1. Projekty budowlane: obliczenia statyczne wg PN-90/B-03000, ustrój, elementy, szczegóły konstrukcyjne.
1. Ustrój konstrukcyjny: zespół elementów konstrukcyjnych połączonych ze sobą w sposób umożliwiający ich wzajemną współpracę w przenoszeniu obciążeń.
2. Elementy konstrukcyjne: elementy, które biorą bezpośredni lub pośredni udział w przenoszeniu obciążeń. Do elementów konstrukcyjnych zalicza się również podłoże budowlane.
3. Szczegóły konstrukcyjne: szczegóły określające budowę elementów konstrukcyjnych zgodnie z przyjętymi założeniami i obliczeniami statycznymi i wytrzymałościowymi.
Ustrój konstrukcyjny określają: schematy statyczne pracy, rozpiętość i inne parametry wytrzymałościowe, rodzaj i wytrzymałość materiału, rodzaj i wielkość obciążeń, stopień odporności na ogień, sposób wznoszenia, łatwość przystosowania do zmiennych potrzeb.
2. Zakres i sposoby wykonywania obliczeń statycznych.
Podstawa obliczeń: obliczenia statyczne należy wykonywać na podstawie polskich norm, norm branżowych, wytycznych, instrukcji wydanych przez upoważnione instytucje naukowe oraz innych przepisów. W przypadku konieczności stosowania mało znanych metod obliczeń należy podać uzasadnienie naukowe lub powołać się na źródła.
Zakres obliczeń: obliczenia statyczne powinny obejmować ustroje konstrukcyjne, elementy i te szczegóły konstrukcyjne dla których konieczne jest sprawdzenie stanów granicznych nośności i użytkowania lub sprawdzenie wytrzymałości lub określenie współczynnika bezpieczeństwa.
Sposoby obliczeń: wykonywanie obliczeń lub ich części przy użyciu programów komputerowych (w opisie technicznym podaje się instytucję, w której liczono oraz nazwę programu); określenie wielkości statycznych za pomocą modeli konstrukcji (w przypadku badania za pomocą modeli budowli lub elementów konstrukcji w opisie technicznym podaje się nazwę instytucji, w której wykonano badania oraz nazwę metody).
3. Dane wyjściowe do wykonania obciążeń statycznych.
Zasady ustalania wartości obciążeń: - należy wstawić obciążenia występujące w stadium: eksploatacji, montażu, (wykonania, przechowywania, remontu, transportowania - w niezbędnych przypadkach).
Wartości obciążeń: Gk, Qk - obciążenia charakterystyczne Gk - stałe, Qk - zmienne; γf ⋅ Gk , γf ⋅ Qk - obciążenia obliczeniowe, γf - współczynnik bezpieczeństwa; Ψo ⋅ Qk - wartość obciążenia zmiennego do kombinacji obciążeń; Ψd ⋅ Qk - długotrwałe obciążenie zmienne; Fa - obciążenie wyjątkowe.
Oznaczenia:
F - siła, obciążenie; G - obciążenie stałe; Gk - wartość charakterystyczna obciążenia stałego; Q - obciążenie zmienne; Qk - wartość charakterystyczna obciążenia zmiennego; γk współczynnik obciążenia (bezpieczeństwa); γn - współczynnik konsekwencji zniszczenia konstrukcji; Ψd - współczynnik części długotrwałego obciążenia zmiennego; Ψo - współczynnik jednoczesności obciążeń zmiennych.
Wartość charakterystyczną ustala się jako wartość: dla obciążeń stałych - wartość średnią, dla obciążeń zmiennych - wartość mającą okres powrotu co najmniej równy zakładanemu okresowi eksploatacji budowlanej, wartość obliczeniowa - jest iloczynem wartości charakterystycznej i współczynnika obciążenia γf.
4. Zawartość i układ obliczeń statycznych.
Podstawa i zakres obliczeń statycznych: obliczenia statyczne powinny opierać się na polskich normach, normach resortowych, normatywach technicznych projektowania oraz na obowiązujących przepisach. Obliczenia statyczne powinny obejmować zasadnicze elementy oraz istotne szczegóły konstrukcyjne, dla których konieczne jest sprawdzenie wytrzymałości i współczynników pewności lub stateczności. W przypadku nieuwzględnienia w obliczeniach któregokolwiek elementu należy podać odpowiednie uzasadnienie.
Strona tytułowa obliczeń statycznych powinna zawierać: nazwę biura projektów które wykonało obliczenia; nazwę szczegółową projektu którego dotyczą obliczenia; nazwisko autora obliczeń; nazwisko weryfikatora; liczbę numerowanych stron obliczeń; numer produkcyjny projektu.
Obliczenia statyczne powinny być poprzedzone założeniami konstrukcyjnymi budowli, które obejmują: a) ogólny opis konstrukcji, uzupełniony założeniami statycznymi, zawierający wszelkie informacje mające wpływ na obliczenia statyczne; b) koncepcję konstrukcyjną całości budowli oraz poszczególnych jej elementów uzupełnioną schematami konstrukcyjnymi; c) przyjęte obciążenia użytkowe i inne, współczynnik pewności oraz dopuszczalne naprężenia dla gruntu oraz uzgodnienie tych wartości; d) materiały zastosowane do konstrukcji z podaniem ich cech wytrzymałościowych. Jeśli konstrukcja ma spełniać specjalne zadania, należy uzasadnić konieczność zastosowania specjalnych materiałów z podaniem ich własności technologicznych, sposobu przygotowania, wbudowania i pielęgnacji; e) źródła przyjętych wzorów i tablic przyjętych do obliczeń; f) ewentualne objaśnienie przyjętych oznaczeń jeśli nie są zgodne z przyjętymi w normach; g) inne uwagi i wyjaśnienia potrzebne do wykonania i sprawdzenia obliczeń.
Przy obliczaniu elementów należy podać ich schematy statyczne, wymiary, obciążenia - oznaczając dokładnie rodzaje podpór, przeguby, więzy, itp.
Strona końcowa obliczeń statycznych powinna podawać: nazwisko i imię autora obliczeń, nazwisko i imię sprawdzającego obliczenia, datę rozpoczęcia i ukończenia obliczeń.
9. Ustroje i konstrukcje budowlane - podział, przykłady zastosowań.
Układy nośne:
Budynek - nadziemny obiekt budowlany, wydzielający część przestrzeni za pomocą ścian i przekryć, przeznaczony do stałego lub czasowego przebywania ludzi lub zwierząt. Zadaniem budynku jest zabezpieczenie użytkowników i zgromadzonych przedmiotów przed zewnętrznymi wpływami atmosferycznymi. Przy projektowaniu budynków obowiązują wymagania użytkowe, wytrzymałościowe, materiałowe, wykonawcze, ekonomiczne. Elementy konstrukcyjne główne formują podstawowy układ budynku i dzielą się na nośne i odgradzające. Konstrukcje nośne są to elementy lub zespół elementów przenoszących obciążenia i przekazujące je za pośrednictwem dolnych elementów nośnych na grunt. Do konstrukcji nośnych zaliczamy: fundamenty, ściany nośne, filary, podpory, słupy, mury oporowe, przypory, przegrody, tamy, zbiorniki, wieże, kominy, przekrycia (płyty, belki, podciągi, biegi i spoczniki klatek schodowych, płyty dachowe, łuki, ustroje cienkościenne, kopuły, sklepienia), stężenia zapewniające stateczność ustroju. Konstrukcje odgradzające: ściany zewnętrzne, ściany wewnętrzne, przegrody ogniotrwałe, stropy między piętrowe, dachy płaskie, tarasy, stropodachy, ściany zewnętrzne w budynkach szkieletowych.
Układy konstrukcyjne:
a) układ podłużny
b) krzyżowy
c) poprzeczny
10. Obciążenia oddziaływujące na konstrukcje budowlane.
Obciążenia budowli: a) stałe (zasadnicze), zmienne (dodatkowe), wyjątkowe; b) w całości długotrwałe, w części długotrwałe, w całości krótkotrwałe.
Do obciążeń stałych zaliczamy: ciężar własny stałych elementów konstrukcji nośnych, osłonowych, ciężar własny gruntu w stanie rodzimym i wynikające z niego parcie.
Do obciążeń zmiennych w całości długotrwałych zaliczamy: ciężar własny tych części konstrukcji, których położenie może być zmienne w czasie użytkowania budowli, ciężar własny i parcie sił stałych ciał, cieczy, gazów wypełniających urządzenie, ciśnienie powietrza w szybach naftowych, obciążenie budowli zagłębionych w gruncie ciśnieniem górotworu, obciążenie temperaturą w procesie eksploatacji urządzeń stałych.
Do obciążeń zmiennych w części długotrwałych zaliczamy: obciążenia stropów w pomieszczeniach magazynowych, mieszkalnych, użyteczności publicznej; ciężar pyłu jeżeli jego gromadzeniu nie można zapobiec; siły wywołane nierównomiernym osiadaniem gruntu, któremu towarzyszą zmiany struktury; ciężar wody o zmiennym poziomie jej zwierciadła; ciężar ludzi, urządzeń i materiałów w miejscach remontu maszyn i urządzeń; parcie gruntu wynikające z działania innych obciążeń zmiennych w części długotrwałych.
Do obciążeń zmiennych w części krótkotrwałych zaliczamy: obciążenia wynikające w czasie wykonywania transportu i wznoszenia konstrukcji budowlanych, montażu, wyposażenia, od tymczasowo składanych wyrobów, materiałów, obciążenia powodowane przez urządzenia w czasie ich pracy.
11. Schematy pracy statycznej elementów konstrukcji budynku pod obciążeniem pionowym i poziomym (ścian zewnętrznych, belek, słupów rozciąganych i ściskanych osiowo, układu rozporowego, kratownicy dwuprzęsłowej, ramy dwuprzęsłowej i wielokątnej o układzie wspornikowym).
Charakterystyka pracy statycznej budynków:
a) budynki ze ścianami nośnymi masywnymi, te budynki pod względem statycznym są układami przestrzennymi, w których stropy scalają i usztywniają ściany w sposób pozwalający na przeniesienie obciążeń zarówno pionowych jak i poziomych od wiatru; b) obciążenia w budynkach tego rodzaju są przenoszone przez ściany na fundamenty. Jeżeli ściana jest wolnostojąca lub też niedostatecznie stężona w kierunku długości lub wysokości oraz jeżeli jest zbyt smukła należy uwzględnić wyboczenie.
Przy projektowaniu ścian zewnętrznych pracujących pod obciążeniem wiatru możemy uwzględnić następujące schematy pracy statycznej: - ściana jako płyta między ścianami poprzecznymi; - ściany pierwszym końcem utwierdzone w murze; - ściana jako płyta oparta na stopach; ściana jako płyta oparta na obwodzie.
Schematy usztywnień - usztywnienie układu polega na wytworzeniu w pierwszym kierunku sztywnych układów płaskich tarcz, usztywnienie budynku za pomocą przepon pionowych, usztywnienie budynku za pomocą stężeń kratowych, za pomocą ram.
Schematy obciążeń belek: W toku obliczenia, gdy dane są siły zewnętrzne schematy statyczne wyznaczalne, w przypadku innych reakcji, którymi mogą być siły pionowe lub momenty zginające, mamy do czynienia z układem statycznie niewyznaczalnym, w belkach możemy określić reakcje podpór, momenty, siły poprzeczne.
Schemat pracy słupów:
Kratownica:
Schemat statyczny układu ramowego:
12. Charakterystyka metod wymiarowania (metoda naprężeń liniowych, metoda obciążeń krytycznych, metoda stanów granicznych).
Metoda naprężeń liniowych (dopuszczalnych): metoda ta przyjmuje, że materiał jest jednorodny oraz sprężysty co wyraża się proporcjonalnością odkształceń do naprężeń przy stałym współczynniku sprężystości (prawo Hooke'a). Naprężenie dopuszczalne jest określone częścią naprężenia odpowiadające granicy proporcjonalności odkształceń pomnożonego przez ustalony dla poszczególnych przypadków współczynnik pewności. Obliczenia są wykonane wg Klasycznej teorii wytrzymałości materiałów. Uważa się jednak, że omawiana metoda wykorzystuje wytrzymałość materiałów w sposób oszczędny.
Metoda odkształceń plastycznych: oparta jest na obliczeniu obciążenia odpowiadającego osiągnięciu przez materiał granicy plastyczności. Do obliczenia obciążenia dopuszczalnego stosuje się stały współczynnik pewności, w którym uwzględniono wszystkie czynniki mające wpływ na wytrzymałość. W porównaniu z metodą naprężeń dopuszczalnych metoda ta pozwala na oszczędniejsze wymiarowanie i stosowana jest przede wszystkim do obliczania konstrukcji betonowych, żelbetowych i murowych.
Metoda stanów granicznych: stanem granicznym konstrukcji nazywamy stan, który występuje przy osiągnięciu jednej z granic: a) granica nośności - dalsze użytkowanie konstrukcji staje się niemożliwe z powodu zniszczenia lub powstania zmian; b) granica odkształcalności - przy której mimo zachowania przez konstrukcję wytrzymałości powstają w niej tak znaczne odkształcenia lub przesunięcia, że dalsze jej użytkowanie staje się niemożliwe; c) granica dopuszczalnego rozwarcia rys - przy której występujące w konstrukcji włoskowate rysy powiększają się do tego stopnia, że stają się wyraźnie widoczne. Konstrukcja traci szczelność i ulega korozji na skutek działania wpływów atmosferycznych, cieczy i gazów.
Przy obliczeniach stosuje się następujące współczynniki pewności: - współczynnik przeciążenia uwzględniający możliwość przekroczenia obciążenia przewidzianego normą; - współczynnik uwzględniający zmiany właściwości mechanicznych materiałów; - współczynnik warunków uwzględniający szczególnie niekorzystne wpływy otoczenia.
13. Rodzaje podparcia elementów konstrukcji budowlanej w budownictwie ogólnym (schematy, rysunki).
1. Podpora przegubowo - przesuwna:
a) podparcie przegubowo - wahaczowe
b) schemat przesuwno - wałkowy
c) schemat płytowo - obrotowo - ślizgowy
d) schemat wahadłowy
2. Podpora przegubowo - nieprzesuwna:
a) schemat wahaczowy
b) schemat płytowy
3. Zamek przesuwny
4. Utwierdzenie całkowite
15. Zasady wymiarowania ścian zewnętrznych (schematy). Zasady wymiarowania ścian wewnętrznych, klatek schodowych, okien, drzwi.
Wymiarowanie zespołów i obiektów przeprowadza się dwoma sposobami: a) w osiach konstrukcyjnych; b) w licu ściany.
Przykłady wymiarowania modularnego ścian zewnętrznych: 1. Konstrukcje elementów z materiałów drobnowymiarowych. W konstrukcjach murowych z elementów drobnowymiarowych można dopuścić do braku ciągłości koordynacji modularnej, stosowane są wtedy modularne metody wymiarowania stropu, dla których dobiera się siatkę modułu, projektujemy utrzymując wymiarowanie modularne wewnątrz. 2. W obiektach z elementów wielkich ciągłość wymiarowania w poziomie jest niezbędna i ten moduł stosuje się co najmniej 30cm. Przy zastosowaniu ścian o grubości 40 i 24cm wyraźnie podkreśla się tendencje modularnego wymiaru pomieszczenia i stwarza się możliwość stosowania płyt stropowych. Grubość wielkowymiarowych elementów nie ma decydującego wpływu na koordynację modularną. Nie mniej jednak dąży się do uzyskania łącznego wymiaru stanowiącego wielokrotność MP (moduł podstawowy) = 10cm.
Ściany wewnętrzne w budynkach o konstrukcji wielkopłytowej występują jako ściany konstrukcyjne w układzie poprzecznym i podłużnym. Koordynacja wymiarowa klatek schodowych: 2h+s=60÷65cm. Biegi schodowe łączące konstrukcje nadziemne nie powinny mieć więcej niż 14 stopni, w budynkach lecznictwa 17 i 19 stopni w szkołach i innych budynkach.
Wymiarowanie drzwi i okien:
17. Wytyczenie budynków i wykopy budowlane. Pochylenie skarp.
Tyczenie budynku polega na przesunięciu rzutu poziomego fundamentów budynku na teren. Rzut ten wyznaczmy za pomocą ław drutowych. Ustawiamy je poza obrysem budynku dość daleko, tak aby nie uległy uszkodzeniu w czasie wykonywania wykopów. Po ustawieniu ław geodeta wyznacza położenie budynku wg planu sytuacyjnego zaznaczając na ławach przez wbicie gwoździ i położenie drutów (nazwa ława drutowa) określających obrys budynku. Jednocześnie zakłada się punkt stały zwany reperem dla odniesienia poziomów budynku. Wykopy dzieli się na otwarte i zasypywane. Wykopy otwarte wykonuje się podczas budowy dróg i niwelacji terenu. Wydobytą ziemię zużywa się przeważnie na nasypy. W wykopach zasypywanych układa się przewody instalacyjne lub posadawia budowle. Ze względu na wymiary w rzuci poziomym wykopy dzielimy na: wąskoprzestrzenne - szer. dna do 1,5m i dł. od 1,5m; jamiste (punktowe) - szer. i dł. do 1,5m; szerokoprzestrzenne - wymiary dna odpowiadające części lub całości rzutu poziomego budynku. Pionowe ściany wykopów należy zabezpieczyć przed osuwaniem się ziemi. Szerokość wykopu w poziomie spodu ławy lub stopy powinna być większa od szer. ławy o 5-10cm od strony zewnętrznej, aby można było ustawić deskowanie.
Maksymalny kąt nachylenia skarpy (w gruncie sypkim) nie powinien przekraczać kąta tarcia wewnętrznego. Określenie stateczności zbocza (skarpy) w gruntach niespoistych jest bardzo trudne ze względu na: możliwą niejednorodność ośrodka gruntowego, zmienność cech wytrzymałościowych gruntu z upływem czasu, duży wpływ wody gruntowej na warunki stateczności, brak dokładniejszych metod obliczeniowych (zwłaszcza w przypadku gruntu niejednorodnego).
Stosunek wysokości do szerokości skarpy (h:s): 1:1,5 suche piaski głębokość od 3m; 1:1,25 suche piaski gł. od 3m; 1:1 piaski wilgotne gł. do 3m; 1:0,5 piaski gliniaste, gliny wilgotne. Kąt nachylenia skarp w gruntach: 90O skaliste, 60-75 O gliniaste, 70-80 O ilaste, 45-55 O piaszczyste, do 45 O roślinne.
18. Zabezpieczenie wykopów. Rodzaje sposoby zabezpieczeń w zależności od gruntu, głębokości, stopnia zawilgocenia.
Ściany wykopu zabezpiecza się przed osunięciem przez wykonanie skarp lub podparcie ścian. Głębokie i strome wykopy należy podeprzeć od wewnątrz, zwłaszcza wtedy gdy grunt jest mało spoisty. Jeśli wykop jest tak głęboki, że nawet twardy grunt może grozić osunięciem na skutek zawilgocenia - trzeba podeprzeć ściany: a) podparcie powinno być pewne i mocne, b) konstrukcja nie powinna przeszkadzać w prowadzeniu robót fundamentowych, c) konstrukcje podparcia i połączenia powinny być proste i łatwe w montażu i demontażu aby można ich użyć do dalszych robót. Przy niezbyt głębokich wykopach i suchym gruncie można wykonać ścianę z pali wbitych co 1,2-2,0m na głębokość 1m i poziomego deskowania z bali. Zamiast wbijania pali w grunt można je podeprzeć zastrzałami. Można górną część pala zakotwić do pali za pomocą prętów stalowych lub bali. Dla przeciętnych gruntów wystarczy niewiele większa od wysokości ściany wykopu długość kotwi. Stosowane są także kotwie drewniane lub gruntowe. Drugie wprowadzane są do gruntu przez wiercenie. Końcową część otworu wypełnia się pod ciśnieniem zaprawą cementową, która tworzy tzw. buławę. Cięgno wykonuje się z pręta zabezpieczonego przed korozją. Tego rodzaju kotwie stosuje się do ścian tymczasowych.
Wykopy w sąsiedztwie istniejących budynków możemy w gruntach spoistych zabezpieczyć ścianami z pali żelbetowych. W przypadku gruntów nawodnionych, gdy poziom wody gruntowej znajduje się wysoko wykopy wykonuje się dopiero po wbiciu ścianki szczelnej tzw. palisady, a roboty wykonuje się przy obniżonym poziomie wody (stałe pompowanie). Przy głębokości wykopów powyżej 3-5m stosuje się ściany szczelne stalowe z profili (typ Larssena szer. 400mm, wys. 247-290mm). Wykopy wąskoprzestrzenne zabezpiecza się stosując rozparcia.
W gruncie zwięzłym
W gruncie spoistym i luźnym
19. Odwodnienie wykopów.
Wykopy należy chronić od spływu wód opadowych oraz napływu wód gruntowych, jeśli dno wykopu znajduje się poniżej poziomu wody gruntowej. Jeżeli wykopy wykonane są w gruntach spoistych i nieprzepuszczalnych (gliny, iły) wówczas wody opadowe spoza wykopu należy odprowadzić za pomocą rowów odprowadzających wykonanych poza obrysem wykopu. Wody opadowe z dna wykopu oraz spływające z gruntu odprowadza się rowkami odpływowymi lub drenażem ułożonym tymczasowo bądź na stałe do studzienki zbiorczej, z której jest wybierana naczyniami lub pompą. Jeżeli wykop wykonany jest w gruntach niespoistych (piaskach, żwirach), a dno wykopu znajduje się poniżej zwierciadła wody, to stosuje się obniżenie wody gruntowej przez depresję. Stosuje się także studnie rurowe o średnicy 38-80mm. Za pomocą filtrów igłowych można obniżyć poziom wody o 1,5-2m przy rozstawie igłofiltrów nie większym niż 2m.