Tartószerkezet-rekonstrukciós Szakmérnöki Képzés

Átírás

1 3.3. fejezet 289 FEJEZET BEVEZETŐ 3.3. fejezet: Lemezalapozás A monolit vasbeton vázas épület alapozása az előzőekben bemutatott cölöpalapozáson túlmenően lemezalapozással is kidolgozásra került, azonos talajadottságok figyelembevételével. A cölöpalapozás és a lemezalapozás feladat kidolgozásához mindkét tartószerkezeti tervező megadta a geotechnikai dokumentációk előkészítéséhez szükséges információkat (alapadat szolgáltatás), melyben geotechnikai tervezőtől talajvizsgálati jelentés összeállítását kérte. Geotechnikai tervező a tervezett szerkezeti kialakítás és az alapozási rendszereket figyelembe véve összeállította a feltárási programot és az eredmények alapján elkészítette a talajadottságokat összefoglaló talajvizsgálati jelentést. Az alapozás tervezését a két tervező együttműködve, közösen hajtotta végre. Az alapozási sík felvétele, a talajparaméterek karakterisztikus értékének meghatározása geotechnikus tervező feladatát képezte, a szerkezeti tervezést tartószerkezeti tervező készítette. A végleges terv folyamatos egyeztetés, kooperáció révén alakult ki. TARTALOMJEGYZÉK: FEJEZET BEVEZETŐ ALAPADAT SZOLGÁLTATÁS TALAJVIZSGÁLATI JELENTÉS Megbízás A vizsgálat tárgya és célja Tervezési adatok; megrendelői adatszolgáltatás A vizsgálatban résztvetők ALAPOZÁSI TERV Felhasznált alapadatok Talajvizsgálati jelentés- geotechnikai adottságok Alkalmazott szabványok, irodalom, szoftverek Alkalmazott anyagok Geometriai elrendezés Alapozásra jutó terhelések Alkalmazott karakterisztikus geotechnikai paraméterek Az ágyazási tényező meghatározása Az alaplemez vasalásának meghatározása (STR) Alapháló meghatározása Szükséges vasalások F/3 tengelyi alsó vasalás I J közötti x irányú felső vasalás F/3 tengelyi átszúródás vizsgálat Talajellenállások vizsgálata (GEO) Talajtörés vizsgálata

2 3.3. fejezet Alakváltozások vizsgálata Felúszás vizsgálata (UPL)

3 3.3. fejezet 291 Alapadat szolgáltatás a geotechnikai vizsgálathoz 1. Megrendelő: Magyar Mérnöki Kamara Tartószerkezeti Tagozat, Magasépítési Bizottság. 2. Tartószerkezet tervező: Balogh Béla (T-T ; bb3bbt@chello.hu) 3. Geotechnikai adatszolgáltatás jellege: talajvizsgálati jelentés 4. A létesítmény geotechnikai kategóriája tartószerkezeti szempontból: 2. kategória. 5. Létesítmény: megnevezése, rendeltetése: monolit vasbeton szerkezetű irodaház Ingatlan címe: xxx Építmény alapterülete: 1110 m 2 6. Magassági fixpont helye és értéke: 7. Magassági adatok: +/-0,00=+100,00 (mbf) Rendezett terepszint alatti szintek száma és legalsó padlószint mélysége: -1szint, 4,5 m Rendezett terepszint feletti szintek száma és épületmagasság: 6 szint, 22,0 m Munkagödör tükörszintje: -5,3 m 8. Tervezett szerkezet: monolit vasbeton szerkezetű irodaház 9. Előzetes elképzelés az alapozásra: alapozási sík: -5,3 m 10. Az alapozásra jutó becsült terhelés tervezési értéke: sáv: - kn/m pillér: - kn lemez: 110 kn/m Szárazsági követelmények: teljes alapozási mód: lemezalapozás 12. Feltárás módja és mélysége: geotechnikus megítélése szerint. 13. Süllyedési kritériumok: süllyedéskritériumok az MSZ EN :2006 NA1. táblázat szerint. Süllyedésszámítás szükséges: igen 14. Építmény fontossági osztálya (földrengés szerint): II. (MSZ EN :2008) 15. Egyéb igény (dinamikus hatás, földnyomás, szomszédos épület stb.): Mellékletek: Alaprajz Metszetek Dátum: szeptember 30. Megrendelő: Magyar Mérnöki Kamara Tartószerkezeti Tagozat Magasépítési Bizottság Alapadat szolgáltatás

4 3.3. fejezet MEGBÍZÁS Talajvizsgálati jelentés Tárgyi talajvizsgálati jelentés a Magyar Mérnöki Kamara Tartószerkezeti Tagozat Magasépítési Bizottságának megrendelése alapján készült. Az elfogadott Műszaki tartalomnak megfelelően elkészítettük az MSZ EN és MSZ EN követelményeinek megfelelő Talajvizsgálati Jelentést. 2. A VIZSGÁLAT TÁRGYA ÉS CÉLJA A tervezett épület alápincézett, földszint + 5 emeletes monolit vasbeton szerkezetű, használati funkciója alapján irodaház, amely közelítőleg 55*21 m méretű. Jelen talajvizsgálati jelentés célja, hogy talajfeltárás és laboratóriumi vizsgálatok alapján meghatározza a tervezési terület geotechnikai adottságait és geotechnikai adatokat adjon az épület alapozása tervezőinek. 3. TERVEZÉSI ADATOK; MEGRENDELŐI ADATSZOL- GÁLTATÁS A talajvizsgálati jelentés elkészítéséhez a Megrendelő alábbi adatokat bocsátotta rendelkezésünkre: Alaprajz Metszet Szerkezeti adatok: Monolit vasbeton pillérváz (6,0x6,0-7,5-5,4 m-es raszterekkel) Monolit vasbeton merevítő falak Terhelési adatok tervezési értéke: sáv: - kn/m pillér: - kn lemez: 110 kn/m 2 Tervezett szint-adatok: ± 0,00 szint 100,00 Bm -1 szint 95,50 Bm Munkagödör tükörszint 94,70 Bm (előirányzat) 4. A VIZSGÁLATBAN RÉSZTVETŐK Megrendelő kapcsolattartói: Balogh Béla A geotechnikai generáltervezői feladatokat ellátó szervezet kapcsolattartó: Bak Edina A talajfeltárási munkákat végző alvállalkozó:. A talajmechanikai laboratóriumi vizsgálatokban résztvevők:. A talajvíz akkreditált vízanalitikai vizsgálatát végző alvállalkozó:. A Talajvizsgálati jelentés további tartalma (a.d.5.-a.d.13) 3.2. fejezetben ismertetekkel teljes mértékben azonos. (Lásd: oldal) Talajvizsgálati jelentés

5 3.3. fejezet FELHASZNÁLT ALAPADATOK A tervezett épület alápincézett, földszint + 5 emeletes. Használati funkciója alapján irodaház. Tervezett szerkezete, monolit vasbeton pillérváz szerkezet, monolit vasbeton merevítő falakkal merevítve. A födémszerkezetek pontokon megtámasztott síklemez födémek. Az alátámasztó pillérek tengelytávolsága hosszanti irányban 6,0m, kereszt irányban 6,0m- 7,5m-5,4m, kiegészülve, 1,7m-es konzolos kinyúlású födémszakasszal, a földszinttől fölfelé. A födémlemezek tervezett vastagsága a pince felett 24cm, a többi szinten 22cm. A födémszerkezetek alul felül sík lemez szerkezetek. A födémeket támasztó pillérszerkezetek a pinceszinten 45x45cm-es keresztmetszettel készülnek, a földszinttől fölfelé a pillérek tervezett mérete 40*40cm. A homlokzati pillérek, szintén 40x40cm-es keresztmetszetűek, külső síkjuk a homlokzati peremgerendák külső síkjával színel. Az épületvázat, monolit vasbeton falak merevítik. A vasbeton falak minden esetben két vasbeton pillér között helyezkednek el, a körítő pincefalak vonalában, és az épület tengelyében elhelyezkedő lépcsőház két oldalán. Az alapozás 70 cm vastag monolit vasbeton lemezalap. A pincei határoló falak és merevítő falak vastagsága 30 cm. A pincében raktárak és gépészeti helyiségek vannak. A példában a lift- és egyéb süllyesztékektől, zsompoktól, szintugrásoktól eltekintünk. Az alaplemez és a pincei körítő falak weiße Wanne technológiával, külön felhordott szigetelés nélkül, vízátnemeresztő betonból készülnek. Jelen feladatban csak az alaplemezzel foglalkozunk, a falakat, pilléreket nem vizsgáljuk. Nem foglalkozunk a földrengés hatásaival sem A B C D E F G H I J 600 IRODA KÖZLEKEDÕ IRODA ábra: Általános emeleti alaprajz

6 3.3. fejezet ± ábra: Általános metszet 2. TALAJVIZSGÁLATI JELENTÉS- GEOTECHNIKAI ADOTTSÁGOK A Talajvizsgálati jelentést Bak Edina készítette, , készítéséhez az adategyeztető lap adatait és mellékleteit vette figyelembe. A Talajvizsgálati jelentés a jelen számítás melléklete. (jelen példatárban az időrendiségnek megfelelően az adategyeztető lap után és ezen számítást megelőzően található). A tervezett szerkezet a Talajvizsgálati jelentés elkészítését követően nem változott. A létesítmény szerkezeti kialakítása, a munkatér mélysége, a feltárt talajrétegződés ismeretében

7 3.3. fejezet 295 az MSZ EN :2006 szerint a 2. geotechnikai kategóriába sorolható (tervezővel egyeztetetten). A Talajvizsgálati jelentés alapján a tervezési terület talajrétegződése, talajvíz viszonyai: A talajrétegződése egyenletes a jelenlegi terepfelszínt alatt 1,6-3,1 m között változó vastagságú feltöltés alkotja, amely túlnyomóan homok anyagú, de egyes szintjein iszapos, kavicsszórványos, mészkőtörmelékes. A feltöltés alatt a terepszinttől számított 5,6-7,4 m mélységig eredeti településű agyagos iszap (clsi) réteg helyezkedik el. A rétegbe homokerek ékelődött be, amelyek a homoktartalom lokális feldúsulásának eredményeként települtek. A 2.F jelű fúrásban az agyagos iszap réteg alatt 1,8 m vastagságban iszapos homok (sisa) réteget tárt fel a fúrás. A fiatal öntéstalajok alatt feltárt terasz-üledéket kavicsos homok (grsa) és homokos kavics (sagr) képviseli. A középső miocén fekü képződmény szürke agyag (Cl) kifejlődésű összletének felszínét a fúrások 11,9-12,7 m közötti terepszint alatti mélységben érték el. Vízzáró, egyes szintjeiben mérsékelten vízvezető erősen homokos agyag. A Talajvizsgálati jelentés alapján a közötti időszakban készült fúrásokban a talajvíz nyugalmi szintje 5,28-6,25 m közötti terepszint alatt mélységben, 94,74 93,75 Bm. szintek között jelentkezett. Becsült maximális talajvízszint: A mértékadó talajvízszint: 97,5 Bm. 98,0 Bm. Az MSZ EN szerint a talajvíz az XA1 enyhén agresszív kitéti (környezeti) osztályba sorolható (SO és 600 mg/ dm 3 ). 3. ALKALMAZOTT SZABVÁNYOK, IRODALOM, SZOFTVEREK MSZ EN 1990:2002/A1:2008 Eurocode: A tartószerkezetek tervezésének alapjai MSZ EN 1990:2005 Eurocode: A tartószerkezetek tervezésének alapjai MSZ EN :2005 Eurocode 1: A tartószerkezeteket érő hatások rész: Általános hatások. Sűrűség, önsúly és az épületek hasznos terhei MSZ EN :2005 Eurocode 1: A tartószerkezeteket érő hatások rész: Általános hatások. A tűznek kitett szerkezeteket érő hatások MSZ EN :2005 Eurocode 1: A tartószerkezeteket érő hatások rész: Általános hatások. Hóteher MSZ EN :2007 Eurocode 1: A tartószerkezeteket érő hatások rész: Általános hatások. Szélhatás MSZ EN :2010 Eurocode 2: Betonszerkezetek tervezése rész: Általános és az épületekre vonatkozó szabályok MSZ EN :2005 Eurocode 2: Betonszerkezetek tervezése rész: Általános szabályok. Tervezés tűzterhelésre MSZ EN :2009 Eurocode 2: Betonszerkezetek tervezése. 2. rész: Betonhidak. Tervezési és szerkesztési szabályok MSZ EN :2006 Eurocode 7: Geotechnikai tervezés. 1. rész: Általános szabályok

8 3.3. fejezet 296 MSZ EN :2008 Eurocode 7: Geotechnikai tervezés. 2. rész: Geotechnikai vizsgálatok Deák György Erdélyi Tamás Fernezelyi Sándor Kollár László Visnovitz György: Terhek és hatások. Tervezés az Eurocode alapján, Springer Media Magyarország Kft., Budapest, Deák György Draskóczy András Dulácska Endre Kollár László Visnovitz György: Vasbetonszerkezetek. Tervezés az Eurocode alapján, Springer Media Magyarország Kft., Budapest, Szepesházi Róbert: Geotechnikai tervezés. Tervezés az Eurocode 7 és a kapcsolódó európai geotechnikai szabványok alapján, Business Média Magyarország Kft., Budapest, 2008 Zement-Merkblatt Hochbau H10: Wasserundurchlässige Betonbauwerke A végeselem számítások AxisVM programmal készültek. A süllyedésszámítás az AxisVM alaptest méretező moduljával készült. 4. ALKALMAZOTT ANYAGOK A szerkezet 3,31 m vízoszlop nyomásának kitett a mértékadó talajvíz szintjének alapján. A talajvíz a talajvizsgálati jelentés szerint három fúrás közül kettőben mg/l SO 4 2- szulfát tartalmú. Így az MSZ EN : és 2. táblázata alapján a beton XC4, XA1, a NAD 4.1 táblázat alapján pedig XV3(H) kitéti osztályba tartozik. A szabvány F1 és NAD F1 táblázata alapján az alkalmazott betonminőség C30/37. Ugyanezen szabvány NAD I1. táblázata alapján a szükséges betontakarás: c nom =c min +Δc dev =4,5+1,5=6 cm (a betonfedésbe erősítő műanyag hálót kell szerelni) A példában a fenti betonfedéssel számoltunk. A NAD I1. táblázata azonban csak tájékoztatás, attól megalapozott megfontolásokkal el lehet térni, csökkenteni lehet. Az MSZ EN pontja ugyanis nem tartalmaz kötelező előírásokat az XA1-XA3 és az XV3(H) kitéti osztály betonfedésére vonatkozóan, hanem az NA szerint a c min,dur értékét a környezet agresszivitásának mértéke alapján egyedileg is fel lehet venni. Az épület szerkezeti osztályát a 4.3.N táblázat alapján az 50 év tervezési élettartam S4 kiindulási értékre felvéve, és azt a felületszerkezeti jelleget figyelembe véve S3-ra csökkentve a 4.4.N táblázat alapján XC4 kitéti osztályra c min =2,5 cm adódik. Ehhez hozzáadva a (1) szerinti Δc dev =1 cm-t, c nom =3,5 cm adódik. Mivel nem az összes fúrásban volt észlelhető az agresszivitás, valamint a mért értékek is az agresszivitási kategória alsó tizedében vannak, 0,5 cm betontakarás növeléssel, c nom =4 cm betontakarással megfelelő tartósságot érhetünk el. Ezzel együtt az erősítő háló kivitelezést nehezítő alkalmazása is elkerülhető. A betonacél B GEOMETRIAI ELRENDEZÉS 0,00=100,0 mbf Az alaplemez befoglaló mérete raszter méret+2x20 cm mérettel, 54,40x19,8 m-rel lett modellezve. A lemezvastagság 70 cm. A lemez alatt 10 cm szerelőbeton készül.

9 3.3. fejezet ábra: Alaprajzi elrendezés 4. ábra: Alapozási sík az A-A rétegszelvényben

10 3.3. fejezet ábra: Alapozási sík a B-B rétegszelvényben 6. ALAPOZÁSRA JUTÓ TERHELÉSEK A szerkezetről a felszerkezet tervezése során az alaplemezt is tartalmazó térbeli modell készült. Így a pilléreken és a falakon lejövő terhek terhelési esetenként, karakterisztikus értékként meghatározhatók. Az állandó teher tartalmazza a szerkezet önsúlyát a pincepadló felett, valamint a burkolatok, a függesztett gépészeti terhek és a válaszfalak önsúlyát a pince feletti födémtől kezdve. A hasznos teher a térbeli modellbe szintenként a teljes felületet leterhelve volt beadva, ezt a teherelrendezést vettük figyelembe az alaplemeznél is. Amennyiben a pilléreket mértékadó teherelrendezéssel leterhelnénk ezeknél a pillér- és falterheknél nagyobb érték is kiadódik. Ezeket azonban elhanyagoljuk, mert: Az alaplemezre nem hat nagyobb teher, mint a teljes hasznos teher. Az állandó teher hasznos teher arány ennél az épületnél a felszerkezetből számítva %, amely az alaplemezzel együtt még inkább eltolódik az állandó teher javára, tehát a hasznos teher lokális növekedése kis mértékben jelentkezik a teljes terhelésben. A hasznos teher az MSZ EN (11) alapján csökkenthető lenne, ez a tényező jelen esetben α n =0,8. Így növelő és a csökkentő hatás a biztonság oldalán maradva kiegyenlíti egymást. A hóteher meghatározása egy teheresetből történt.

11 3.3. fejezet 299 A szélteher és az imperfekciók a térbeli modellre több teheresetben voltak feltéve. Ezeknek a terheknek a vízszintes összetevőit elhanyagoltuk, mert: A pincefalak megtámasztó hatása miatt az alaplemezre nem jut vízszintes erő. A maximális hatást okozó szélteherből, ill. imperfekciós teherből keletkező, az állandó teherhez viszonyított külpontosság a föld megtámasztó hatása nélkül is csak 24 cm a szélteher esetén és 3 cm az imperfekciók esetén. A fentiek miatt az egyes pillérekre, ill. falszakaszokra a különféle szél és imperfekciós teheresetekből mindig a maximális lefelé ható függőleges terhelést vettük figyelembe. pillér (kn) A/1 B/1 C/1 D/1 E/1 F/1 G/1 H/1 I/1 J/1 állandó hasznos hó szél imperfekció pillér (kn) A/2 B/2 C/2 D/2 E/2 F/2 G/2 H/2 I/2 J/2 állandó hasznos hó szél imperfekció pillér (kn) A/3 B/3 C/3 D/3 E/3 F/3 G/3 H/3 I/3 J/3 állandó hasznos hó szél imperfekció pillér (kn) A/4 B/4 C/4 D/4 E/4 F/4 G/4 H/4 I/4 J/4 állandó hasznos hó szél imperfekció fal (kn/m) 1/A-E 1/E-F 1/F-J 4/A-C 4/C-D 4/D-J A/1-2 A/2-4 J/1-3 J/3-4 állandó hasznos hó szél imperfekció falhossz (m) ,5 12,5 6 A terhelések parciális tényezői: fal (kn/m) E/1-2 F/1-2 lift/1 lift/e lift/f állandó hasznos hó szél imperfekció falhossz (m) 5 5 2,4 2,3 2,3 y 0 y 1 y 2 alaplemez állandó hasznos 0,7 0,5 0,3 hó 0,5 0,2 0,0 szél 0,6 0,5 0,0 imperfekció 1,0 1,0 0,0

12 3.3. fejezet 300 A talajvíz esetleges teherként, g Q =1,35 parciális tényezővel és y 0 =y 1 =y 2 =1,0 értékkel kerül be a számításba. 6. ábra: Hasznos teher Valamennyi terhet a fenti ábrán látható módon, vagyis a falterhet vonal menti teherként, a pillérterhet pontszerű teherként raktunk rá. Egy másik lehetőség lenne, hogy ezeket a terheket a lemez középvonaláig 45 szétterjedés figyelembe vételével felületen megoszló teherként hordanánk fel. Ekkor nem kapnánk kiugró nyomatéki és vasalási csúcsokat, de a terhek megadása több időbe kerülne. 7. ALKALMAZOTT KARAKTERISZTIKUS GEOTECHNI- KAI PARAMÉTEREK A talajfizikai jellemzőknek (geotechnikai paramétereknek) az alapok méretezéséhez szükséges karakterisztikus értékeit, a geotechnikus adatszolgáltatása tartalmazza. (Az Eurocode elveinek megfelelően a talajvizsgálati jelentés nem tartalmaz(hat) javaslatokat és a geotechnikai paraméterek karakterisztikus értékét is külön kell megállapítani (az épület szerkezete, terhelési viszonyai és az összes alapozást befolyásoló körülmény ismeretében), így a tartószerkezeti tervező kérésére - ha azt szükségesnek ítéli - egy külön dokumentum (pl. jegyzőkönyv, adatszolgáltatás, stb.) készülhet a geotechnikai tervező által). A geotechnikus adatszolgáltatása alapján a rétegek talajfizikai jellemzőinek karakterisztikus értékei az alábbiak, amelyek a laboratóriumi és terepi vizsgálatok eredményire, illetve az ezekből származtatott értékekre, valamint a tervezett alapozási módra tekintettel kerültek megállapításra: Feltöltés térfogatsűrűség [γ k ] 1,70 t/m 3 súrlódási szög [ k ] 23 kohézió [c k ] 0 összenyomódási modulus [Es] 5,0 MN/m 2

13 3.3. fejezet 301 Agyagos iszap (clsi), Iszapos homok (sisa) térfogatsűrűség [γ k ] 2,0 t/m 3 súrlódási szög [ k ] 13 kohézió [c k ] 30 kn/m 2 összenyomódási modulus [Es] 9,0 MN/m 2 Kavicsos homok (grsa) térfogatsűrűség [γ k ] 1,10 t/m 3 (talajvíz alatt) súrlódási szög [ k ] 33 kohézió [c k ] 0 kn/m 2 összenyomódási modulus [Es] 41 MN/m 2 Homokos kavics (sagr) térfogatsűrűség [γ k ] 1,10 t/m 3 (talajvíz alatt) súrlódási szög [ k ] 35 kohézió [c k ] 0 kn/m 2 összenyomódási modulus [Es] 55 MN/m 2 Agyag (Cl) (felső átlagos 2 méteres zóna) térfogatsűrűség [γ k ] 2,0 t/m 3 súrlódási szög [ k ] 19 kohézió [c k ] 60 kn/m 2 összenyomódási modulus [Es] 10,5 MN/m 2 Agyag (Cl) ( merev, kemény zónája) térfogatsűrűség [γ k ] 2,0 t/m 3 súrlódási szög [ k ] 21 kohézió [c k ] 80 kn/m 2 összenyomódási modulus [Es] 65 MN/m 2 rétegvastagság felső sík (mbf) (m) szint r (kn/m 3 ) f ( ) c (kn/m 2 ) E (N/mm 2 ) homok feltöltés 100,00 2,05 0,00 17,0 23,0 0,0 5,0 Agyagos iszap (clsi) 97,95 4,15-2,05 20,0 13,0 30,0 9,0 iszapos homok (sisa) 93,80 1,20-6,20 20,0 13,0 30,0 9,0 kavicsos homok (grsa) 92,60 3,10-7,40 11,0 33,0 0,0 41,0 homokos kavics (sagr) 89,50 1,40-10,50 11,0 35,0 0,0 55,0 agyag (Cl) 88,10 2,00-11,90 20,0 19,0 60,0 10,5 agyag (Cl) 86,10-13,90 20,0 21,0 80,0 65,0 A rétegvastagságokat a talajvizsgálati jelentés két metszetéből szerkesztettük a lemez közepe alatt. A becsült maximális talajvízszint 97,5 mbf, a mértékadó ennél 50 cm-rel magasabban, 98,0 mbf van. Ez az alaplemez alsó síkján 3,31 m vízoszlopnyomást jelent. 2- A talajvíz a talajvizsgálati jelentés szerint három fúrás közül kettőben mg/l SO 4 szulfát iont tartalmaz, így az MSZ : táblázata alapján XA1 kitéti osztályba sorolható.

14 3.3. fejezet AZ ÁGYAZÁSI TÉNYEZŐ MEGHATÁROZÁSA Az ágyazási tényező meghatározására a tervezési feladatok során a feladatok jellegétől függően eltérő módszerekkel lehetséges, a megfelelő számítási módszer kiválasztása azonban nem mindig egyértelmű. Jelen feladat megoldásában a hazai gyakorlatban is elterjedt végeselemes program került használásra a számítások során (AxisVM). A modell kialakításának egyik legjelentősebb feladata a talaj modellezése. Az egyszerűbb modellekben a talajt síkbeli tartóként, egymástól független, szorosan fekvő, azonos vagy esetleg változó állandójú rugókkal helyettesítjük. E módszer fő hiányossága, hogy az ágyazat különböző pontjaiban ható talajreakciók kölcsönhatásait figyelmen kívül hagyja. Ennek megoldására a feltételezett talajrugók között kapcsolatokat lehet beiktatni. Így két független paraméterrel, az ágyazási tényezővel és a kapcsolatoknál fellépő rugalmas állandóval jellemezhetjük a talaj viselkedését. Úgy tekinthető, mintha a rugók egy vékony rugalmas membránnal lennének összekötve. A mérnöki gyakorlatban az eljárás bonyolultsága és a számításhoz szükséges membránjellemzők bizonytalan meghatározása miatt általában egyparaméteres, egyszerű rugalmas ágyazású modellt használnak. A rugalmas ágyazású szerkezetek alapeleme a rugalmasan ágyazott gerenda, térbeli vizsgálat esetén a rugalmasan ágyazott lemez. A rugalmas ágyazást alapul vevő számításoknál igen fontos az ágyazási tényező helyes meghatározása. Az ágyazási tényező a talaj fizikai tulajdonságaitól függ elsősorban, de hangsúlyozni kell, hogy nem tekinthető talajjellemzőnek. Értéke nemcsak a talaj minőségétől és mechanikai tulajdonságaitól, hanem a terheléstől, az alaplemez méreteitől és az alap alatt összenyomódó talajrétegek vastagságától is függ. A számítási módszerek közül a pontos, illetve pontosított süllyedésszámítás alkalmazása javasolt. Ekkor kiindulásként egy q 1 talpfeszültség eloszlást veszünk fel a terhek eloszlása alapján. Steinbrenner módszerével az alap alatti talajfeszültségek számíthatóak, s meghatározható az m 01 határmélység. A határmélységig összegzett részleges alakváltozások adják s 1 süllyedést, amivel az első C 1 = q 1 /s 1 ágyazási tényezőket számítjuk. A talaj szerkezet kölcsönhatás analízisét C 1 ágyazási tényezővel elvégezve q 2 talpfeszültség eloszlást számítjuk, majd evvel a korrigált talpfeszültséggel az előbbiek szerint újraszámítjuk a süllyedést, majd az ágyazási tényezőt. Ezt az eljárást addig ismételjük, amíg a kiindulási és az újraszámított talpfeszültség közel azonos nem lesz (q i+1 = q i ). A számítások nagy méretű lemez esetében csak interaktív módon lehetséges, folyamatos adatszolgáltatás szükséges a tervezők között, mivel az ágyazási együttható a talpfeszültség és az abból számított süllyedés hányadosaként értelmezhető és ezek egymás függvényei, és eloszlásuk semmiképpen sem egyenletes (értékük nem állandó). A lemezalap süllyedésének megbízható számítása közismerten nehéz feladat; pontossága kétes. A talaj összenyomódásának rugalmasságtani alapon való meghatározása csak erős közelítés lehet, és az elméleti összefüggések csupán megszorítások mellett érvényesek. A bizonytalan feltevések mellett hibák adódnak a talaj heterogén voltából, a mintavételezésből, a laboratóriumi vizsgálatokból. A süllyedések veszélyességének foka függ: a süllyedések nagyságától és egyenlőtlenségétől, az épületszerkezet érzékenységétől, a süllyedés időbeli kialakulásától.

15 3.3. fejezet 303 A derékszögű négyszög alaprajzú alaptestek alatt keletkező feszültségek számítására többféle elméletet is használ a nemzetközi szakmai gyakorlat. E számítások eredményei szerint - egyenletes terhelés esetén - a középpont süllyedése a legnagyobb, az oldalvonalak közepén már kisebb, és sarokpontoké a legkisebb. A "féltér" felszínének ilyen meggörbülését csak végtelen hajlékony alapok követhetnék; a végtelen merev alapok viszont megtartják eredeti alakjukat, átlagos süllyedésük pedig az említett süllyedéseknek valamilyen súlyozott átlaga lesz. Bizonyos pontokban tehát ugyanakkora ez az átlagos süllyedés, mint a végtelen hajlékony alap besüllyedése. Ha a feszültségeket eleve valamelyik karakterisztikus pont alatt számítjuk ki, és a süllyedésszámításhoz ezt használjuk fel, akkor az így nyert süllyedési érték egyaránt tekinthető a hajlékony és a merev alap alatti átlagos süllyedésnek is. (A karakterisztikus pontra vonatkoztatott átlagos süllyedés független az alap merevségének mértékétől.) A süllyedésszámítás során figyelembe kell venni, hogy a bizonyos mélységben lévő alapsík feletti talaj az önsúlya hatására már komprimálta az alatta lévő rétegeket; vagyis a kiemelésre kerülő felszín alatti talaj önsúlyával csökkenthető - süllyedésszámításkor - a talpfeszültség. Ez egy 2-3 szintes mélygarázs esetében már jelentős érték (sok esetben az épület átlagos karakterisztikus terhelése kisebb, mint a kitermelendő földtömeg súlya). A talpfeszültségeloszlást az épület merevsége, illetve a lemez merevsége-hajlékonysága is befolyásolja. A Winklertől származó ágyazási tényező segítségével való méretezés feltételezi, hogy az alaptest alatt egy (x, y) helyen a (x, y) talpfeszültségek és a talajösszenyomódások között lineáris kapcsolat írható fel: x, y C s x, y. Az ágyazási tényezőt a összefüggés alapján lehet meghatározni, ahol: - a talpfeszültség, s - a lemez süllyedése. C a Magából a képletből következik, hogy az ágyazási tényező nem állandó, hanem - egyebek között - a terhelésnek is függvénye. Egyenletesen terhelt lemezek alatt pl. középen adódik a legnagyobb süllyedés, így a C a = /s összefüggés értelmében a széleken nagyobbnak kell lennie a C a értékeinek, mint középen. Meghatározásához ismerni kell tehát a talpfeszültségek és a süllyedések nagyságát a terhelő felület különböző pontjaiban. Jelen példában egy 5,31 m takarású, 18,90x54,40 alapterületű, 0,7 m vastag lemez méretezését kell megoldanunk. A kvázi állandó terhekből meghatározásra került a lemez alján számított átlagos talpfeszültség, mely 112,4 kpa. A méretezés során a vb. lemez helyén kitermelt feltöltés súlyát is figyelembe vettük. A határmélységet Jegorov elmélete szerint B/2- nél húztuk meg (Jegorov szerint egy min. 10 méter széles, döntően kötött talajokon álló lemez esetén a határmélység 2/3B-re vehető, míg szemcsés talajok esetén B/2-re). a s Az átlagos talpfeszültségből Kany módszerével kézi számítással is meghatároztuk a karakterisztikus pont alatti feszültségeloszlást, melynek során a kitermelt talaj súlyát is figyelembe vettük.

16 3.3. fejezet 304 A határmélység 18,9/2=9,45 m A süllyedés a határmélységig számolt feszültségi ábra terület és az összenyomódási modulus karakterisztikus értéke hányadosaként számítható rétegenként: s átl =12,5 mm Az ágyazási tényező meghatározásához egy süllyedésszámítást végeztünk az AxisVM alaptest méretező moduljával is. Egy 5,31 m takarású, 18,90x54,40 alapterületű, 0,7 m vastag alaptest süllyedését számítottuk ki a terhek karakterisztikus kombinációjából. A karakterisztikus kombináció G állandó +Q hasznos volt, amihez a program - mivel a kombináció SLS típusú volt - az alaplemez súlyának karakterisztikus értékét adja hozzá. A karakterisztikus érték képzésénél nem vettük figyelembe a szél, a hó és az imperfekció hatását, mivel ezek értéke viszonylag kicsi, és a 2.5. szerint nem is egy teherállásból származnak. Jelen számításban nem vettük figyelembe az alaplemezen ható hasznos terhet, de a gyakorlatban számolni kell vele, bár a teljes terheléshez képest csak kis százalékot jelent. A ható függőleges erő karakterisztikus értéke így kn. Az alaptest alatti átlagos feszültség: σ=115906/(18,9*54,4)=112,4 kn/m 2. Az Axis az alapozási síkon ható terhelést (beleértve az alaptest súlyát, valamint a visszatöltés súlyát, mely a programban jelen esetben 0-ra lett állítva) csökkenti a kiemelt talaj súlyával. Az így kapott feszültségből a központosan nyomott alaptest közepe alatt Boussinesq- Steinbrenner nyomán számítja z mélységben a terhelésből származó feszültségeket. Az eltérő vastagságú, sűrűségű és összenyomódási modulusú rétegeket helyettesítő rétegvastagságok segítségével homogenizálja, majd a rétegeket 10 cm-enként további rétegekre bontja. Ezeknek a rétegeknek az összenyomódásit számítja a réteg alján és a tetején számított terhelésből származó többletfeszültség hatására, majd ezeknek az értékeit összegzi az adott rétegig, vagy a határmélységig. A határmélység irodalmi adatok alapján nagy kiterjedésű alaptest esetén az alaptest szélességének felére vehető. Az itt kapott süllyedés: s 9,45 m =14,2 mm 7. ábra: Süllyedés számítás Axissal Az ebből számított ágyazási tényező: C=σ/s=112,4/0,0142=7915 kn/m kn/m 3

17 3.3. fejezet 305 Állandó ágyazási tényezőből egyenletes talpfeszültség esetén egyenletes süllyedés adódna az alaplemez alatt. A valóságban azonban ebben az esetben is az alaplemez a közepén a feszültséghalmozódás miatt jobban süllyed. Ezért a szélső negyedekben C szélső =1,6*c átlag =1,6*7900=12640 kn/m 3 a belső területen pedig C belső =0,8*c átlag =0,8*7900=6320 kn/m 3 értékkel számolunk. 8. ábra: Az ágyazási tényező alkalmazása Az így felvett ágyazási tényezőkkel a lemezalap alatt a 9. ábra szerinti süllyedések adódnak a 112,4 kn/m2 egyenletes terhelés hatására. 9. ábra: Süllyedés egyenletes 112,4 kn/m 2 esetén

18 3.3. fejezet 306 Nagyméretű lemezek esetén indokolt lehet a korábbikban ismertetett (8.pontban) pontos, illetve pontosított süllyedésszámítás alkalmazása, a különböző terhelésű lemeztartományok pontosabb méretezése érdekében, a pillérekkel együttdolgozó lemezmezők és a terheletlen lemezmezők közötti alakváltozás különbségek vizsgálata, szükség esetén a lemez részterületeire vonatkozó ágyazási tényezők felülvizsgálata. 9. AZ ALAPLEMEZ VASALÁSÁNAK MEGHATÁROZÁSA (STR) 9.1. Alapháló meghatározása Mivel az épület külön szigetelés nélkül, weiße Wanne technológiával készül, a repedéstágasság korlátozásának kritériumait a Zement-Merkblatt Hochbau H10: Wasserundurchlässige Betonbauwerke alapján vesszük figyelembe. A 3. táblázat alapján a vízoszlop magasság/szerkezeti vastagság arány i=h víz /d szerkezet =3,31/0,7=4,73<10 Így a repedéstágasság határértéke 0,2 mm. Az alapháló meghatározása az MSZ EN :2010 (7.1) összefüggése alapján A s,min =k c *k*f ct,eff *A ct /σ s kc=1,0 (tiszta húzás) k=0,66 (interpolálással) f ct,eff =f ct,m =2,9 N/mm 2 A ct =70*100/2=3500 cm 2 σ s =500 N/mm 2 A s,min =1*0,66*0,29*3500/50=13,4 cm 2 /m Alkalmazva: Ø14/10/10 alapháló alul-felül (A s =15,39 cm 2 /m) A szükséges vasalások ábráiban a Ø14/10 vasaláson felül az alábbi szintvonalakat tüntettük fel: Ø14/10+Ø10/10=23,24 cm 2 /m Ø14/10+Ø12/10=26,70 cm 2 /m Ø14/10+Ø14/10=30,78 cm 2 /m A belső oldal kitéti osztálya XC1, a külső oldal kitéti osztálya XC2, XA1. Így a szükséges betontakarás a belső oldalon c nom =c min +Δc dev =10+10=20 mm a külső oldalon c nom =c min +Δc dev =45+15=60 mm A 60 mm-es betonfedésbe erősítő műanyag hálót kell szerelni.

19 3.3. fejezet Szükséges vasalások 10. ábra: Alsó x irányú szükséges vasalás 11. ábra: Alsó y irányú szükséges vasalás 12. ábra: Felső x irányú szükséges vasalás

20 3.3. fejezet F/3 tengelyi alsó vasalás 13. ábra: Felső y irányú szükséges vasalás Ebben a feladatban részletesen vizsgálni csak az F/3 tengelyben levő vasalásokat fogjuk. Mivel a pillérekről lejövő terheléseket pontszerűen raktuk rá az alaplemezre, nyomatéki csúcsok keletkeztek, amiket ki kell egyenlíteni. A kiegyenlítést a DIN 1045 gombafejekre vonatkozó előírásai alapján végezzük, vagyis a pillér fölött 2*0,1*L és ennek a sávnak a két oldalán egy-egy 0,1*L sávban a nyomatékok, ill. a szükséges vasalások átlagát számítjuk. A sávszélességek az alábbiak: 0,1*6,0=60 cm (y iránnyal párhuzamosan) 0,1*6,0=60 cm (x iránnyal párhuzamosan a fal felőli oldalon) 0,1*7,5=75 cm (x iránnyal párhuzamosan az épület belső oldalán) 14. ábra: F/3 pillér alsó x irányú szükséges vasalás

21 3.3. fejezet ábra: F/3 pillér alsó y irányú szükséges vasalás 16. ábra: F/3 pillér alsó x irányú szükséges vasalás metszete 17. ábra: F/3 pillér alsó y irányú szükséges vasalás metszete

22 3.3. fejezet 310 Az alkalmazandó vasalások a metszetek alapján: y irányban (a vasak hossza 2,50 m) a pillérre szimmetrikus 1,20 m széles sávban Ø14/10+Ø14/5=46,17 cm 2 /m > 40,84 cm 2 /m ettől a sávtól kifelé cm széles sávban Ø14/10+Ø14/7,5=35,92 cm 2 /m > 23,47 cm 2 /m ettől a sávtól kifelé cm széles sávban Ø14/10+Ø10/10=23,74 cm 2 /m > 15,74 cm 2 /m x irányban (a vasak hossza 4,00 m) a pillérre aszimmetrikus cm széles sávban Ø14/10+Ø14/5=46,17 cm 2 /m > 36,29 cm 2 /m ettől a sávtól kifelé 75 ill. 60 cm széles sávban Ø14/10+Ø14/10=30,78 cm 2 /m > 20,68 cm 2 /m A repedéstágasság igazolását az alkalmazott vasalással a terhelések gyakori kombinációjára kell elvégezni az MSZ EN :2010 NA6.2. pontja alapján. Az alkalmazott vasalásokkal a repedéstágasság a pillér keresztmetszetén kívül 0,2 mm Megfelel. 18. ábra: F/3 pillér alatti repedéstágasságok

23 3.3. fejezet I J közötti x irányú felső vasalás Ebben a feladatban részletesen vizsgálni csak az I J tengelyek közötti x irányú felső vasalásokat fogjuk. 19. ábra: Felső repedéstágasságok az alaphálóval 20. ábra: Felső repedéstágasságok az alaphálóval+ø14/ ábra: Felső repedéstágasságok az alaphálóval+ø14/20+ø14/20

24 3.3. fejezet 312 Látható, hogy a Ø14/10/10 alapháló plusz a két elrendezésben alkalmazott Ø14/20 pótvasalás 0,16 mm repedéstágasságot eredményez, tehát megfelel. A minimális talajfeszültségek ábrájából látható, hogy kis felületen húzófeszültség keletkezik. 22. ábra: Minimális talajfeszültségek Emiatt a húzófeszültséget okozó kombinációra (állandó + 1,5*szél + 1,35*imperfekció + 1,35*talajvíz) a rugókban a húzóerőt kiiktató másodrendű számítást kellene végezni. Mivel azonban itt a talaj húzófeszültsége csak kis felületen és csekély mértékben befolyásolja a felső vasalást, így a másodrendű számítástól eltekintünk F/3 tengelyi átszúródás vizsgálat Az F/3 tengelyen lejövő erő tervezési értéke: N d =1,35*2438+1,5*1060+1,5*0,5*43+1,5*0,6*21+1,5*1,0*5=4940 kn A lemez hasznos magassága: d=70-6-1,4=62,6 cm A pillér mérete a=b=45 cm. Az a+2*3*d=45+2*3*62,6=421 cm széles sáv vasmennyiségei: x irányban 1,35*46,17+1,20*30,78+1,66*15,39=124,8 cm 2 y irányban 1,20*46,17+1,20*35,92+1,20*23,74+0,61*15,39=136,3 cm 2 A fajlagos vasmennyiség = (124,8+136,3)/(2*421*62,6)=0,495 % A talpfeszültség a pillér alatt átlagosan a biztonság javára 120 kn/m 2

25 3.3. fejezet 313 ANYAGJELLEMZŐK: BETON: C 30/37 f ck = 3 kn/cm 2 f ctm = 0,29 kn/cm 2 E cm = 3200 kn/cm 2 gc= 1,5 ACÉL: S500 f yk = 50 kn/cm 2 E s = kn/cm 2 gs= 1,15 x 0 = 0,493 KERESZTMETSZETI JELLEMZŐK: a= 45,0 cm (pillér méret) b= 45,0 cm (pillér méret) h= 70,0 cm (lemezvastagság) d= 62,6 cm (átlagos hasznos vastagság) A sla = 210,64 cm 2 (a+2*3d sáv vasmennyisége) A slb = 210,64 cm 2 (b+2*3d sáv vasmennyisége) IGÉNYBEVÉTELEK: V Ed = 4 940,00 kn b= 1,15 (közbenső pillér 1,15; szélső 1,4; sarok 1,5)) p d = 120,00 kn/m 2 TEHERBÍRÁS: n Ed = 0,50 kn/cm 2 (fajlagos nyírőerő az oszlop kerületén) n Rd,max = 0,53 kn/cm 2 (felvehető maximálisfajlagos nyírőerő; 0,5*n*f cd ) BEVASALHATÓ ELLENŐRZÉSI KERESZTMETSZET l= 125,20 cm (távolság a pillér szélétől=2*d) 1,00 (kerület csökkentő tényező áttörés miatt) u 1 = 966,26 cm (kerület) V Ed = 4 795,63 kn (nyíróerő) n Ed,l = 0,08 kn/cm 2 (fajlagos nyírőerő a kerületen) n Rd,C = 0,05 kn/cm 2 (vasalás nélkül felvehető nyírőerő) NYÍRÁSI VASALÁS SZÜKSÉGES NYÍRÁSI VASALÁS SZÜKSÉGES HOSSZA l out = 170,00 cm (távolság a pillér szélétől) 1,00 (kerület csökkentő tényező áttörés miatt) u out = 1 247,60 cm (kerület) V Ed = 4 200,55 kn (nyíróerő) n Ed,out = 0,05 kn/cm 2 (fajlagos nyírőerő a kerületen) n Rd,C = 0,05 kn/cm 2 (vasalás nélkül felvehető nyírőerő) NYÍRÁSI VASALÁS NEM KELL l 0 = 76,10 cm távolságig a pillér szélétől vasalás szükséges (l out -2d) SZÜKSÉGES VASMENNYISÉG AZ ELSŐ KÖRÖN l= 30,00 cm (távolság a pillér szélétől) 1,00 (kerület csökkentő tényező áttörés miatt) a= 90,00 (vas hajlásszöge) s r = 30,00 cm (vasak sugárirányú távolsága, ha csak 1 kör van 1,5d) u 01 = 368,40 cm (kerület) V Ed = 5 557,99 kn (nyíróerő) A sw = 36,32 cm 2 alkalmazva 24Φ14=36,96 cm 2 SZÜKSÉGES VASMENNYISÉG A MÁSODIK KÖRÖN l= 60,00 cm (távolság a pillér szélétől) 1,00 (kerület csökkentő tényező áttörés miatt) a= 90,00 (vas hajlásszöge) s r = 30,00 cm (vasak sugárirányú távolsága, ha csak 1 kör van 1,5d) u 02 = 556,80 cm (kerület) V Ed = 5 391,45 kn (nyíróerő) A sw = 31,24 cm 2 alkalmazva 24Φ14=36,96 cm 2

26 3.3. fejezet 314 A harmadik kör vasalása a csökkenő szükséges vasmennyiség ellenére konstrukciós okokból azonos a 2. körrel. Mivel a nyíróerő V Ed >1/3*V Rd,max, sőt majdnem eléri a felvehető maximális nyíróerőt, így a MSZ EN : (3) alapján a nyírást teljes egészében kengyelekkel kell felvenni. 23. ábra: Kengyelezés kialakítása

27 3.3. fejezet TALAJELLENÁLLÁSOK VIZSGÁLATA (GEO) 10.1.Talajtörés vizsgálata 24. ábra: Maximális talajfeszültségek A tervezési módszer az MSZ EN : és NA9.1 szerinti 2. tervezési módszer. A parciális tényezők kombinációja A1 + M1 + R2. Így a hatásokra g G =1,35 g Q =1,5 A talajparaméterekre g M =1,0 Talajtörési ellenállásra g R,v =1,4 Elcsúszási ellenállásra g R,h =1,1 Látható, hogy az alapterület ~90 %-án a talajfeszültségek tervezési értéke 200 kn/m 2 alatt van, csak a falak alatt emelkedik 300 kn/m 2 környékére. A külső sarkokban a maximum igen kis alapterületen q Ed =482 kn/m 2. Az ágyazási tényező meghatározásához is felhasznált Axis modellből 2. tervezési módszer alapján q Rd =552 kn/m 2, tehát a talajtöréssel szembeni ellenállás megfelelő. Az elcsúszást a 2.5 alatti megfontolások miatt nem vizsgáltuk.

28 3.3. fejezet Alakváltozások vizsgálata 25. ábra: Süllyedések A maximális süllyedés a gyakori teherkombinációból 24,5 mm. Ez még a különálló alapokon nyugvó szokványos tartószerkezet esetében eltűrhető 50 mm határt (MSZ EN :2006 H melléklet (4)) sem éri el, és nyilvánvaló, hogy az épület közmű csatlakozásainak kialakításánál sem okozhat nehézséget, tehát megfelel. A relatív elfordulás a J/4 sarokpont és I/3 pillér között (24,5-7,3)/8724=0,0019<0,002, tehát az MSZ EN :2006 NA1 táblázat első sora alapján megfelel. 11. FELÚSZÁS VIZSGÁLATA (UPL) Felhajtóerő 54,40*19,80*3,31*10=35653 kn A parciális tényező G,ds t=1,0 A felúszást akadályozó erőként a biztonság javára csak a vasbeton szerkezet önsúlyát vesszük figyelembe, a pince oldalfalain fellépő súrlódások és a burkolatok súlyának elhanyagolásával. Alaplemez 54,40*19,80*0,7*25,0 =18849 kn Pincefal 4,26*0,3*25,0*2*(54,40+19,80) = 4741 kn Pincei pillérek 16*4,26*0,45*0,45*25,0 = 345 kn Pince feletti födém 54,40*20,40*0,24*25,0 = 6658 kn Földszinti pillérek 40*3,78*0,4*0,4*25,0 = 604 kn Földszint feletti födém 54,40*20,40*0,22*25,0 = 6103 kn 1. emeleti pillérek 40*3,28*0,4*0,4*25,0 = 524 kn 1. emelet feletti födém 54,40*20,40*0,22*25,0 = 6103 kn kn A parciális tényező G,ds t=0,9 0,9*43927=39534 kn>1,0*35653=35653 kn A szerkezet tehát az 1. emelet feletti födém elkészülte után a felúszással szemben kellő biztonsággal rendelkezik.