Dr. Koppány Attila ÉPÜLETSZERKEZETTAN I-II.
Tartalomjegyzék Bevezetés az épületszerkezettanba 4 Az épületszerkezettan tárgyköre és felosztása 6 Épületszerkezeti és technológiai alapfogalmak 7 Szerkezeti rendszerek 9 Az épületeket és szerkezeteiket érő hatások 11 A szerkezetkialakítás alapvető épületfizikai szempontjai 13 Az építési modul 16 Alapozások 18 Síkalapozások 19 Pontalapozás 20 Sávalapozás 21 Gerenda és gerendarács alapozás 21 Lemezalapozás 22 Különleges síkalapozások 22 Válaszfalak alapozása 24 Síkalapozások néhány tervezési kérdése 24 Síkalapozások néhány kivitelezési kérdése 25 Mélyalapozások 25 Kút- és szekrényalapozások 26 Cölöpalapozások 26 Résfalas alapozás 27 Szigetelések 28 Az épületet támadó nedvességhatások 28 A szigetelések anyagai 30 Bitumenes lemezszigetelések 31 Műanyag lemezszigetelések 32 Fémlemez szigetelések 33 Réteges máz- és habarcsszigetelések 33 Tömegszigetelések 34 Utólagos szigetelési eljárások 34 Falszerkezetek 36 Teherhordó falszerkezetek 36 Kézi falazóelemekből épített falszerkezetek 38 Természetes kövekből épített falak 38 Égetett agyagtéglából épített falak 38 Üreges tégla falazóelemekből készített falak 39 Vegyes falak 39 Könnyűbeton és beton falazóelemekből épített falak 40 Kézi falazó-zsaluzóelemekből épített falak 40 Monolit falszerkezetek 41 Táblás zsaluzások 41 1
Csúszózsaluzatos építés 42 Alagútzsaluzatos építés 43 Dermesztett betonfal építése 43 Előregyártott falszerkezetek 44 Blokkos építés 44 Panelos építés 45 Pincefalak 47 Lábazati falak 49 Járdák és térburkolatok (falakhoz csatlakozó, kiegészítő szerkezetek) 49 Térelhatároló falszerkezetek 51 Kézi falazóelemekből épített vázkitöltő falszerkezetek 51 Előregyártott nehéz homlokzati falszerkezetek 51 Könnyű szerelt homlokzati falak 52 Könnyűszerkezetes szakipari falak 52 Függönyfalak 53 Köpenyfalak 57 Válaszfalak 59 Kézi falazóelemekből készített válaszfalak 59 Monolit válaszfalak 60 Homogén szerkezetű pallós-, panelos válaszfalak 60 Réteges szerkezetű könnyű szerelt válaszfalak 61 Felületképzések és burkolatok 63 Monolit kéreg jellegű felületképzések 63 Elemekből készített burkolatok 64 Külső burkolatok 65 Belső burkolatok 67 Koszorúk 68 Kiváltók 69 Kémények és szellőzők 70 Vázszerkezetek 74 Vasbeton vázszerkezetek 75 Acél vázszerkezetek 78 Födémszerkezetek 81 Gerendafödémek 83 Gerendás födémek 84 Pallós és panelos födémek 86 2
Lemezfödémek 87 Boltozatok 88 Padlóburkolatok 90 Elemekből készített padlóburkolatok 91 Monolit padlóburkolatok 92 Lemezekből készített padlóburkolatok 92 Álmennyezetek 94 Nyílászáró szerkezetek 96 Ajtók és kapuk 97 Ablakok 99 Üvegszerkezetek 100 Árnyékoló szerkezetek (nyílászárókhoz csatlakozó, kiegészítő szerkezetek) 103 Lépcsők 104 Külső lépcsők 106 Belső lépcsők 107 Lépcsők kiegészítő szerkezetei 109 Magastetők és tetőfedések 110 Fedélszerkezetek 110 Tetőfedések 113 Pikkelyes fedések 114 Táblás fedések 118 Összefüggő kemény és lágy fedések 120 Kévefedések 121 Tetők kiegészítő fémlemez szerkezetei 122 Lapostetők és tetőszigetelések 124 Egyhéjú melegtetők 125 Kéthéjú hidegtetők 127 Csapadékvíz elleni szigetelések 128 Csarnokszerkezetek 135 Síkbeli erőjátékú csarnokszerkezetek 136 Térbeli erőjátékú csarnokszerkezetek 137 3
Bevezetés az épületszerkezettanba Az építészet a technika, a tudomány és a művészet eszközeivel épületeket hoz létre az emberi tevékenység igényeinek kielégítésére. Az épületek az egyszerű, ősi védelmi funkción túlmenően számos társadalmi, gazdasági, kultúrális, kultikus igényt elégítenek ki, tehát a társadalom és a technika évezredes fejlődése során az építés módja, eszköztára rendkívüli mértékben differenciálódott és gazdagodott. Az épületek létrehozása elsősorban téralkotó tevékenység, amelynek építőelemeit az épületszerkezetek alkotják. Az épületszerkezetek egymással, az épület egészével és az épület környezetével bonyolult kapcsolatrendszert alkotva elégítik ki a velük szemben támasztott funkcionális követelményeket. A sokféle épületszerkezet az épület egészében egy meglehetősen bonylult rendszert alkot, amely rendszer egyes részeinek megváltoztatása kihat az egész rendszer működésére, valamint az épület környezetével való kapcsolatra, például a külső környezeti hatásoktól való védelem mértékére. Az épületek e részeivel, azok kapcsolatával, az egyes építőelemekkel, az elemekből létrehozott egésszel, a szerkezetalkotás törvényszerűségeivel, annak elméleti és gyakorlati vonatkozásaival az épületszerkezettan foglalkozik. Az épületszerkezetek az építési tapasztalatok gyarapodásával, a felhasználható anyagok és szerkezetek bővülésével az építési technikák sokféleségének megjelenésével folyamatosan fejlődtek az ősi primitív építési szerkezetek (földkunyhó, lombsátor) alkalmazásától a napjainkra jellemző magas technikai színvonalú (high-tech.) technikák és technológiák irányába. A XX.század közepéig többségében a tapasztalati alapon megtervezhető és elkészíthető épületszerkezetek voltak jellemzőek. A II.Világháború utáni időszakban viszont a tömeges építési feladatok és a hadiipar békés célokra átállítása óriási fejlődést eredményezett az épületszerkezetek területén is. Az épületszerkezetekkel kapcsolatos tervezési feladatokat ettől kezdve már nem lehetett egyszerűen, tapasztalati alapon elvégezni, hanem szükségessé vált egyre több tudományterület ismereteinek alkotó alkalmazása és szintetizálása a gyakorlati szerkezettervezés területén is. A jelenlegi építési tevékenységben nap mint nap új szerkezeti megoldásokkal találkozunk, amelyek megbízhatóságáról rövid idő alatt kell meggyőződni. Hogy ilyen körülmények között az új korszerű szerkezetek valóban a tőlük elvárt színvonalon teljesítsék funkciójukat a fejlesztőnek, tervezőnek, de a kivitelező építészmérnöknek is az épületszerkezettan mélyreható ismerete szükséges. Tehát az épületszerkezettan alkotó módon szintetizálja és felhasználja más tudományterületek ismeretanyagát. Szoros kapcsolatban áll a mechanika, épületfizika, aeroés hidrodinamika, épületkémia, épületbiológia, anyagtan stb. tudományokkal és ezek legújabb eredményeit közvetlenül hasznosítja a szerkezettervezésben. Az épületszerkezetek számos ható tényező által alakulnak, módosulnak. Az adott korra jellemző szerkezetválasztékból rengeteg tényező együttesen határozza meg, mely szerkezetek alkalmazása célszerű egy meghatározott funkciójú épület megalkotásához. Az 1. ábrán szemléltetett összefüggésrendszer mutatja be az épület létrehozására hatást gyakorló fő tényezőket, azaz a mikro- és makrokörnyezet, a tudomány és a technika, a gazdaságosság, az ipari háttér, a politikai és társadalmi környezet és végül az alkotó ember együttes szerepét. Ugyanezen az ábrán látható, hogy az épületfunkció igényei ugyancsak számos tényező 4
befolyásával alakulnak ki. Azaz az épületet alkotó részek (épületszerkezet, épületgépészet és berendezés) igényei az ugyancsak összetett építészeti és élettartam igényekkel kölcsönhatásban alakulnak ki. Az 1. ábrán látható összefüggésrendszerből külön kiemelendő, hogy az épület önmagában is egy mikrokörnyezeti rendszert képez, amelynek célja a funkcionális igények lehető legjobb színvonalú kielégítése. Az épületszerkezettan éppen e mikrokörnyezeti rendszer elemeivel és azok kapcsolatával foglalkozik. A mikrokörnyezet egyik legfontosabb eleme az épületszerkezetek csoportja, amely tulajdonképpen létrehozza a mikrokörnyezetet. E tekintetben természetesen kiemelt jelentőségűek a térelhatároló szerkezetek.az ember és annak tevékenységeit magába foglaló mikrokörnyezetet hoznak létre a téralkotó tevékenység során az eszközül felhasznált épületszerkezetekkel. Az adott környezet minőségét, komfortját, környezet- és emberbarát mivoltát csakis az épületszerkezettani ismeretek kellő mélységű elsajátítása után, a lehetőségek egzakt számbavételével és a közel optimális megoldást eredményező konstruálási, tervezési módszerek birtokában lehet eredményesen biztosítani. Az épületszerkezettan egyre bővülő ismeretanyaga szerves kapcsolatban áll számos tudományterülettel, ill. tantárggyal. A kapcsolatrendszer tanulmányozható a 2. ábrán ahol a teljesség igénye nélkül a legfontosabb kapcsolatok kerültek feltüntetésre, különválasztva a kapcsolódó tudományok (technikai, természet- és társadalomtudományok) és tantárgyak (alaptárgyak, szaktárgyak, építészeti tárgyak) körét. A kapcsolatrendszert elemezve, megállapítható, hogy az épületszerkezettan viszonylag sok tudományterülethez kapcsolódik - az egyes feladatok tekintetében természetesen különböző mélységű kapcsolattal. Az épületszerkezettan a felsőfokú szakemberképzésben számos tantárggyal áll szoros kapcsolatban, azok ismereteit felhasználja, ill. szintetizálja. Az épületszerkezettan kettős jellege (ld. 2. ábra) abban nyilvánul meg, hogy a szerkezettervezés jelenleg is fejlődő területe az elméleti oldalát a meglévő épületszerkezetek struktúrálisan rendszerezhető ismeretanyaga pedig a gyakorlati oldalát jelenti az épületszerkezettannak. Az állandó emberi tartózkodásra alkalmas tér létrehozásában az un. szakági tervezés szempontjából három fő csoport szerepe jelentős, természetesen a feladattól függően különböző arányban. A 3. ábrán szemléltetett három fő csoport: - a tartószerkezetek, - a térelhatároló szerkezetek, és - az épületgépészet. A kapcsolat jellegének elemzéséhez mellékelt ábrán az erősebb, domináns kapcsolatok megvastagított nyíllal jelöltek. Az épületek, épületrészek létrehozásában betöltött szerepnek megfelelően kialakult a konstruktőr (épületszerkezeti tervező), a statikus és az épületgépész szakági tevékenységi kör, amely tagjainak együttműködése, harmonikus együttdolgozása a tervezési és építési feladat eredményes megvalósításához elengedhetetlen. 5
Az épületszerkezettan tárgyköre és felosztása Az épületszerkezettan kettős jellegének ismertetésénél bemutatott elméleti oldal szempontrendszerének ismertetésére elsősorban a tantárgy előadásain és gyakorlatain kerül sor. A jegyzet feladata az épületszerkezetekkel kapcsolatos gyakorlati tervezési, konstruálási ismeretek közlése, ill. az egyes szerkezetekhez kapcsolódó legfontosabb tudnivalók ismertetése, valamint a szerkezetválaszték szemléltetése a jegyzet ábraanyagában. Tantárgy vizsgára elsajátítandó tananyaga a dr. Gábor László: Épületszerkezettan I- IV.tankönyvsorozatban található. Tantárgyunk előadási anyagának és legfontosabb ismeretanyagának tömör összefoglalása céljából készült e jegyzet, amely azonban nem helyettesíti a tankönyvi tananyagot. Csupán egyes újabb szerkezetek ismertetésénél jelent a tankönyvhöz képest kiegészítést, hiszen ezek a szerkezetek még nem szerepelhettek a dr. Gábor László professzor által írt tankönyvekben. A különböző (sokféle) rendeltetésű épületek létrehozására különféle anyagokból készített szerkezetek funkciójuk szerint lehetnek: - Teherhordó szerkezetek - Térelhatároló szerkezetek - Szakipari (másnéven felszerelő) szerkezetek és - Gépészeti célokat szolgáló szerkezetek Az egyes szerkezetek, ahogy azt a szakági kapcsolatrendszer bemutatásánál már láttuk, funkciójukat több funkciót egyesítve, vagy egyes funkciókat szétválasztva is elláthatják. Például a hagyományos téglafalazatként készített épülethatároló szerkezetek teherhordó és térelhatároló funkciójukat együttesen ellátják, miközben még épületfizikai funkcióknak is megfelelnek (hőszigetelés, hőtárolás, a páradiffúzió harmonikus lebonyolítása, hangszigetelés stb.). A falazott tömörfalas szerkezet e funkciói tekintetében egyrétegű homogén szerkezetnek tekinthető, ha a habarcshézagok különálló szerepét elhanyagoljuk. A szétválasztott funkciójú külső határoló szerkezetre példaként megemlíthető az acélvázas (könnyűszerkezetes) épület homlokzati fala, amely esetében az előző példában felsorolt funkciók kategorikusan különválaszthatók. A teherhordó feladatot az acélvázpillér, illetve a szükség szerinti mértékben alkalmazott falváz tartók látják el. A térelhatárolást a vázra erősített külső, ill. belső lemezburkolat teljesíti, míg a hőszigetelés önálló rétegként kerül a burkolatok közé. A páratechnikai feladatokat részben a hőszigetelés és a külső réteg közé iktatott réteg, ill. a hőszigetelés és a belső burkolat közé iktatott párazáró, vagy párafékező fóliaréteg látja el. Tehát ez esetben egy funkcionális rétegekből összeállított szendvics jellegű szerkezet konstruálási feladatáról van szó, ami a tömörfalas megoldással szemben lényegesen bonyolultabb és nagyobb szakmai, tudományos felkészültséget igényel. Az épületet alkotó szerkezetek főbb csoportjai a legfontosabb szerkezetek felsorolásával a következők: Teherhordó szerkezetek: - alapozások szerkezetei, - falszerkezetek, - vázszerkezetek (pillérek, oszlopok, gerendák, keretek, kiváltók, stb.) - födémszerkeztek, - tetőszerkezetek, 6
- lépcsőszerkezetek, - térbeli teherhordó szerkeztek. Térelhatároló szerkeztek: - könnyű homlokzati falak (szakipari fal, köpenyfal, függönyfal, stb.) - válaszfalak, szekrényfalak, - álmennyezetek, - nem teherhordó térlefedések. Szakipari szerkezetek: ( felszerelő szerkezetek) - szigetelő szerkezetek (nedvesség-, hő-, hangszigetelés) - fedélhéjazatok, - nyílászáró szerkezetek (ajtók, kapuk, ablakok, portálszerkezetek stb.) - falburkolatok, - padlóburkolatok. Gépészeti célokat szolgáló szerkezetek, ill. berendezések: (épületgépészet) - vízellátás, - csatornázás, - elektromos hálózat, - gázellátás, - központi fűtés, - klímaberendezés, - felvonók stb. A szerkezetek csoportosítása nem jelent merev elhatárolást, mert gyakori egyes funkciók összefonódása, ill. egyes építési rendszerek és technológiák eleve összefüggően, szinte egy ütemben építenek meg különböző szerkezeteket. Ilyen példa lehet az alagútzsaluzatos építés (másnéven: térzsalu), amelynek jellemzője, hogy a térbeli merev rendszert alkotó vasbeton harántfalak és a vasbeton födémszerkezet együtt bezsaluzva egyszerre készül. Alapvető fontosságú, hogy a rendszerezésben feltüntetett épületszerkezetek az építés célját, a téralkotást szolgálják és az épületen belül szervesen illeszkednek egymáshoz, összefüggnek egymással és így hozzák létre az épület logikus szerkezeti rendjét. Szerkezeti rendszer Épületszerkezeti és építéstechnológiai alapfogalmak Az épület teherhordó és térelhatároló elemeiből kialakított rendet, amely alkalmazkodik az épület térigényéhez, figyelembe veszi az erőtani adottságokat és lehetőségeket szerkezeti rendszernek nevezzük. Építési rendszer Az építési rendszer a különböző épületek előállítására szolgáló szerkezeti, technológiai és szervezési megoldások összessége. Az építési rendszerhez tartozó szerkezeti megoldások lehetővé teszik meghatározott funkciójú, de különböző alaprajzú, méretű és eltérő igényszintű 7
épületek építését, ill. előregyártott elemekből összeszerelését. Megkülönböztetünk un. zárt, ill. nyílt építési rendszert. A zárt építési rendszer jellemzője, hogy a rendszergazda cég valamennyi meghatározó szerkezeti elemet az építéshez rendelkezésre bocsátja, de a rendszer más elemeket, termékeket általában nem fogad be, ill a rendszer összetevőit sem használják más épületekhez. A nyílt építési rendszer nagyobb szabadságot enged a tervezőnek más elemek, termékek beillesztésére is. Az épület építéstechnológiai megoldásai az alrendszerek, komponensek, szerkezetrészek és szerkezeti elemek szállítási, mozgatási, tárolási és beépítési körülményeit, módszereit határozzák meg. A szervezési megoldások integrált információs, szervezési és irányítási rendszer segítségével teremtik meg az építési rendszert működtető tervező beruházó, kivitelező, gyártó és készletező szervezetek számára az építési rendszer hatékony alkalmazásának feltételeit. A szerkezeti rendszert és az építési hierarchiában elfoglalt helyük szerint a következő összetevők alkotják: alrendszer, komponens, szerkezetrész, szerkezeti elem, alkatrész, anyag. Egy többszintes épület példáján keresztül bemutatva az egyes összetevők szerepét az egyes fogalmak a következőképpen szemléltethetők. Rendszer: Alrendszer: Komponens: maga az épület összes szerkezetével a példánk esetén legyen az a szilárd közbenső födém, amely teherhordó szerkezetből és akusztikailag megfelelően ágyazott padló rétegrendből áll. a födém alrendszer egyik komponense a szilárd teherhordó födémszerkezet (un. nyersfödém), másik komponense a több rétegből álló padló rétegrend. Szerkezetrész: példánkban szerkezetrész lehet a padló rétegrendből az akusztikai réteg, ami fóliába csomagolt műanyagkötésű ásványgyapot táblákból állhat. Szerkezeti elem: Alkatrész: Anyag: az akusztikai réteg egy késztermékként kapott, nedvesség elleni védőfóliába csomagolt műanyagkötésű ásványgyapot táblája. a példában szereplő ásványgyapot tábla védőfólia nélkül ásványgyapot laza állapotban kötőanyag nélkül, ill. maga a műgyanta kötőanyag felhasználás előtt. A szerkezeti rendszer összetevőkre való felbontására még számos példa lenne bemutatható, de természetesen léteznek olyan szerkezeti rendszerek is, amelyek csak néhány összetevőből állnak (pl. sátor szerkezetek). A felbontás és elemzés természetesen nem öncélúan végzett elméleti munka, hanem többféleképpen is hasznosíthatóak az eredményei. Például főleg előregyártott elemekből álló zárt rendszer esetén jó lehetőséget nyújt a tervdokumentáció és elemtervek számítástechnikai feldolgozására és a számítógépes tervszolgáltatás megszervezésére. Az összetevőkre bontás lehetőséget nyújt arra is, hogy az egyes összetevők un. teljesítménykövetelményeit meghatározva, ill. optimalizálva, a tervezés során egzakt szerkezetkonstruálásra kerüljön sor a paraméterek és a követelmények teljesítményszintjének összevetésével (pl. hőszigetelő képesség, páratechnikai tulajdonságok, ill. akusztikai tulajdonságok optimalizálása). Az előző példáknál maradva hangszigetelési szempontból pontosan méretezhető a födém alrendszer, hiszen külön-külön meghatározható a nyersfödém hangszigetelése, az ásványgyapot akusztikai réteg csillapító hatása és az aljzat, valamint a 8
padlóburkolati réteg hangszigetelési értéke. Maga az alrendszer az egyes szerkezetrészek egymásrahatását is figyelembe véve egy összegezhető akusztikai teljesítményt nyújt, ami az egyes rétegek módosításával a követelményértéknek megfelelő szintre beállítható. Az építési rendszer megválasztásának főbb szempontja egy adott építési feladat esetében: - Eldönthető, hogy az épület egyedi tervezésű, vagy sorozatban készülő tipizált jelleggel megvalósítható? - Az építés milyen mértékben gépesíthető, megteremthetők-e a gépesítés feltételei (pl. az emelőgépek, daruk elhelyezése)? - Az építés során mennyi építési nedvesség kerül a szerkeztekbe. Milyen hosszú kiszáradási időre kell számítani? - A szerkezetépítés helyszínén készített szerkezeteket vagy előregyártott szerkezetek összeállítását jelent? - Vegyes rendszer esetében milyen a monolit és az előregyártott szerkezeti elemek aránya? - A szerkezetek szilárdulására kell-e várni, vagy az elkészült szerkezet azonnal terheltő? - Az építési munka milyen mértékben függ az időjárási tényezőktől? Végezhető-e a munka télen? - Az építési munkák időtartama mennyire rövidíthető le? A gyorsabb építési tevékenység esetleges többletköltsége megtérül-e pl. az épületben korábban megkezdhető gazdasági tevékenység segítségével? - A kiválasztandó építési rendszer milyen mértékben alkalmas a későbbi igényváltozásokból származó módosítások (pl. bővítés) elvégzésére? - A valószínű vagy várható kivitelező szervezet milyen szerkezetek építésére, ill. milyen építéstechnológiák alkalmazására készült fel? Az építési rendszer megvalósításának technikai alapja a szerkezeti rendszer, ami a megvalósítandó épületek funkciójától, jellegétől, térigényétől és építéstechnológiájától függően különféle lehet, az alábbiak szerint: Tömörfalas szerkezeti rendszer: Szerkezeti rendszerek A tömörfalas szerkezeti rendszer jellemzője, hogy elemekből kötőanyaggal, vagy más eljárással összeépített vagy öntőformák között elkészített tömör falszerkezet szolgálja a külső és belső terek elhatárolását. Alaprajzi elrendezés: hosszfalas, harántfalas, vegyes, ill. átmeneti formaként az un. félvázas. Anyagok: föld, vályog, agyag, tömör égetett agyagtégla, üreges égetett agyagtégla, vázkerámia falazóblokk, vegyes anyagú kézi falazóblokkok, kő, tégla + kő, vegyes falazati anyag, csömöszölt beton, vasbeton, könnyűbeton, kis-, közép- és nagyblokk kohósalak könnyűbetonból, előrefalazott téglablokk, réteges szerkezetű (szendvics) vasbeton panel elem. 9
A tömörfalas építés főbb szerkezeti elemei: alapozás, felmenő falszerkezet, födémek, lépcső, koszorú, kiváltó, falazott kémény és szellőző,lefedő szerkezet (tetőszerkezet, vagy zárófödém) szakipari és un. segédszerkezetek. A tömörfalas szerkezeti rendszer főbb változatai: (az általában a rendszerhez alkalmazott födémszerkezetekkel együtt) a./ kőfal, boltozat, fafödém b./ téglafal, téglaboltozat, acélgerendás vagy vasbeton födém c./ beton vagy vasbetonfal, monolit vasbeton födém egyedi zsaluzattal A helyszíni munka korszerűsítésével készített szerkezetek: a./ öntött betonfalas építési módszerek korszerűsített, többször felhasználható zsaluzószerkezettel (pl. csúszózsalus és alagútzsaluzatos építés) b./ megnövelt méretű könnyű falazóelemekből épített fal könnyű gerendás béléstestes födémekkel (pl. vázkerámia fal és Fert födém) Előregyártással készített szerkezetek: a./ közép- és nagyblokkból habarccsal összeállított falak, előregyártott pallós födémekkel b./ Emeletmagas falelemekből és nagyméretű födémtáblákból összeállított szerelt paneles szerkezetek. Vázas szerkezeti rendszer: A vázas szerkezeti rendszer jellemzője, hogy lineáris rúd jellegű szerkezeti elemekből monolitikusan formába öntve épített vagy előregyártott elemekből a helyszínen összeszerelt váz alkotja az épület "csontvázát", amelyre azután a térelhatároló, ill. a vízszintes teherhordó ill. térlefedő szerkezetek kerülnek. Alaprajzi elrendezés: hosszváz, harántváz, vegyes váz és egyesített váz Anyagok: tégla, kő, monolit vagy előregyártott vasbeton, acél, aluminium, fa és ritkán műanyag. A vázas építés főbb szerkezeti elemei: alapozás, pillér- vagy oszlopváz, vázgerenda, kiváltó, közbenső födém, zárófödém, lépcső (a lépcsőház gyakran tömörfalas tárcsaként merevítő szerepet kap), lefedő szerkezet, szakipari és segédszerkezetek. A vázas szerkezeti rendszer főbb változatai: Hagyományos technológiával épített szerkezetek: (födémmel együtt) a./ monolit vasbeton pillér- és gerendaváz, monolit vasbeton födémmel b./ melegen hengerelt acélszelvényű oszlop és gerenda vázszerkezet merev acélbetétes monolit vasbeton födémmel, c./ hagyományos favázas szerkezet 10
A helyszíni munka korszerűsítésével (iparosításával) készített szerkezetek: a./ csúszózsaluzatos un. belső maggal és vasbeton vagy acélvázzal készített szerkezet b./ többször felhasználható rendszerelvű acélzsaluzattal készített pillérvázas szerkezet monolit vasbeton födémmel Előregyártással készített szerkezetek: a./ csoportos födémemeléses eljárás alkalmazása előregyártott vasbeton vagy acélszerkezetű födémekkel, amelyek a térszínen készülnek és emeléssel kerülnek a végleges födémmagasságba (1. kép) b./ előregyártott vasbeton pillér-gerenda váz pallós födémekkel és szendvics panelos falakkal kivitelezve c./ előregyártott könnyű acélváz bennmaradó acél trapézlemezekkel zsaluzott hálós vasalású vasbeton födémmel Komplex térbeli teherhordó szerkezeti rendszerek: a./ lemezművek: vékonyfalú, redőzött monolit vagy előregyártott vasbeton szerkezetek b./ héjszerkezetek: elsősorban vasbetonanyagú kis szerkezeti vastagságú íves ill. un. torzfelületek c./ térrácsok: helyszínen szerelt vagy mezőkben előregyártott nagytérlefedés acél, aluminium vagy fa rúdelemekből d./ függesztett szerkezetek: kábelekre vagy peremtartókra erősített tartószerkezet könnyű kitöltő anyagú térlefedéssel ill.sátorszerkezetek e./ pneumatikus szerkezetek: túlnyomásos műszaki textília térlefedés, vagy kétrétegű belső levegőnyomás által tartott felületszerkezet f./ térelemes építés: nehéz előregyártással készített vasbeton térelemek, ill. könnyű vázra szerelt térelhatárolású térelemek csoportjából kialakított épület Az épületeket és szerkezeteiket érő hatások Az épületeket és szerkezeteiket folyamatosan ill. szakaszosan különböző környezeti hatások érik. Ezek a hatások jelentkezhetnek külső hatásként, illetve belső (a használatból is eredő) hatásként. Az egyes szerkezeteket természetesen az előre meghatározható, modellezhető hatások biztonságos elviselésére kell tervezni, de egyúttal ügyelni kell arra is, hogy a megalkotott mesterséges környezet az ember számára egészséges, komfortos legyen, azaz jó közérztet biztosítson. Mivel az épület és szerkezetei vissza is hatnak a külső és belső környezetre, kialakításuknál erre a szempontra is ügyelni kell. A környezetvédelmi szempontrendszer mai értelmezésébe beletartozik, hogy az építési folyamat és az épület üzemeltetése lehetőleg ne károsítsa a környezetet, ill. a környezeti kár a lehető legkisebb mértékűre csökkenthető legyen. Az épületek állékonyságával kapcsolatos biztonsági kérdések régóta közismertek és általában rendelkezésre állnak azok a konstruálási méretezési módszerek, amelyek alkalmazásával biztonságos szerkezetek építhetők. A leggyakrabban fellépő erőhatásokat az áttekinthető tárgyalás érdekében célszerű külső és belső erőhatásokra csoportosítani. 11
Külső erőhatások: - szélteher, azaz szélnyomás és szélszívás - földnyomás, - talajvíznyomás, - hóteher. Belső erőhatások: - önsúly és az önsúly összetevőkból egymásra ható erők, - hasznos teher (az épület rendeltetésszerű használatából származó erők), - hőhatásból és egyéb elmozdulásokból adódó erők (tágulás, összehúzódás, egyenlőtlen süllyedés stb.) A röviden áttekinthető leggyakoribb erőhatásokon túlmenően számos egyéb hatás éri épületeinket, amelyeknek járulékaként ugyancsak felléphet erőhatás is. A teljesség igénye nélkül a további (részben különleges) hatások a következők lehetnek: - a csapadék kémiai hatása (pl. savas eső), - páralecsapódás (a szerkezet külső ill. belső felületén ill. a szerkezet anyagában) - páradiffúzió, - talajvíz és talajnedvesség kémiai hatása, - használati és üzemi víz hatása (nedvesítő ill. esetleg kémiai hatás is), - hőhatás (a külső ill. belső hőmérsékletingadozás hatása), - hanghatások (külső és belső ill. léghang és testhang), - fényhatások (pl. ultraviola (UV) sugárzás), - a légkör biológiai hatásai, - a talaj biológiai hatásai, - férgek, rágcsálók, növényi kártevők hatása, - tűzhatás (erőhatás is pl. acélszerkezet un. "kivetődésekor") - földrengés - dinamikus hatások (épület körüli forgalom, ill. a környezetben folyó építési munkák lehetséges hatása). Az épület és szerkezeteinek visszahatása a környezetre, ill. magára az emberre, felvetette az un. környezetbarát építés, ill. emberbarát szerkezetek kialakításának problematikáját. Ide tartozik: - a természetes (emberbarát) anyagok alkalmazása, - az emberi egészségre káros pl. sugárzó, vagy mérgező anyagok kiküszöbölése, - az un. bio-házak, az egészséges lakókörnyezet kialakítása - az épületek energiaigényének un. tiszta energiaforrásból való (legalább részbeni) biztosítása (pl. napházak kialakítása, napkollektorok alkalmazása energianyerésre), - fokozott hővédelem tervezése (optimális tervezés esetén ideális esetben az energiaszükséglet akár felére is csökkenthető), - az épület által elfoglalt, megszüntetett zöldterület visszapótlása a helyi mikroklíma javítása érdekében (pl. zöldtetők, tetőkertek kialakításával). A szerkezetek kialakítása tekintetében a környezetre gyakorolt kedvező hatás érdekében a további szempontok ajánlhatók figyelembe: szép szerkezetek (esztétikai hatás), lélegző szerkezetek (harmonikus lefolyású páradiffúzió), tapintásra meleg szerkezetek (egészségre gyakorolt hatás), hőhidmentes szerkezetek (energiatakarékosság, illetve a penészkárok 12
megelőzése), hangszigetelő szerkezetek (a pihenés, a munkaerő újratermelésének egyik fontos feltétele lakóépületekben), élettartamra méretezett szerkezetek (gazdaságosság - az erkölcsi és anyagi romlás összehangolása). A szerkezetkialakítás alapvető épületfizikai szempontjai Az épületszerkezettan mint a szerkezettervezés elmélete szoros kapcsolatban áll az épületfizikai ismeretanyaggal, amit folyamatosan alkotó módon felhasznál. Hallgatóink az épületfizika tantárgy keretében megismerkednek az építésben felhasználható és felhasználandó fizikai elméleti alapokkal. Az épületszerkezettan oktatásában a szerkezetek többségénél megjelenik a funkcionális követelmények között az épületfizikai követelmény is, leggyakrabban hőfizikai és akusztikai szempontokra szükséges hivatkozni. Ahhoz, hogy az épületek és szerkezeteik funkciójuknak károsodás nélkül megfeleljenek és a tartós emberi jelenlét által igényelt egészségüyi feltételek is biztosítottak legyenek a szerkezetkonstruálás során, állandóan tekintettel kell lenni az épületfizikai követelményekre és szempontokra. Hőszigetelés, hővédelem: Az építészetben a hővédelem a rendeltetés, a használók és az épület egésze szempontjából lényeges meghatározó körülmény, mert ilyen módon tudunk az embereknek, élőlényeknek, raktári áruknak, munkafolyamatoknak megfelelő hőmérsékletet biztosítani. Arra kell törekedni, hogy az elérendő cél összhangban legyen a szerkezet építésénél felhasználandó anyagokkal, költségekkel, az alkalmazandó technikai berendezésekkel. A hővédelemnek az épületek korszerű, gazdaságos hőegyensúlyát (energiatakarékosság) kell eredményeznie. A különböző igénybevételekre érzékeny épületszerkezeteket, csomópontokat a külső időjárás hőváltozásaitól védeni kell, mert az ilyen okból keletkező feszültségek épületkárokat okozhatnak. Az épületeket a különböző évszakokban jelentős mértékben eltérő hőmérsékleti hatás éri, - amit nyáron árnyékoló fényvisszaverő felületekkel, hűtéssel, - télen alapvetően fűtéssel ellensúlyozzuk. A hűtésbe és fűtésbe betáplált energiát és költséget a legkisebb veszteséggel kell hasznosítanunk, - ezért az épületek hővédelme kiemelt feladat. A hővédelem, - hőszigetelés tervezése és kivitelezése - szempontjából legkritikusabb szerkezetek: - homlokzatok - zárófödémek, pincefödémek, tetőszerkezetek - ablakok, ajtók - hideg-meleg helyiségek közötti válaszfalak - kiváltók, áthidalók - homlokzattal érintkező tartószerkezetek - szellőzők, kémények. A hiányos vagy rossz hőszigetelés láthatatlan, közvetett károkat okoz az emberek, élőlények szervezetében, munkahelyeken csökkenti a munkateljesítményt, raktárakban az áruk minőségét és értékét, stb. A nem megfelelő, rosszul összeválogatott rétegrendszerű, hiányos hőszigetelés a felületeken és szerkezeteken látható, közvetlen épületkárokat okoz. Egyes 13
statisztikák szerint a magasépítési épületkárok 80 %-a a rosszul megoldott hőszigetelésekből, - az épületek energiaveszteségének 60 %-a ugyanezen okból adódik. A hőszigetelést számítások alapján kell megtervezni és terv szerint kell kivitelezni. A számításokat a jelenlegi gyakorlat szerint a kalorikus épületgépész tervező, kényesebb esetben épületfizikus tervező végzi. A hőszigetelések tervezésénél a következő alapfogalmak ismerete fontos: - általános fogalmak: pl. hőáramsűrűség (hőfluxus), hőátadási tényező - anyagjellemzők: pl. hővezetési tényező, fajlagos hőelnyelési tényező - szerkezeti jellemzők: pl. hővezetési ellenállás, hőátbocsátási tényező - zárt térre vonatkozó jellemzők: pl. hőstabilitás, hőfokmodulus Az alapfogalmak közül az anyagokra vonatkozó hővezetési tényező és ugyancsak anyagokra, de a teljes hőszigetelt szerkezetre is vonatkozó hőátbocsátási tényező ismerete, megértése a legfontosabb. Az új magyar szabvány (MSZ) az emberek állandó tartózkodására szolgáló épületekben az épületekre vonatkozó energiamérleget szabályozza, tehát a korábbi gyakorlatban használt, egyes szerkezetekre vonatkozó K érték helyett ezek összhatását minősíti, lehetővé téve a tervezők számára azt, hogy az egyes szerkezetek hőtechnikai tulajdonságait kiegyensúlyozzák. Kiemelten kell foglalkozni a különböző szerkezetekben kialakuló hőhíd szerepével, - amely az építmény hőháztartását rontja. Hőhíd leggyakrabban akkor áll elő, ha a környezetében lévőkhöz képest jó hővezető tulajdonságú anyag, vagy szerkezet belső és külső levegővel egyaránt érintkezik. Ilyen esetben különböző épületkárosodások állnak elő. Az épületkárosodásokban a hőhatás mellett a levegő páratartalmának is jelentős szerepe van. Páravédelem Az épületekben, építményekben a funkciótól függő eredetű és mennyiségű pára képződik, mely a helyiségben lévő levegő hőfokától függően lecsapódás nélkül megmarad, - vagy nedvesség formájában a mindenkor leghidegebb belső felületre lecsapódik. Ezt a jelenséget a levegő relatív nedvességtartalmával jellemezzük, - ugyanis a magasabb hőfokú levegő több, - az alacsonyabb hőfokú levegő kevesebb párát tud lecsapódás nélkül megtartani. Így a levegő relatív nedvességtartalma kifejezi egy adott hőmérsékletű levegő tényleges és telítettségi nedvességtartalmának viszonyát százalékokban. Irányszámként említjük, hogy egy helyiségben + 20 C mellett a relatív nedvesség tartalmát 70 % értéknél még kellemesnek, 70 % fölött már fülledtnek érezzük. Az épületek helyiségeiben a pára valamilyen mennyiségi értéknél, valamilyen nyomás mellett van jelen. A nyomás következtében páraáthatolás (diffúzió) jelensége léphet fel, amikor is a pára a szerkezet pórusain áthatol. Amennyiben a páraáthatolás jelensége közben a szerkezetben hőmérséklet csökken, akkor a pára az un. harmatpontnál (harmatpontnak azt a hőmérsékletet nevezzük, amelyre lehűtve az adott hőfokú és nedvességtartalmú levegőt, az telítetté válik) lecsapódik, folyadékká alakul át és a szerkezetet átáztatja, roncsolást, korróziót okoz. A lecsapódás ellen megfelelő hőmérséklet tartással, hőszigeteléssel, párakiszellőzők 14
beiktatásával lehet védekezni. A hőszigetelő anyagrétegeket minden körülmények között meg kell óvni az átnedvesedéstől, mert azok nedves állapotban elveszítik a hőszigetelő képességük jelentős részét. A páradiffuzió jelenségét megakadályozni, - pl. víztaszító felületképzéssel - nem célszerű, mert a harmattá válás és lecsapódás a belső térben következik be. A párát a lehetséges úton - még a szerkezeten át is - ki kell vezetni, roncsoló, romboló hatását megfelelően kiválasztott anyagok és berendezések alkalmazásával lehet megakadályozni. A páravédelem tervezője esetenként egyszemélyben nem határozható meg, csak az épületgépész, tartószerkezet tervező, építésztervező célra orientált együttes munkájának lehet eredménye a megfelelő páravédelem. Zajvédelem, hanggátlás A társadalom fejlődésével együtt jár a technika fejlődése. A széleskörűen értelmezett technika többnyire zajkeltő eszközök összessége. A tömegközlekedés, a motorizáció, a termelőüzemek gépei, a szabadtéri színpadok, a rádió és televízió, az építmények gépészeti berendezései, az emberi élet különböző jelenségei, hangokkal, zajokkal járnak. A hangok és zajok szabadtereken és zárt helyiségekben összegeződhetnek, - és különböző intenzitási szinteket érhetnek el, amelyek az emberi hallószerveket és idegrendszert és egyáltalán az élővilágot különbözőképpen befolyásolhatják, ill. károsíthatják. A hangnyomásszintek jellemző értékei: 35 db megengedett érték 50 db fölött fárasztó hatású 75 db fölött halláskárosító hatású 90 db fölött fájdalomküszöb, - idegrendszeri károsító hatású a zaj tartósságától és ismétlődésétől függően. A zajvédelem leghatásosabb eszköze a megelőzés. A megelőzés módszere lehet például az akusztikai szempontokat is figyelembe vevő városrendezés, - ipari, lakó, kommunális övezetek, - közöttük zöldsávok - kialakítása, főközlekedési utak, vasútak, légifolyosók a települést elkerülő nyomvonalon való vezetése, zajtompított járművek, gépek alkalmazása, - valamint a körültekintő, másokra is figyelmet fordító emberi magatartás. Mindezen megkívánt társadalmi és technikai paramétereken és emberi magatartásformán belül is keletkeznek hangok, zajok, amelyek ellen a környező épületeket és épületeken belül a különböző rendeltetésű helyiségeket védenünk kell. A különböző rendeltetésű építmények és helyiségek hangvédelmét a magyar szabvány (MSZ) határozza meg. A léghanggátlás mértéke a szerkezet önsúlyával arányos. A testhanggátlás mértéke a szerkezetbe beépített anyagrétegek számával, akusztikai tulajdonságaival - beleértve a légrétegekét is - és önrezgés számával függ össze, - a rezgés fokozatos csillapításának értelmében. A különböző irányból érkező és karakteresen eltérő frekvenciájú rezgések egymást csillapítják. 15
A különböző anyagok önrezgés száma, hangelnyelőképessége és egyéb akusztikai tulajdonsága számszerű értékekkel meghatározott, így az akusztikai tervezés képletek alapján matematikai és fizikai módszerekkel, kielégítő pontossággal elvégezhető. Különös gondot kell fordítani az egyes épületszerkezeti elemek egymáshoz való "hanglágy") csatlakoztatására (például rugalmas közbenső réteg vagy alátét közbeiktatásával), a hangterjedés, a keletkező rezgések továbbterjedésének megakadályozására. A létesítmények tervezésénél műszeresen mérni kell az adott időpontban jelentkező külső zajszintet, az épületbe beépítendő berendezések zajhatását és mindezeket az értékeket a jövőre vonatkozóan a rendelkezésre álló adatok alapján előre meg lehet határozni. Ez az érték a különböző épületszerkezetek akusztikai tervezési alapja. Különleges tereket, - hangversenytermek, színház, uszoda, stb., - eltérő akusztikai meggondolások alapján, akusztikus berendezések, felszerelések és felületképzések alkalmazásával kell tervezni és kivitelezni. Az akusztikai szempontból igényes létesítmények tervezésénél akusztikai tervező közreműködését ajánlatos igénybe venni. Az építési modul Noha a modul fogalma már a régi görög és római építészetben megjelent és tudatosan használták a további történeti korok építészetében is új, embercentrikus megfogalmazását Le Corbusier alkotta meg (1942). Le Corbusier modulsorát az emberi test hosszméreteiből vezette le, de rendszere egyedi jellege és nehezen kezelhető "nem kerek" méretei miatt a gyakorlatban nem terjedt el. Az iparosított technológiákkal, előregyártott építési rendszerekkel, méretkoordinált termékekkel dolgozó, építőiparban a modul fogalma és alkalmazása tovább bővült. A modulrendszer egy összehasonlítási méretrendszer építmények, szerkezeti elemek besorolásához a tervezésnél, a gyártásnál és az összeszerelésnél. Minél inkább áttérünk a monolitikus építésről az előregyártott elemekkel való rendszerelvű építésre, annál inkább szükség van rendezési elvekre és ezek közül a leghasználatosabb a térbeli modulháló. A modulrendszer alapegysége az alapmodul (M), ennek számértéke 10 cm-ben van meghatározva, - ennek többszöröse a multimodul. Európa építőiparában, hazánkban is 3 M, 6 M, 12 M, 15 M, 30 M, 60 M értékű multimodulokat és ezek kombinációit, tört egységeit használják. Ezekből állítható össze pl. az elsődleges szerkezettervezéshez és választáshoz használt szerkezet- és raszterrendszerek, az alaprajzi és homlokzati hálórendszerek. A magasépítésben általában háromdimenziós modul- és raszterrendszert alkalmazunk, mely hosszanti, haránt és magassági értelmű. 16
Az előbb említett összehasonlítási rendszerpontok, egyenesek és síkok rendszere, melyre építmények és szerkezeti elemek nagyságát és helyzetét vonatkoztatjuk. Jelenleg olyan modulhálókat alkalmazunk, melyeknek síkjai egymást derékszögben metszik a térben. A tervezési és kivitelezési gyakorlat szempontjából a legfontosabb fogalmak a következők: - modulméret: az alap vagy képzett modul többszörösének vagy tört részének megfelelő méret - méretek modul lépcsői: az egyes méretek közötti különbség megegyezik az alapmodul vagy a képzett modul többszörösével - betét (semleges zóna): két szomszédos koordinációs sík közötti tér, a térbeli koordinációs rendszer megszakításának helyei, beleértve a dilatációs hézagok helyeit is. - szerkezeti méret: - építőelemek - berendezések a modulkoordináció szabályainak megfelelően meghatározott és a koordinációs mérettől az előírt (szabványosított) hézag értékével különböző mérete - méretkategóriák: - elemek koordinált méretei - elemek szerkezeti méretei - hézag (betét) mérete az elemek szerkezeti mérete és vastagsága kisebb a koordinációs méretnél - koordinációs méretek megválasztása: az épület jellegétől, építési módjától függően történhet: - folyamatos vagy tengelyraszteres rendszerben, ez a szabványosított méretsorból való közvetlen méretválasztás módszere - megszakított vagy szalagraszteres rendszerben, - ez a betételemes méretválasztás módszere - vegyes vagy kombinált raszteres, - ez az előző két elv kombinált alkalmazása A fogalmak rajzos magyarázata a 4. sz és az 5. sz. ábrákon kerül bemutatásra. 17
Alapozások Az alapozási szerkezetek feladata az építmények összes terheinek felvétele és közvetítése az altalajra. Az alapozási szerkezeteknek számos feltételt kell kielégítenie. Ezek közül a legfontosabbak: - a statikai állékonyság feltételeinek biztosítása (az alapozás süllyedéssel, elcsúszással, felbillenéssel szembeni állékonysága), - az épület egészére nézve káros feszültségek ne keletkezzenek az altalajban, az alaptestben és az épület egyéb szerkezeteiben, - az alapozás különböző járulékos hatásokkal (fagyhatás, talajvíznyomás, a talajvíz esetleges agresszív hatása, stb.) szemben ellenálló legyen, - az alapozás anyag és szerkezetmegválasztása az adott építmény, szerkezeti rendszer és talajviszonyok mellett a lehető leggazdaságosabb legyen. Az alapozás szerkezetének megválasztása és szerkezeti kialakítása elsősorban az építmény szerkezeti rendszerétől, adottságaitól és a helyi talajviszonyoktól függ. Az épületnek az alapozási szerkezet megválasztására kiható főbb jellemzői a következők: - az épület mérete, terhelése, - az épület szerkezeti rendszere (pontszerű, vonalas vagy összefüggő sík terhelési felület), - az épület statikai rendszere, erőjátéka (mozgásérzékenysége) - az épület alaprajzának és tömegének tagoltsága (az egyes épületrészek egymástól lényeges mértékben különböző terhelése). A helyszíni talajviszony adottságoknak az alapozást befolyásoló jellemzői: - fizikai jellemzők, - kémiai jellemzők - vízviszonyok - talajrétegeződés. A talajfajták alapozásra való alkalmasságának meghatározását a Geotechnika tárgy keretében megtanult feltárások, illetve talajvizsgálatok módszereivel kell elvégezni. Az építmény terhének közvetítési módja, valamint a terhelt talajrétegek felszíntől való távolsága alapján az alapozási módok két csoportra oszthatók. A síkalapozás olyan alapozási mód, amelynek szerkezetei és építmény terhét az alsó támaszkodó felületükön a felszínhez közel lévő talajrétegekre adják át. A síkalap oldalfelületén átadott teher a teljes teherhez viszonyítva elhanyagolhatóan csekély. Mélyalapozásnak nevezzük azokat az alapozási módokat, amelyekkel az épületek, építmények terhelt közvetítő elemekkel - a mélyebben fekvő teherbíró talajrétegekre adjuk át. 18
Az alapozások az építési technológia szerint az alábbi két csoportba sorolhatók: - helyszínen készült alapok, - előregyártott alapok. Alapozási szerkezet céljára az építőanyagok széles skálája alkalmazható. Ezek ismertetésére az egyes szerkezetfajtáknál térünk ki. Az alapozási mód megválasztásánál a következő szempontokat kell figyelembe venni: - talaj- és talajvízviszonyokat, - az esetleges kedvezőtlen helyszíni körülményeket (pl. belvíz, alábányászott terület, felszín alatti üregek jelenléte, csúszásveszély, stb.) - az építmény gazdasági értékét és tervezett élettartamát, - az építmény terhelési viszonyait és szerkezeti érzékenységét, - az építési idővel, valamint a gépesítettség mértékével szemben támasztott követelményeket, - a kivitelező technológiai felszereltségét, szakmai felkészültségét és kapacitását. Az alapozások főbb csoportjain belül a következő gyakrabban előforduló alapozási megoldások fordulnak elő: Síkalapozások (6. ábra és 7. ábra) - pontalapozás (más néven talp-, szoliter-, papucs-, vagy tömbalap), - sávalapozás, - gerenda (más néven szalag) alapozás és gerendarács alapozás, - lemezalapozás, - különleges síkalapozások (héjalapozás, ék-, henger-, árbóc-, stb. alapozás) Mélyalapozások: (8. ábra) - kút- és szekrényalapozás, - cölöpalapozás, - résfalas alapozás. Síkalapozások Az alapozás rendszerének megválasztásakor elsősorban a síkalapozás alkalmasságának lehetőségét kell megfontolni. Síkalapozást általában akkor tervezünk, ha a felszínhez közel kellő vastagságú teherbíró talajréteg van, ha a várható süllyedések, illetve süllyedéskülönbségek az építményre nem károsak, vagy ha más alapozási mód az összes körülmények figyelembevételével nem kedvezőbb. A síkalapozás alkalmazási lehetőségét akkor kell megvizsgálni, ha a felszínhez közeli talajrétegek teherbírása viszonylag csekély, viszont - az építmény terhét nagy felületen el lehet osztani (pl. lemezalapozás alkalmazásával), 19
- az építmény aránylag kis súlyú, vagy az alaptömb nagyobb mélységű kiemelése folytán jelentéktelen tehertöbblet jut az altalajra, - az alaptest alatti talajcsere, talajjavítás vagy szilárdítás gazdaságosan elvégezhető. Az alapozás meghatározásakor célszerű azt is megvizsgálni, hogy műszaki vagy gazdasági okokból indokolt-e az építmény eredetileg tervezett alaprajzi elrendezését, vagy szerkezeti rendszerét megváltoztatni (pl. süllyedésre kevésbé érzékeny szerkezetet építeni). Az alapozási sík minimális mélysége hazánkban az építési terület meteorológiai viszonyaitól függően - ha ezt más körülmény nem befolyásolja - általában 80...100 cm a terepszint alatt (a fagyhatár mélységének figyelembevételével). Pontalapozás Általában teherbíró szemcsés és kötött talaj esetén vázas vagy félvázas épület vázoszlopairól, illetve vázpilléreiről kapott terhelések altalajra való továbbítására alkalmazzák a pont- (más néven tömb)-alapokat (9. ábra). Az alaptest alaprajzi oldalarányai rendszerint követik az alátámasztott vázelem oldalarányait. Alaprajzi alakja általában négyzet vagy téglalap, ritkán sokszög vagy kör. Az alaptest talajra támaszkodó felülete az alátámasztandó szerkezet alapra helyezett felületénél lényegesen nagyobb. A kiszélesítés mértéke a talaj megengedett igénybevételétől, módja az alaptest anyagától és szerkezeti jellegétől függ. A pontalapok anyaguk szerint lehetnek tégla-, kő-, úsztatott kőbeton, beton-, vasalt beton és vasbeton alapok. Az alaptest kiszélesítési módja aszerint különbözik, hogy az alaptestet hajlításra igénybe vesszük-e, vagy sem. Hajlításra nem méretezett tégla, - kő vagy beton alapoknál a nyomófeszültségek tartományát lezáró un. teherátadási szög nagyobb, hajlításra igénybevehető vasbeton anyagú alaptestek viszonylag kis szerkezeti magassággal és nagy alapfelülettel készíthetők. Ez utóbbiak statikai sémája a terhelés síkjára merőleges hajlított konzoltartó (sávalapnál ez még inkább megfigyelhető). A falazott tégla és kő pontalapok általában lépcsőzetes kiszélesítéssel készülnek, míg a csömöszölt beton, úsztatott kőbeton és vasbeton pontalapok ferde síkkal lehatárolt kiszélesítéssel alakíthatók. Az eddigiek helyszínen készített (monolit) szerkezetekre vonatkoztak. Az előregyártott vasbeton vázszerkezetek elterjedésével megjelentek az előregyártott vasbeton pontalapok (kehelyalapok) is (10. ábra). Az előregyártott vázszerkezetekhez való kapcsolat szerint készülhet csuklós (kismélységű kehely) és nyomatékbíró kehelyalap. 20
Sávalapozás A sávalap rendszerint tömör falszerkezet alatti, folytonos alátámasztást biztosító hosszú alaptest, amelynek hossza a szélesség legalább három és félszerese. A sávalapozás hagyományos tömörfalas épületek leggyakrabban alkalmazott alapozási módja. Általában szemcsés és kötött talaj esetén alkalmazzák. A sávalapozás anyagát, keresztmetszetét és fenékmélységét rendszerint a következő tényezők befolyásolják: - az építmény jellege, funkciója, - az építmény szerkezeti rendszere, - a terep adottságai. Az alátámasztott falszerkezet anyagára megengedett feszültség általában nagyságrendileg nagyobb, mint a talaj határfeszültsége, ezért a sávalap rendszerint konzolszerűen túlnyúlik a falon. Csekély terhelés és jó teherbírású talaj esetén azonban a felmenő fal és a sávalap szélességi mérete azonos is lehet. Sávalapok készülhetnek tégla és terméskő falazattal, úsztatott kőbetonból, csömöszölt betonból, vasalt betonból és vasbetonból (11. ábra). A sávalap keresztmetszete a pontalapoknál ismertetett szerkesztési elveket követi. Sávalapok építési technológiájára túlnyomórészt a helyszíni építési eljárások jellemzők, de léteznek már előregyártott vasbeton sávalapok is. Az előregyártott vasbeton szerkezetű sávalapok készülhetnek tömör, bordás és üreges kivitelben is (10. ábra). Gerenda és gerendarács alapozás Gerenda (más néven szalag) alap az a sávalap, amely pillér- vagy oszlopsort folytonosan, összefüggő teherátadó elemként támaszt alá (12. ábra). A gerendarács alapozás egymásra merőleges gerenda alapok szerkezetileg összefüggő elemként igénybevehető rácsszerű hálózata. (A 7. ábralapon a felső ábra szemlélteti a gerendarács alapozást). Ha a terhelés és az altalajviszonyok eredményeképpen a pont- vagy sávalapok nagyon közel kerülnek egymáshoz, gazdaságosabb lehet a gerenda- vagy gerendarács alapozás (szélső esetben a következő fejezetrészben bemutatásra kerülő lemezalapozás). A gerenda alap az épületnek bizonyos mértékű hosszirányú merevséget ad. Ha az altalaj kevésbé teherbíró vagy mindkét irányban nagy merevség szükséges, gerendarács tervezése célszerű. A gerenda és gerendarács alapok egyes keresztmetszeteiben jelentős hajlító és nyíró igénybevételek léphetnek fel, ezért kizárólag vasbetonból építhetők. A gerenda és gerendarács alapozás alkalmazása agresszív talaj, talajvíz jelenléte, illetve víznyomás esetén kedvezőtlen, mert az épület alapozásának védelme csak az alaptesteket körülburkoló szigeteléssel, nehezen kivitelezhető és költséges módon érhető el. A talajvíznyomás felvételére a gerendák között leterhelő szerkezetre van szükség. Az említett nehezítő körülmények esetén lemezalapozás készítése előnyösebb. 21
Lemezalapozás A lemezalap a teljes építményt vagy annak egy (pl. alápincézett) részét egyetlen összefüggő szerkezetként támasztja alá (13. ábra). Lemezalap alkalmazására általában akkor kerül sor, ha az épület terhelése olyan nagy, hogy az altalaj állékonyságát biztosító alapfelület nagysága megközelíti az épület teljes alapterületének nagyságát. Építése különösen akkor célszerű és gazdaságos, ha egy alápincézett épület terepszint alatti helyiségeit talajvíznyomás ellen védeni és szigetelni kell. A lemezalapok terhelésfelvételük szempontjából a fordított födém statikai elvéhez hasonlíthatók, ahol a támaszerők - a terhelő falak és pillérek terhei - az ismeretesek és a talajfeszültségek megoszlása a meghatározandó. A "fordított födém" elve alapján az alapozás tömörfalas épület alatt falakkal megtámasztott lemezként vagy koszorúba bekötött bordás lemezként készül. Félvázas szerkezeti rendszerű épületek lemezalapjait a falak alatti koszorúkba bekötött és a pillérsorok alatti gerendákra támaszkodó sík lemezként, vagy bordás lemezként készítik. Vázas épületek alapozásaként a pillérek elrendezésétől függően a következő lemezalap szerkezetváltozatok építhetők (14. ábra): - kétirányú bordahálózat közötti vasbetonlemez - kazettás vasbetonlemez, - bordás vasbetonlemez, - un. fordított gombafödém jellegű vasbetonlemez. A lemezalapok általában vasbetonszerkezettel készülnek, de a talajvíz felhajtó erejének felvétele vastag csömöszölt beton leterhelő lemezzel is kivitelezhető. A lemezalapok vízszigetelése a vízzel támadott oldalon a vasbetonlemez síkja alatt készül. A földmunka elvégzése, a szigetelés elkészítése és az ellennyomást biztosító szerkezet megszilárdulási időtartama alatt a víznyomás ideiglenes megszüntetése szükséges (pl. talajvízszintsüllyesztéssel). Különleges síkalapozások Az építési kutatás-fejlesztés keretében az elmúlt években sokat foglalkoztak olyan új alaptesttípusok kialakításával, amelyeknek nagyobb a teherbírása és kisebb a süllyedése a hagyományos alapokénál. Az anyagtakarékosság szempontjai, valamint az új iparosított építési eljárások, technológiák elterjedése is az eddigieknél korszerűbb megoldások megalkotását sürgette. Héjalapok A korszerű építészetben gyakran alkalmaznak nagy terek lefedéséhez héjszerkezetet. A héjszerkezet olyan egyenes vagy kettős görbületű lemez, amelynek vastagsága hosszához és szélességéhez viszonyítva rendkívül kicsi. Héjalappal bármilyen alakú hagyományos alaptest helyettesíthető (tehát a korábban ismertetett pont-, sáv-, gerenda- vagy lemezalapozások bármelyikénél szóba kerülhet alkalmazása (15. ábra). 22