tieto maximálne hodnoty hrúbky krytia betónom: max cz = 0,3 h; max cy = 0,4 b;
  • pomer výšky prierezu hc k šírke bc má byť: 0,2 ? hc / bc ? 5,0.

Odolnosť prierezov
Plastickú odolnosť v tlaku spriahnutého oceľobetónového prierezu dostaneme sčítaním odolnosti jednotlivých častí prierezu:

Vzorec (2)

kde
Aa, Ac, As sú prierezové plochy konštrukčnej ocele, betónu a betonárskej výstuže,
fyd, fcd, fsd sú návrhové pevnosti konštrukčnej ocele, betónu a betonárskej výstuže.

Odolnosť prierezu pri kombinácii tlaku a ohybu a odpovedajúca interakčná čiara sa môže vypočítať za predpokladu pravouhlého rozloženia napätí v jednotlivých materiáloch znázornených na obr. 7 so zohľadnením návrhovej šmykovej sily VEd, pričom pevnosť betónu v ťahu sa neuvažuje. Jednotlivé body interakčnej čiary odolnosti závisia od polohy plastickej neutrálnej osi. Na obr. 9 je znázornené rozdelenie napätí, ktoré odpovedá bodom A, B, C a D čiary pre typický obetónovaný I prierez s ohybovým momentom v smere osi z (s vybočením kolmo na os y). Pre zjednodušenie je možné interakčnú krivku čiary odolnosti nahradiť priamkovými spojnicami medzi jednotlivými bodmi A, B, C a D.

Ohybová tuhosť prierezu
Pre krátkodobé zaťaženie je možné počítať účinnú ohybovú tuhosť prierezu spriahnutého oceľobetónového stľpa (EI)eff zo vzťahu:

Vzorec (3)

kde
Ia, Ic a Is sú kvadratické momenty plochy konštrukčnej ocele, nepotrhaného betónu a betonárskej výstuže,
Ea, Es sú moduly pružnosti konštrukčnej ocele a betonárskej výstuže,
Ke opravný súčiniteľ, ktorý sa uvažuje hodnotou 0,6,
Ecm sečnicový modul pružnosti betónu.

Vplyv dlhodobého zaťaženia sa môže zohľadniť v účinnej ohybovej tuhosti prierezu nahradením Ecm redukovaným modulom pružnosti Ec,eff.

Vzorec (4)

kde
NEd je návrhová normálová sila;
NG,Ed je časť tejto sily od stáleho zaťaženia;
?t je súčiniteľ dotvarovania uvažovaný podľa STN EN 1992-1-1.

Relatívna štíhlosť pre uvažovanú rovinu ohybu je daná vzťahom:

Vzorec (5)

kde
Npl,Rk je charakteristická hodnota plastickej odolnosti v tlaku daná podľa vzťahu (2), keď sa použijú charakteristické hodnoty pevností materiálov.

Kritické zaťaženie stľpa:

Vzorec 

kde
l je vzperná dľžka.

Účinky teórie druhého rádu a vplyv imperfekcií
Všeobecne musíme stľpy posudzovať na účinky druhého rádu. Potom pre zistenie vnútorných síl sa má návrhová hodnota účinnej ohybovej tuhosti vypočítať z výrazu:

Vzorec (6)

kde
Ke,II je opravný súčiniteľ uvažovaný hodnotou 0,5,
Ko je kalibračný súčiniteľ uvažovaný hodnotou 0,9.

Dlhodobé účinky sa budú opäť uvažovať nahradením modulu pružnosti Ecm hodnotou Ec,eff podľa vzťahu (4). Povoľuje sa tiež zjednodušené riešenie s uvažovaním účinkov druhého rádu, a to zväčšením najväčšieho návrhového ohybového momentu prvého rádu MEd opravným súčiniteľom k, ktorý je daný vzťahom:

Vzorec (7)

kde
? je súčiniteľ ekvivalentného momentu podľa STN EN 1994-1-1,
Ncr,eff je kritická normálová sila:

Vzorec (8)

Dané sú aj podmienky, kedy nemusíme posudzovať vplyv účinkov druhého rádu: ak zvýšenie vnútorných síl prvého rádu spôsobené pretvorením je menšie ako 10 % a kritické zaťaženie je vypočítané s uvažovaním účinnej ohybovej tuhosti (EI)eff,II. Tento predpoklad vyhovuje, ak je splnená podmienka: ?cr ? 10, kde ?cr je súčiniteľ, ktorým by sa muselo zvýšiť návrhové zaťaženie, aby spôsobilo pružnú nestabilitu.
Vplyv geometrických a konštrukčných imperfekcií sa môže vyjadriť vo výpočte ekvivalentnými geometrickými imperfekciami. Geometrické imperfekcie spriahnutých oceľobetónových stľpov sú v STN EN 1994-1-1. V rámci globálnej analýzy sa môžu imperfekcie prvku zanedbať, ak platí:

Vzorec (9)

Pri posúdení stability prvku sa však imperfekcie prvku musia vždy uvažovať.

Odolnosť stľpa v osovom tlaku
Pri pôsobení osovej sily s počiatočnou imperfekciou stľpa v rovine, v ktorej uvažujeme namáhanie ohybom, je potrebné počítať s redukovaním odolnosti prierezu Npl,Rd súčiniteľom vzperu ?. Odolnosť stľpa pri namáhaní osovým zaťažením je daná vzťahom:

Vzorec (10)

Stľp má dostatočnú odolnosť, ak pre návrhovú hodnotu normálovej sily NEd pre obidve osi vyhovuje vzťah:

Vzorec (11)

Súčiniteľ vzperu ? je pre príslušnú štíhlosť ? a smer vybočenia daný krivkami vzpernej pevnosti podľa EN 1993-1-1, ktoré sú rovnaké pre spriahnuté oceľobetónové stľpy ako pre oceľové stľpy.

Odolnosť stľpa pri namáhaní kombináciou tlaku a jednoosového ohybu
Pri takomto namáhaní je potrebné posúdiť stľp zvlášť pre každú os symetrie, tj. s príslušnou štíhlosťou, ohybovými momentmi a odolnosťou v ohybe. Pri posúdení musí splnená nasledovná podmienka vychádzajúca z interakčnej čiary odolnosti:

Vzorec (12)

kde
MEd je maximálny návrhový ohybový moment medzi koncami stľpa alebo na konci stľpa vypočítaný podľa teórie druhého rádu so zahrnutím vplyvu imperfekcií (pokiaľ je potrebné),
Mpl,Rd je hodnota plastického ohybového momentu odolnosti, ktorá je vypočítaná pri rozdelení napätí v jednotlivých materiáloch platných pre určenie bodu B viď obr. 9,
Mpl,N,Rd je hodnota plastického ohybového momentu určená s vplyvom sily NEd, t.j: Mpl,N,Rd = ?d . Mpl,Rd,
?M je 0,9 pre triedy ocele S 235 ? S 355 a 0,8 pre triedy ocele S 420 ? S 460.

Obr. 9. Priebeh napätí
¤ Obr. 9. Priebeh napätí, ktoré odpovedá konkrétnym bodom interakčnej čiary odolnosti pre tlakovú silu a ohybový moment v smere jednej osi

Použitie spriahnutých oceľobetónových stľpov
V praktickom používaní spriahnutých oceľobetónových stľpov vo vysokých budovách hrá pomerne významnú úlohu možnosť vytvorenia konštantného prierezu stľpa v čo najväčšom možnom počte podlaží. Zmena zaťaženia sa teda rieši zmenou výstuže, zmenou hrúbky plechu rúry, zmenou kvality materiálu alebo pri obetónovanom oceľovom priereze zmenou prierezu. Konkrétnym prípadom takýchto prierezov stľpov sú prierezy stľpov najvyššej budovy vo Viedni, budova Millenium Tower (Veža tisícročia), ktorá má 50 poschodí a celkovú výšku 202 m a bola dokončená v roku 1999.
Prierezy stľpov v tejto budove sú všetko kruhového tvaru. Vonkajšie stľpy (viac zaťažené) majú prierezy vytvorené z oceľovej kruhovej rúry vyplnenej betónom s betonárskou výstužou a zosilnenej plným oceľovým kruhovým jadrom. Na zabezpečenie spolupôsobenia medzi oceľovým plným kruhovým jadrom a betónom ako tiež medzi oceľovým plášťom (rúrou) a betónom boli použité nastreľovacie tŕne [5]. Overenie takto vytvorených stľpov bolo vykonané laboratórnymi skúškami. Schéma priečneho rezu je na obr. 9. Použil sa tu samozhutňujúci betón triedy B 60. Vnútorné stľpy boli vytvorené ako klasické spriahnuté oceľobetónové stľpy kruhového prierezu. Oceľovú časť prierezu tvoril valcovaný profil.
Samozrejme, že aj na Slovensku v najvyšších budovách, prípadne v budovách s veľkými zaťaženiami, postavených v poslednom období v Bratislave sa použili spriahnuté oceľobetónové stľpy. Sú to budova Tlačového centra, budova VUB, budova NBS, Slovenského národného archívu a nedávno v nosnej konštrukcie budovy ústredia Slovenskej sporiteľne. Pri výstavbe vysokej budovy Národnej banky Slovenska boli použité stľpy s plným oceľovým jadrom. V tomto prípade sa jednalo o oceľový plný kruhový prierez, ktorý bol obalený železobetónom. Spolupôsobenie bolo zabezpečené privarenými oceľovými tŕňmi. Podrobnosť takéhoto stľpa je vidieť na obr. 4.

Tab. 1. Postup posúdenia spriahnutých oceľobetónových stľpov podľa STN EN 1994-1-1
¤ Tab. 1. Postup posúdenia spriahnutých oceľobetónových stľpov podľa STN EN 1994-1-1

Spriahnuté oceľobetónové stľpy v nosnej konštrukcii budovy SLSP v Bratislave
V prízemí budovy je osem stľpov, ktoré sú zaťažené návrhovými hodnotami tlakových síl až do 7,64 MN. Vzhľadom na celkovú nosnú konštrukciu budovy boli požadované rozmery stľpov:

  • priečny rez kruhového prierezu o priemere maximálne 450 mm;
  • celková dľžka stľpov 7,4 m.

V železobetónovej alternatíve bol urobený návrh stľpov, ktorý v konečnom dôsledku nevyhovoval vzhľadom na percento vystuženia pozdľžnou výstužou. Pri zaťažení maximálnou návrhovou tlakovou silou 7638 kN, bola potrebná výstuž 18 ? 32, čo znamená percento vystuženia pozdľžnou výstužou 9,1 %. Takéto percento vystuženia pozdľžnou výstužou nevyhovuje podľa noriem STN aj STN EN. Betón bol uvažovaný triedy C 50/60 a priečny rez kruhového prierezu o priemere 450 mm. Problémom by bolo v tomto prípade tiež samotné rozmiestnenie pozdľžnej výstuže v priečnom reze. Podobne prekračujú limitované hodnoty percenta vystuženia pozdľžnou výstužou aj priečne rezy stľpov pri zaťažení návrhovou hodnotou tlakovej sily o veľkosti 4909 a 6153 kN. Z týchto dôvodov sa po konzultáciách riešila v ďalšej etape alternatíva spriahnutých oceľobetónových stľpov.
V danom prípade sa pre nosnú konštrukciu budovy SLSP volil typ spriahnutého oceľobetónového prierezu ako úplne obetónovaný oceľový prierez. Ako vhodné priečne rezy oceľovej časti prierezu sa uvažovali priečne rezy v tvare kríža zvarené z oceľových plechov. Statický výpočet návrhu spriahnutých oceľobetónových stľpov bol robený podľa STN EN 1994-1-1 [7], STN EN 1992-1-1 [8] a STN EN 1993-1-1 [9].
Pre spriahnuté oceľobetónové stľpy sa uvažovala nasledovná kvalita použitých materiálov: betón C 50/60, konštrukčná oceľ S 450, betonárska výstuž z ocele 10 505. Na obr. 11 sú priečne rezy stľpov. Ako príklad posúdenia spriahnutého stľpa uvádzame čiaru únosnosti pre stľp zaťažovaný tlakovou silou 7638 kN (obr. 12). Samotné posúdenia boli robené podľa programu Ing. P. Valacha, Ph.D. v súlade s prácou [12]. Na obr. 13 je pohľad na časť pozdľžnej a priečnej výstuže navrhovaného spriahnutého oceľobetónového stľpa.
Celkovo bolo v alternatíve spriahnutých oceľobetónových stľpov realizovaných 8 stľpov s tromi typmi prierezov, ktoré sa odlišovali v rozmeroch oceľovej časti prierezu stľpov. Ostatné časti prierezov boli rovnaké. Oceľová časť stľpov spolu so všetkou betonárskou výstužou bola zhotovená ako prefabrikát vo výrobni. Na obr. 14 je podrobnosť výstuže spriahnutých oceľobetónových stľpov a na obr. 15 je pohľad na osadený stľp pred betonážou.

Obr. 10. Priečny rez vonkajším stľpom vysokej budovy Millenium Tower
¤ Obr. 10. Priečny rez vonkajším stľpom vysokej budovy Millenium Tower

Obr. 11. Priečne rezy spriahnutých oceľobetónových stľpov v budove SLSP
¤ Obr. 11. Priečne rezy spriahnutých oceľobetónových stľpov v budove SLSP

Obr. 12. Posúdenie spriahnutého oceľobetónového stľpa
¤ Obr. 12. Posúdenie spriahnutého oceľobetónového stľpa

Poďakovanie
Príspevok je časťou problematiky riešenej v rámci projektu podporovaného agentúrou VEGA 1/0651/08.

Použitá literatúra:
[1] Prospekt firmy MABA Fertigteilindustrie GMBH, Rakúsko
[2] Lange, J., Kleinschmitt, J.: Stahl im Hochhausbau, Stahlbau Kalender 2002, Ernst & Sohn Verlag, Berlin 2002
[3] Kollegger, J., Gaubinger, B., Burtscher, S. L.: Recent Research Projects of the Institute for Structural Concrete at Vienna Uniresity of Technology, Zborník prednášok Betonárske dni 2002, Bratislava, 2002
[4] Beck, R. A.: High - Performance Columns with 17% Steel - to - Concrete Ratio, Concrete International, ACI, April 1999
[5] Jonáš, J.: Millennium Tower, Hilti partner, Hilti ČR spol. s r.o., Hilti Slovakia spol. s r.o., 2/99
[6] Boll, K., Vogel, U.: Die Stahlkernst?tze und ihre Bemessung, Die Bautechnik, August 1969
[7] STN EN 1994 -1-1 Navrhovanie spriahnutých oceľobetónových konštrukcií. Časť 1-1: Všeobecné pravidla a pravidla pre budovy. 2005
[8] STN EN 1992-1-1 Navrhovanie betónových konštrukcií, časť 1-1: Všeobecné pravidla a pravidla pre budovy
[9] STN EN 1993-1-1 Navrhovanie oceľových konštrukcií, časť 1-1: Všeobecné pravidlá a pravidlá pre budovy
[10] Kozák, J., Gramblička, Š., Lapos, J.: Spriahnuté a kombinované oceľobetónové konštrukcie v pozemnom staviteľstve, Jaga group, Bratislava 2000
[11] Matiaško, S.: Navrhovanie vysokoúčinných stľpov, Projekt dizertačnej práce, Katedra betónových konštrukcií a mostov, SvF STU, 2007
[12] Valach, P.: Navrhovanie spriahnutých oceľobetónových stľpov, Dizertačná práca SvF STU, Bratislava, Katedra betónových konštrukcií a mostov, 2005
[13] Hanswille, G., Bergmann, R.: Neuere Untersuchungen zur Bemessung und Lasteinleitung von ausbetonierten Hohlprofil - Verbundstützen. Festschrift Prof. Tschemmenegg, Institut für Stahlbau, Holzbau und Mischbautechnologie, Insbruck, 1999
[14] Roik, K., Schaumann, P.: Tragverhalten von Vollprofilstützen - Streckgrenzenverteilung an Vollprofilquerschnitten. Ruhr Universität Bochum, Institut für Konstruktiven Ingenieurbau - Lehrstuhl II, 1980
[15] Typenberechnung für das Stützensystem s + v-Hohlprofil -Verbundstützen mit Einstellprofilen aus Vollkernprofilen. Stahl - und Verbundbau GmbH, 2002
[16] Allgemeine bauaufsichtliche Zulassung Z-26.3-42 - Verbundstützen mit Kernprofil System Geilinger

Obr. 13. Spriahnutý oceľobetónový stľp budovy ústredia SLSP v Bratislave
¤ Obr. 13. Spriahnutý oceľobetónový stľp budovy ústredia SLSP v Bratislave pred osadením na stavbe ? oceľová časť stľpa a betonárska výstuž

Obr. 14. Spriahnutý oceľobetónový stľp budovy ústredia SLSP v Bratislave
¤ Obr. 14. Spriahnutý oceľobetónový stľp budovy ústredia SLSP v Bratislave pred betonážou ? podrobnosť oceľovej časti prierezu stľpa a betonárskej výstuže

Obr. 15. Celkový pohľad na spriahnutý oceľobetónový stľp
¤ Obr. 15. Celkový pohľad na spriahnutý oceľobetónový stľp budovy ústredia SLSP v Bratislave pred betonážou

replique tag heuer



Licence Creative Commons

www.casopisstavebnictvi.cz podléhá licenci Creative Commons
Uveďte autora | Neužívejte dílo komerčně | Nezasahujte do díla 3.0 Unported
.

RSS
Líbí se nám: Vše o stavbách a architektůře najdete na 4stav.cz. Použité stroje jako brusky, lisy a jiné naleznete na AKKstroje.cz. Studijní materiály nejen o stavebnictví, ale i strojírenství a zeměpis najdete na Škola, studium, wiki. Pomozte klikem, udělejte dobrou věc a přečtěte si v magazínu nejen o životním stylu.
© 2007