Az épületszerkezettan tárgya

Átírás

1 Az épületszerkezettan tárgya Az épületszerkezettan tárgya, az épületszerkezetek feladata Az épületszerkezettan az építés alapvet fontosságú feladataival foglalkozik Tárgyalja a szerkezeti, konstrukciós elveket a szerkezetépítést l a befejez munkákig, érinti a kivitelezési, technológiai kérdéseket, és foglalkozik a gyártási eljárásokkal is. Minden épületszerkezet statikai viszonyok függvénye, épületfizikai hatások, épít anyag-tulajdonságok befolyásolják ket, hatósági el írások, szabványok érvénye alatt állnak, költségvonzatuk van. Az épületszerkezetek feladata: a tér, a teret használók védelme, a térben zajló folyamatok kívánatos körülményeinek biztosítása, a szerkezetek károsodás-mentes funkcióképességének elvárt id tartamú meg rzése.

2 Az épületek csoportosítása és f szerkezetei A szerkezetek csoportosíthatók a térszinthez viszonyított helyzetük szerint: alépítményi és felépítményi szerkezetek, illetve az épületen betöltött feladatuk szerint: els rend, primer a teherhordásban résztvev, az épület fennállásáig meg rzend szerkezetek, másodrend szerkezetek a kiépítés szerkezetei, melyek az épület fennállása során esetleg többször is átalakításra kerülnek. Az épületek csoportosíthatók jellemz épít anyaguk alapján (vályog, tégla, vasbeton stb.), kivitelezési módjuk alapján (kézm ves jelleg, pl. falazott, vagy iparosított, pl. el regyártott vasbeton paneles), vagy teherhordó szerkezetük alapján. Az épület jellemzésére a szakma ez utóbbit találta a legmegfelel bbnek, így a klasszikus épületszerkezettan az épületeket teherhordó szerkezetük szerint tárgyalja megkülönböztetve: a teherhordó falas és a vázas épületeket. Épületszerkezetek épületen belül betöltött szerepe Az épület els rend, teherhordó szerkezetei: Másodrend szerkezetek és befejez, szakipari munkák falazott épületnél teherhordó fal alapozás vázas épületnél oszlop + vázgerenda / keret lakáselválasztó falak t zfalak válaszfalak talajjal érintkez szerkezetek szigetelése magastet : fedélszék (tartószerkezet) + fedés merevít fal födém merevít fal / rácsozat lépcs k lépcs házi falak lapostet k szigetelése kémények, szell z k nyílászárók burkolatok (padló és fal) használati / üzemi víz elleni szigetelések felületképzések

3

4 Hatások, követelmények, védelmi funkciók Az épületet ér hatások jellegük szerint: statikai, meteorológiai és használati hatások. Az igénybevételek és a szerkezet jellemz i közötti összefüggés az alábbi sémával jellemezhet : hatás követelmény szerkezet teljesítménye megfeleltetés Statikai követelmények Az épületre terhek, igénybevételek hatnak önsúly, hasznos terhek (használat, berendezés, tárolás stb.) hóteher (jég) szélnyomás, szélszívás, dinamikus terhek, (gépe, közlekedés, földrengés, stb.) h hatások (h mérsékletingadozás évszakok, napszakok szerint, egyenl tlen h mérséklet-eloszlás égtájak szerint), süllyedések (pl. a talaj teherbíró képességének rossz megítélése, egyenl tlen terhelés miatt). Ezek képezik a statikai számítások alapját, melyek célja az épület teherhordásának és állékonyságának biztosítása.

5 A teherhordó szerkezetek keretként viselkednek, akár rúd- akár felület-jelleg elemekb l állnak. Az igénybevételek hatására az egyes elemek deformálódnak, s ezek a deformációk a szomszédos elemekre átadódnak. A teherhordó szerkezetek alakváltozása valamennyi alárendelt szerkezetre hatással van. Az egyes szerkezeti elemek össze- és beépítésénél úgy kell eljárni, hogy mindebb l károsodások ne keletkezzenek. Az épület statikai kialakítása, elemeinek méretezése valamennyi igénybevételnek, önsúlynak és hasznos tehernek meg kell feleljen, s mindezeket biztonsággal kell átadni az alapokon keresztül az altalajnak. Az épület mozgásai és alakváltozásai sz k és jól definiált határok között kell maradjanak. Az épület állékonyságát a felületjelleg szerkezeti elemek (falak, födémek) és azok kapcsolata határozza meg. A felületelem a síkjában ható er kkel szemben tárcsaként, a felületére mer leges er kkel szemben lemezként viselkedik. A nagy függ leges és a vízszintes er k felvétele történhet nehéz falakkal, a falnak az alapba való befogásával, vagy a szomszédos épületrészek általi megtámasztással. Merevítésre a mer leges falak egymásra-hatása használható ki. Ez azonban megfelel nyíróer k felvételére alkalmas szerkezeti kapcsolatot tételez fel. E hatás függ a merevítend fal magasságától és vastagságától, ezek egymás közötti távolságától, a merevítend fal hosszától és súlyától. A merevítésbe a födém mely kedvez esetben saját síkjában merev tárcsaként m ködik bevonható. Vázas épületek merevítésére az oszlopokat összeköt átlós rudakat is használnak, korlátozott szintszámig pedig az oszlopok és gerendák merev sarok-csomópontjaira bízzák e feladatot.

6 Feltételezve, hogy a födém a vízszintes síkú merevítés szerepét ellátja, a kétirányú, függ leges síkú merevítés feladatát kell megoldani. Ennek f szabályai: a merevít k kössék össze a függ leges teherhordó szerkezeteket, a teherhordó és merevít szerkezetek nyomvonalának meghosszabbításaiból egynél több metszéspont adódjék, a merevít szerkezetek súlypontja és az épület súlypontja essen egybe, e két utóbbi követelmény teljesülése akadályozza meg az épület elcsavarodását, merevít András-keresztek illetve falak helyett a függ leges közlekedés szerkezeteit lépcs k, liftek - befogadó merevít magok is alkalmazhatók. Az épület hossztengelyével párhuzamos teherhordó falas épületet hosszfalasnak, az épület hosszirányára mer leges teherhordó falas épületet harántfalasnak nevezik. Hasonló az értelmezése a hosszilletve harántvázas épületnek. A vegyes elrendezés épületeknél - melyek hossz- és haránt irányú teherhordó falakkal (keretekkel) egyaránt rendelkeznek kedvez esetben a merevítés magából az elrendezésb l adódhat.

7

8 Épületfizikai követelmények A jó állapotú, egészséges öreg épületek vastag falakkal, nehéz födémekkel rendelkeznek. Ha bels tereik megvilágítása és szell zése jó, az alábbi értékes tulajdonságokkal rendelkeznek: szárazak, télen melegek, nyáron h vösek és csendesek. Az 1920-as évekt l az épít anyag-kutatásnak és a fejl d statika pontosabb méretezési eljárásainak köszönhet en a falak, födémek vastagsági mérete, tömege csökkent. Ez gondosabb tervezést, fokozott szellemi ráfordítást igényelt annak érdekében, hogy az épület használati értéke ne csökkenjen. A modern építészet kialakulása idején azonban az épületfizikai ismeretek hiányosak, a rendelkezésre álló anyagok és technológiai lehet ségek sz kösek voltak. Mindez építési hibákhoz vezetett, melyek felismerése és elhárításának szüksége hívta életre az épületfizika tudományát. Az épületet ér hatások meteorológiai környezeti használatból adódó talajból származó h mérséklet zaj nedvesség, pára nedvesség napsugárzás por, szennyez anyagok, szennyez anyagok, radon-gáz szél t z csapadék (es, hó, jég) A felsoroltak többsége az épületfizika illetékességi körébe tartozik.

9 A h védelem és célja: a megfelel komfortfeltételek biztosítása, a szerkezeteinek megóvása, az épület energia-fogyasztásának korlátozása. Az épület energiafogyasztását az alábbiak befolyásolják: a földrajzi hely és a magasság, a tájolás és a szélirány, a tömeg, a tagoltság, a küls leh l felület és a f tött bels tér aránya (m2/m3), az alaprajz, a f tött és f tetlenterek helyzete, az átmen kürt k, az épület szakaszolása, a szélfogó el tér, a terek magassága, a szerkezetek tömege és h szigetelése, az ablakok nagysága, tájolása, min sége, árnyékolása, a f tési és légtechnikai berendezések és üzemelési rendszerük. Téli állapot Az épületfizikai ellen rzés korábban a térhatároló szerkezetek h átbocsátási tényez jének (k W/m2K korlátozásán alapult. Ma komplex elemzést végeznek, s az épület egésze energiafogyasztására nézve tesznek megszorításokat. Figyelembe veszik az üvegezett felületeken a térbe jutó sugárzás energiahozamát. (A küls falak k értéke ma az 1970-ben építetteknek kevesebb, mint a fele. Ez a szint a régi falak homlokzatára pótlólag szerelt 6-10 cm vastag h szigeteléssel elérhet.) Ma figyelembe veszik az üvegezett felületek energiahozamát Nyári állapot A tervezés célja a nyári túlmelegedés megakadályozása. A korábbi álláspont szerint ebben a vonatkozásban a küls térhatárolók h mérsékleti amplitúdó-viszonyai, valamint fáziseltolása volt a meghatározó. Ma az el írás a transzparens szerkezeteken át a bels térbe jutó energiahozamot korlátozza. Figyelembe veszi a bels térhatárolók h tároló képességét, h mérsékletingadozást csillapító, késleltet hatását, valamint a nyílászárók árnyékolásában és a terek természetes szell ztetésében (éjszaka és hajnalban is) rejl lehet ségeket. Ennek jelent sége annak ismeretében mérhet fel leginkább, hogy a h tés energia-ráfordítása a f tésénél 5-10-szer drágább. Az épület energetikai szempontból megfelel kialakításához számításokat kell elvégezni. Napvédelem A Nap pályája a földrajzi helynek és az évszaknak megfelel. A napsugárzás következményeit a bels térben az üvegház-hatás jelensége írja le: az üvegezett felületeken bejutó sugárzás a bels szerkezeteken elnyel dik, s azok felmelegedve hosszú-hullámú sugárzást bocsátanak ki. Erre az üveg átlátszatlan, így ez a sugárzás felmelegíti a tér leveg jét. A felmelegedés mértéke az üvegezett felületek tájolásától és nagyságától függ. Az épületszerkezetek h mérsékletének emelkedése néhány órán belül 50 C is lehet. A h mérséklet emelkedése h tágulást, h mozgást vált ki, ami pl. repedések kialakulásához, burkolatok felválásához vezethet. A károsodások megel zhet k: megfelel (világos) szín választásával, mozgási hézagok kialakításával, feszültségmentesít, csúsztató rétegek beiktatásával, hátszell z légréses szerkezet-kialakítással. A napsugárzásból a hullámhossz szerint a 4 %-nyi ultraibolya sugárzás a szerkezetek öregedéséért felel s, a 45 %-nyi látható fénynek a terek természetes megvilágítása köszönhet, az 51 %-nyi infravörös sugárzás pedig az anyagok, szerkezetek felmelegedését okozza. Az elmúlt századfordulón az ablak aránya a homlokzat felületének ~ 15 %-a volt re ez ~ 90 %-ra n tt. Ésszer arányát ma a természetes megvilágítás, a sugárzásés h védelem alapján határozzák meg. Napvédelemként pedig mobil árnyékoló szerkezeteket alkalmaznak. Az épület egységes energetikai rendszer. A f tés szell zés napvédelem természetes megvilágítás csak együttesen tervezhet.

10 Védelem a szél hatásai ellen A szél hatással van az épület leveg -forgalmára. A pórusokon és réseken átáramló leveg okozza iránya szerint az ex- illetve infiltrációt, melynek mértéke állandóan változik. A filtráció szükséges mértéke a bels terek egészséges légállapotának el feltétele. Az általa okozott energia-veszteséget a f tés méretezésénél, mint szell zési pótlékot veszik figyelembe. A túlzott filtráció ellen pl. a csatlakozási hézagok tömítésével, légzáró fóliák beépítésével - védekezni kell. A szél mechanikai hatása ellen a szerkezeteket biztosítani kell. Különösen kritikus a szélszívás, mely ellen rögzítéssel (pl. tet cserepeknél vihar-kapoccsal, homlokzati h szigetel lapoknál tárcsás rögzít csavarral), vagy leterheléssel (pl. lapostet k leplesített szigeteléseinél kavicsterítéssel vagy betonlapok lerakásával) kell védekezni.

11 Nedvességvédelem Az épületet ér nedvességhatások: a tet kön, homlokzatokon, erkélyeken és teraszokon: csapadék, a talajjal érintkez szerkezeteken: talajpára, talajnedvesség, talaj-, réteg- és torlaszvíz, bels térben: pára, használati és üzemi víz. A nedvesség elleni védelem a tet k n, a talajjal érintkez szerkezeteknél és a nedves üzem bels terekben els sorban szigetelést jelent, küls falaknál pedig megfelel homlokzatképzést és a csatlakozási hézagok tömítését. A terek használata során termel d pára a küls és bels tér közötti páranyomáskülönbség hatására a nagyobb nyomású helyr l a kisebb nyomású irányába (télen a f tött terekb l a küls tér felé) törekszik. A folyamat h mérséklet-függ. Ha a bels felületen páralecsapódás, vagy a szerkezeten belül párakicsapódás kondenzáció következik be, az szerkezeti károsodást penészedést, korhadást, korróziót okozhat. A küls zónában fagykárok keletkezhetnek. Mindezek ellen a szerkezet és csomópontjai megfelel kialakításával kell védekezni. A h - és a páravédelem összefügg. A réteges szerkezetek felépítése akkor helyes, ha az egymásra épül rétegek h szigetel értéke belülr l kifelé n, páraátbocsátási ellenállása belülr l kifelé csökken. Az összetett hatás problémája. A fenti meteorológiai, épületfizikai hatások nem izoláltan jelentkeznek, hanem együttesen, s így igénybevételük fokozott: a széllel érkez es, a csapóes képes fölfele folyni a homlokzaton, az er s szél és hideg együttesen fokozott h t hatást fejt ki, a h séget követ zivatar hirtelen állapotváltozást jelent, s párakicsapódást is okozhat.

12 Hangvédelem A hang hordozója a leveg, amely rezgésbe jön, és a rezgést átadja a környezetnek. A hangvédelemben a hajlító és hosszhullámok bírnak jelent séggel. A hangvédelem: aktív, vagy primer, ha a hang keletkezésének megakadályozására és passzív, vagy szekunder, ha a hang közvetítésének mérséklésére irányul. Az épületekkel kapcsolatosan védekezés: léghang ellen pl. elegend en nagy felületi tömeget (~400 kg/m2), lépéshang ellen úsztatott, hajlított vagy lágy padlót jelent, míg testhang esetében a zajt okozó tevékenység id ben korlátozása lehet a célravezet. A mai közlekedés zaja db-es terhelést jelent. A küls falakra el írt léghang-gátlás esetenként 48 db, az átlagos ablaknál ez db. A teljes védelem lényegében megvalósíthatatlan, miközben a társadalmi igény fokozódó. A teremakusztika speciális nem építészeti - terület. Feladata általánosságban kétféle lehet: el adó- és koncerttermekben a hangforrás hallgatóság számára szól, a cél az egyenletes hangeloszlás biztosítása a térben, nagyteres irodákban, m helycsarnokokban a minden irányból érkez zaj zavaró hatását kell az adott pontban mérsékelni, a cél az egyenletes zajszint elérése. T zvédelem Az égés oxidáció. A t z veszélye, ideje és hevessége összefügg az épületben lév éghet anyagok tömegével, kémiai energiatartalmával, az energia-felszabadulás sebességével és az éghet anyagok gyúlékonyságával. Az épület t zterhelésének meghatározásakor az adott t zszakasz-felület épületmetszetére az éghet anyagok súlya, f t értéke és nedvességtartalma figyelembe vételével - kiszámítják a h mennyiség összegét. Az épület t zveszélyességi osztályba való besorolása a funkció alapján történik. A funkcióból és a szintszámból következik az épület t zállósági fokozata, ez az épület szerkezeteire nézve meghatározó követelmény. A t zvédelem célja a szerkezetek ellenállását meg rizni mindaddig, amíg az emberek és állatok biztonságba kerülnek és a hatékony t zoltás megkezd dik. A t zvédelem formái: az aktív t zvédelem (eszközei a t zjelz k s a t zoltó sprinkler berendezések), a passzív t zvédelem. A passzív t zvédelem magába foglalja: az épületszerkezetek megfelel t zállóságát, épít anyagokat, melyek égésekor nem keletkezik füst, mérgez gáz, égve csepegés, tervezési intézkedéseket, mint t zszakaszok,menekülési utak, t zoltó útvonalak, füst- és h elvezetés, lángátcsapás, t zterjedés megakadályozása más emeletekre, szomszédos épületrészekre. Az aktív t zvédelem lehet ségeinek fokozódása a passzív oldalt egyszer síti.

13 Az épít anyagok és az épületszerkezetek osztályba sorolása a t zállósági határérték - Th (óra) alapján történik. Ez utóbbi függ az anyag tulajdonságaitól, a mérett l, a keresztmetszett l, a statikai igénybevételt l, a t z támadási lehet ségét l (4 vagy 3 oldal). A kett összefügg, speciális anyagok ásványi szálas, cement, gipsz köt anyagú lemezek, speciális h szigetel anyagok - alkalmazásával a szerkezet Th értéke jelent sen növelhet. T zszakaszok A t z tovaterjedésének megakadályozása függ leges és vízszintes irányba t zfalakkal, masszív födémekkel történik. Ezek a t zben nem veszíthetik el szilárdságukat. H szigetelést is nyújtanak annak érdekében, hogy a védett oldalon ne gyulladjanak meg anyagok. T zfalak El írt távolságokban (maximum 40 m-ként), Th=1,5 óra min ségben épülnek meg. Lépcs k A menekülésre szolgáló lépcs k távolsága 35 m, közvetlenül a szabadba nyílnak, füstelvezetéssel rendelkeznek. Különleges követelmények érvényesek: rendeltetés szerint pl. iskolákra, id sek otthonára, üzletházakra, építési mód szerint pl. könny szerkezetes épületekre, magas-házakra. Védelem az egészségkárosító hatásoktól A környezeti hatásoktól nem csak az épületet és szerkezeteit, hanem annak használóit embert, állatot is védeni kell. Az altalajból és az építéshez használt anyagokból ered veszélyekre nem olyan régen kezdtek figyelni. Az építés-biológia fiatal tudomány, sok vele kapcsolatban a spekuláció, különösen a populáris médiában. Az emberre bels térben ható fizikai és kémiai mennyiségek: a megvilágítás er ssége, a fény min sége, eloszlása, a hang er ssége (zajszint), frekvenciája, a leveg min sége (CO2-tartalom és más természetes gázformájú alkotórészek jelenléte), a leveg idegen-anyag tartalma (gázok, g zök, por, baktériumok, stb.), a légcsere mértéke (lakásra ajánlott az óránkénti 2-3-szoros légcsere), a légmozgás sebessége (huzat), az elektromágneses mez er ssége, ion-koncentráció, radioaktív sugárzás, stb. Egészséges terekben mindezek bizonyos értékhatárokon belül maradnak. Egy részük jól ismert, mások kevésbé.