NK2 - 9.Skeletne Celicne Konstrukcije u Visokogradnji

1

9. Skeletne čelične konstrukcije u visokogradnji

METALNE KONSTRUKCIJE Prof. dr. sc. Bernardin Peroš

NOSIVE KONSTRUKCIJE II STUDIJ ARHITEKTURE

2

SADRŽAJ:

1. Uvod2. Metali – Čelik u arhitekturi3. Metali – Proizvodnja i svojstva

3.1. Čelik3.2. Legure aluminija3.3. Ostali metali

4. Zaštita metalnih konstrukcija4.1. Korozija4.2. Požar

5. Koncept sigurnosti metalnih konstrukcija6. Djelovanja7. Postupak projektiranja konstrukcija8. Otpornost poprečnih presjeka i konstrukcijskih

elemenata – dimenzioniranje 9. Skeletne čelične konstrukcije u visokogradnji10. Primjeri nosivih konstrukcija karakterističnih

arhitektonskih ostvarenja

3

9.1. Stambena zgrada u Los Angelesu/SADDimenzije:

Vanjske dimenzije 15,40 x 12,05 m. Visina kata 2,90 m. Korisnavisina soba 2,75 m.

Konstrukcija:

Nosivi skelet je podignut na 12 betonskih temeljnih pilota, ukopanih 5,50 m u zemlju. Na kontinuirane stupove sandučastogprofila (15x5cm) veže se s obje strane podvlake od dva u –profila. One formiraju oslonac za rešetkaste nosače koji stoje poprečno. Ukrućenje protiv vjetra i potresa formirano je dijagonalama od kutnika (na poprečnim stranama) u i okruglim profilima (na uzdužnim stranama) ispred vanjskih polja, i krutim međukatnim platnima.

Tlocrt srednje stambene ravnine

Presjek zgrade

4

9.1. Stambena zgrada u Los Angelesu/SAD

Statički sustav Grupiranje više građevina

Isječak iz nosive konstrukcije

5


Presjek detalja čeličnog nosača

Izometrija-isječak

Dispozicija nosača

Čisti skelet

6


Bočni izgled

Isječak iz bočne fasade

Presjeci detalja fasade

7

9.2. Stambena i poslovna zgrada u Riadu/Saudijska Arabija

Presjek zgrade

Dimenzije:

Dužina poligonalne stambene zgrade 55 m, 33 m i 67 m, širina 18 m. Visina iznad terena 26,30 m. Katna visina/korisna visina soba prizemlja 4,0/3,0 m, u gornjim katovima 3,02/2,50 m.

Konstrukcija:

Čelična konstrukcija obje zgrade postavljena je na armiranobetonskom suterenu. Stupovi stoje na rasteru 7,50x7,50 m. Sastoje se iz zavarenih šupljih sanduka 300x300 mm sa limovima debljine 6 do 36 mm, zavisno od opterećenja. Glave stupova su gljivasto formirane kako bi mogle povezati više nosača u jednoj ravnini.

8


Tlocrt 2. gornjeg

kata

Dispozicija nosača

9


Statički sustav: poprečni presjek stambene i kancelarijske zgrade

Stopa stupa

Glava stupa

Uzdužni nosač u području stambene zgrade

Veze podvlaka/međukatni

nosač

10


Detalji presjeka

Vertikalni presjek fasade

11


Isječak fasade Faza grubih radova

12

9.3. Akvarij “Morski raj” sa restoranom, Numazu/Japan

Dimenzije:

Vanjske dimenzije 14,25 x 82,50 m, 15 polja sa širinama od po 5,50 m. Visina iznad površine vode 13,46 m. Katna visina 5,615 m, korisna visina sobe 4,965 m.

Konstrukcija:

Na dvije donje armiranobetonske konstrukcije postavljena je montažna čelična rešetkasta konstrukcija od čelika “Cor-Ten”, pomoću plutajućeg krana. Mosni dio građevine sastoji se od 15 polja sa po 5,50 m širine, čisti raspon iznosi 44,00 m. Jedan oslonac je nepokretan, a drugi je izgrađen kao pokretan. Prenošenje opterećenja u pravcu raspona vrši se sa dva rešetkasta nosača koji se nalaze ispred fasade. Donji i gornji pojas su raspoređeni u parovima sa I-profilom 300x600 mm, vanjski vertikalni stupovi I-profili 300x200 mm. Dijagonalni štapovi I-profili 300x200 mm samo u vanjskoj ravnini.

13

9.3. Akvarij “Morski raj” sa restoranom , Numazu/Japan

Uzdužni presjek

Tlocrt

Dispozicija nosača u ravnini krova U ravnini poda

14


Poprečni presjek

15


Oslonac detaljDio poprečnog presjeka

okvirne konstrukcijeIsječak prednjeg izgleda

uzdužnog presjeka

16


Vertikalan presjek fasade

Statički sustav – uzdužni presjek

Poprečni presjek

17


Dizanje prethodno potpuno montiranog nosača pomoću plutajućeg krana

18

9.4. Kraljičin medicinski centar u Nothinghamu/Velika Britanija

Dimenzije:

Vanjske dimenzije 289,00x289,00 m. Visina iznad terena je 37,60 m. Katne visine u prizemlju, uključujući i kat sa instalacijama 5,10 m, u gornjim katovima, uključujući i kat sa instalacijama 5,10 m, u katovima sa instalacijama 2,40 m, u katu sa instalacijama na krovu 1,63 m. Korisne visine soba u prizemlju bez kata sa instalacijama 2,70 m.

Konstrukcija:

Nosivi sustav je određen stepenastom razmjenom korištenih katova i katova sa instalacijama. Unutar katova sa instalacijama su postavljeni paralelni rešetkasti nosači visine kata, kao oslonci za ploče. Raspon i razmaci rešetkastih nosača 9,60 m, visina 2,40 m, raster stupova 9,60x9,60 m, profil stupova HE-B 360. Prefabriciranedvostruke ploče od armiranog betona (raspon 9,60 m, visina 40 cm) leže na gornjim pojasevima rešetkastih nosača i formiraju katnicu gornjeg bolesničkog kata.

Tlocrt normalnog kata

19


Isječak iz dispozicije nosača

20


Statički sustav

Dio presjeka zgrade

Horizontalni presjek zgrade sa uglom zgrade

Izometrija skeleta Vertikalni presjek fasade

21


Detalj presjeka nosive konstrukcije

Isječak iz nosive čelične konstrukcije

Završena montirana čelična konstrukcija

perspektiva

22

9.5. Učiteljska škola u Bielu/ŠvicarskaDimenzije:

Vanjske dimenzije tri zgrade su 31,44x31,44 m. Katne visine 3,75 m, korisne visine soba 3,00 m.

Konstrukcija:

Čelična nosiva konstrukcija tri građevine koje stoje na armiranobetonskom temelju ima osnovni modul 7,86 m; u oba pravca temelji su odmjereni prema rasteru stupova, dimenzijama prostora i rasporedu prostora. Stupovi se sastoje od šupljih kvadratnih profila 304,8x304,8 mm sa promjenjivim debljinama zida i kvaliteta čelika, ovisno od opterećenja. Oni sa podvlakama (saćasti nosači visine 54 cm) formiraju preko četiri polja kontinuirane katne okvire. Spojevi stupova sa nosačima su zavareni. Između podvlaka na razmaku 2,62 m, obješeni su 50 cm visoki međukatni nosači (također saćasti), sa njima vezani vijcima. Na njima su pocinčani trapezasti limovi pokriveni sa 12 cm betona izlivenog na licu mjesta. Korisno opterećenje međukatne konstrukcije je 3 kN/m2.

Gornji kat

Presjek

Statički sustav, uzdužni presjek

23

9.5. Učiteljska škola u Bielu/Švicarska

Pristupna etaža

aa uzdužni presjek

bb poprečni presjek

24


Dispozicija nosača

Podvlaka

Stopa stupa - usidrenje

Dio presjeka nosive konstrukcije Vertikalni presjek fasade

Međukatni nosač

Veza međukatnog nosača sa betonskom jezgrom

25


Isječak iz čeličnog skeleta poslije postavljanja

trapeznog lima

Konstrukcijski čvor unutrašnji stup/veze nosača

Veza podvlake i međukatnog nosača na unutrašnjem stupu

i veza vertikalnog sprega

26

9.6. Parking zgrada farmaceutskog poduzeća u Schweizerhalleu/Švicarska

Dimenzije:

Pravokutni tlocrt sa vanjskim dimenzijama 77,10x49,00 (bez rampi), dužina sa rampama 96,40 m. Širina vozne staze u zavojnim rampama 3,90 m, kosnika 8%. Visina iznad terena 20,70 m. Katne visine/korisne visine prostorija: u prizemljlu 5,00/4,20 m, na katovima 2,65/2,10 m.

Konstrukcija:

Građevina stoji na temeljnom tlu koje je izloženo jakom slijeganju, i koje se uslijed podzemne solane može godišnje slegnuti za 4 cm. Ova okolnost je zahtijevala statički određenu konstrukciju, neosjetljivu na slijeganje. Parking zgrada je raščlanjena u tri međusobno odvojena uzdužna trakta. Nosiva konstrukcija se sastoji od zglobno vezanih štapova sa međukatnim nosačima (I PE 360) na razmaku od 4,80 m i rasponom 16,00 m, stupovima (HE-A 200) i kosnicima (HE-A 160) pod 45°. Dvostruki stupovi su na temelje oslonjeni zglobno i pomjerljivo po visini. NA taj način je moguće naknadno podizanje stupova kako bi se izjednačila očekivana neravnomjerna slijeganja.

27


Tlocrt sa dispozicijom nosača

Statički sustav, uzdužni presjek

Statički sustav, poprečni presjek

Poprečni presjek

28

Vertikalni presjek spoja stup/nosač, vanjski zid


Vanjski zid, otvorena strana zgrade

Podnožje dvostrukog stupa

29


Ukupni izgled

Vozna rampa

30

9.7. Stanica magnetske lebdjeće željeznice u Hamburgu/Njemačka

Dimenzije:

Vanjske dimenzije 23,90x9,70 m, visina iznad terena 11,90 m. Katna visina u prizemlju 4,08 m, na 1. katu 3.06 m, na 2. katu 3,35/4,64 m. Korisne visine prostorija u prizemlju 3,68 m, na 1. katu 2,66 m, na 2. katu 2,85/4,14 m.

Konstrukcija:

Da bi se izbjeglo prenošenje vibracija, zgrada stanice i nosači koji nose prugu željeznice su odvojeni. Sedam okvira sa savijenim prečkama formiraju glavnu nosivu konstrukciju stanične zgrade. Stupovi okvira HE-B 400, HE-B 300 i HE-B 220. Kosa prečka HE-B 300, horizontalna prečka HE-B 220. Razmak između okvira 2,60 m, raspon 9,30 m. Dva sporedna okvira sa nagnutim prečkama su u okviru stepeničnog prostora. Stupovi HE-B 300 i HE-B 220; prečke HE-B 220. Okviri su međusobno povezani uzdužnim nosačima: kod međukatnica HE-B 140, kod krova HE-B 120. Konzolni nosač (HE-B 220), I=2,60 m, navareni na stupove, služe za oslanjanje međukatnih ploča.

Nosač koji nosi željezničku prugu je čelična šuplja sandučasta konstrukcija sa prugom koja stoji na njoj. Šuplji sandučasti nosač djeluje kao nosač sa jednim poljem, počiva na gumenim ležajima te je prethodno napregnutim armiranobetonskim stupovima oslonjen viljuškasto da se ne bi izvijao. Dimenzije: širine 70 cm, visina 3,75 m.

Oslanjanje vozne pruge izvodi se na oba kraja nosača sa dva sanduka od čeličnog lima (širina 70 cm, dužina 1,34 m), a između toga sa 8 pločastih stupova samaca i profila duplo T, visine 70 cm i na razmaku 1,60 m.

31


Dispozicija nosača

Uzdužni presjek zgrade

Tlocrt prizemlja i 2. kata

32


Poprečni presjek zgrade

Statički sustav

33


Skelet sa stepeništem

Grubi radovi - skelet

Detaljni presjek

34

9.8. Regionalni centar za primanje podataka u Nemoursu/Francuska

Dimenzije:

Vanjske dimenzije 47,70x59,40 m. Visina iznad terena 18,00 m. Katne visine 4,00 m, korisne visine prostorija 2,96 m.

Konstrukcija:

Zgrada se sastoji od građevinskog sustava sa prefabriciranim elementima koji se na gradilištu učvršćuju vijcima. Iznad rastera stupova 11,70x11,70 m nalaze se cjevasti stupovi F711 visine kata. Stupovi se sastoje iz savijenog čeličnog lima sa promjenjivim debljinama lima, ovisno o opterećenju. Stupovi prizemlja su ukliješteni u temeljima. Na glavama stupova su vijcima učvršćene do po 4 konzole za veze sa podvlakama. U oba pravca zgrade postoje između stupova podvlake visine 75 cm, visine 90 cm, sa rasponima 10,80 m. One se sastoje od šupljih sanduka sa poprečnim ukrućenjima na razmaku 1,80 m, a sa konzolama na glavama stupova vezane zglobno, ili kruto pomoću vijaka. Šuplji sanduci su sastavljeni od naboranog i zavarenog čeličnog lima debljine 4 do 6 mm. Donja konstrukcija međukatnice se sastoji od roštilja koji je formiran od šupljih sanduka visokih 75 cm, širokih 1,80 m i dugačkih 10,80 m.

35


Tlocrt 1. kata

Statički sustav

Dispozicija nosača, isječak

Presjek zgrade

36


Izometrija cijele nosive konstrukcije

Horizontalan presjek ugla zgrade

Konzole za prihvatanje fasade

37


Rasklopni crtež dijelova nosive konstrukcije Detalj čvora unutrašnjeg stupa

38

9.9. Centar Georges Pompidou u Parizu/Francuska

Dimenzije:

Pravokutni tlocrt sa vanjskim dimenzijama 166,40x60,00 m. Visina iznad zemlje 42,00 m. Katne visine/korisne visine prostorija: u gornjim katovima 7,00 i 10,50/7,50 m; u prizemlju i u donjim katovima 3,00/2,20 m i 5,00/4,20 m

Konstrukcija:

Čelična skeletna konstrukcija iznad trokatnog suterena od armiranog betona. U poprečnom pravcu zgrade je poredano ukupno 14 zglobnih okvira na razmaku 12,80 m i sa rasponima od 48,00 m. Zglobni okviri se sastoje od stupova koji stoje ispred uzdužnih fasada (oslonjeni na sfernim zglobovima), od jednog rešetkastog nosača i dvije konzole (po katu) i od vješalica koje su zbog stabiliziranja postavljene na vanjskom kraju konzole. Stupovi prolaze kroz sve katove. Oni se sastoje od cjevastih profila F850 mm i sa debljinama zidova koje se rema gore smanjuju od 85 do 40 mm. Rešetkasti nosači se sastoje od cjevastih elemenata postavljenih u parovima sa gornjim pojasevima od dvije cijevi F419 mm i donjih pojaseva od punih štapova kojima se prečnici smjerom prema unutra povećavaju od 160 do 225 mm.

Dijagonale prolaze sredinom. One se sastoje od cijevi (pritisnuti štapovi) i od punih štapova (zategnuti štapovi). Rešetkasti nosači su potpuno zavareni i završavaju se na elementu od lijevanog čelika. U produžetku gornjeg pojasa rešetkastog nosača na stupove zglobno su pripojeni 7,60 m dugi konzolni nosači sa prepustima od 6,00 i 1,50 metara. Konzolni nosači su proizvedeni procesom lijevanja čelika. Spojni dijelovi su zavareni. Vješalice koje prolaze kroz sve katove sastoje se od punih štapova sa F200 mm. One su usidrene u armiranobetonskom temeljnom bloku dužine 9,0 m, širine 1,0 m i dubine 16,5 do 24,00 m. Temeljni blokovi su postavljeni u poprečnom pravcu zgrade i služe istodobno kao temelj za stupove.

39


Cjelokupni izgled Djelomični izgled uzdužne strane

40



Statički sustav

Poprečni presjek zgrade

Izgled čelične konstrukcije

Isječak iz dispozicije nosača normalnog kata

Spreg za vjetar ispred poprečnog zida

41


Konzolni nosač, pogled sprijeda i odozdo

Čvorovi gornjeg pojasa sa vezom međukatnog nosača

Veza vješalice na Gerberov

nosač i dijagonale

sprega za vjetar

Glavni stup sa vezom rešetkastog nosača i usidrenje vješalice

42


Djelomični izgled poprečne strane Glavni stup, rešetkasti spoj i spregza vjetar, uzdužna strana

Rešetkasti nosač u unutrašnjosti zgrade

43

9.10. Upravna zgrada kuće Bush u Laneu/Velika Britanija

Dimenzije:

Vanjske dimenzije vez vanjske nosive konstrukcije 35,20x16,00 m, vanjske dimenzije zajedno sa tom konstrukcijom 38,00x18,00 m. Raster tlocrta 1,60x1,60 m. Visina iznad zemlje45,00 m. Katne visine u tehničkom katu 4,37 m, u katovima sa kancelarijama 3,60 m. Korisne visine prostorija u tehničkom katu 3,60 m, na katovima sa kancelarijama 2,80 m.

Konstrukcija:

Nosiva konstrukcija zgrade bila je određena prema planiranoj podzemnoj željeznici koja prolazi kroz teren zgrade. Fundiranje se stoga moglo provesti samo iznad površina koje nisu predviđene za izgradnju tunela podzemni željeznice. Prenošenje opterećenja je stoga koncentrirano na jednu jezgru i tri bloka sa stupovima. Mrežasti cjevasti čelični rešetkasti nosač, smješten ispred fasada 2. do 9. kata preuzima opterećenje od međukatnih nosača i prenosi ga na tri vertikalna para stupova svaki sa dva cjevasta profila i neposredno na ekscentrično smještenu jezgru. Osim toga, jedan dio opterećenja se prenosi od čeličnog cjevastog rešetkastog nosača na čelični rešetkasti nosač visine kata koji prolazi svuda unaokolo u 1. katu.

Mrežasta rešetkasta konstrukcija gornjih katova sastavljena je od elemenata širine 3,20 m i visine 14,40 m, od kojih se po dva, jedan iza drugoga, pružaju od 2. do 9. kata. Elementi se sastoje od cjevastih profila od nehrđajućeg čelika koji se dijagonalno križaju (F194 mm, debljina zidova 16 mm). Gornji i donji završetak mrežaste rešetkaste konstrukcije, sastoje se također od cjevastih profila (F324 mm, debljina zidova 16 mm). Cjevasti profili su na čvorovima međusobno zavareni.

44

Tlocrt normalnog kataPoprečni presjek zgrade


45


Statički sustav vanjske nosive

konstrukcije

Čvor rešetke

Vezivanje međukatnog nosača u čvoru rešetke

46


Izometrija nosive

konstrukcije

47

Dizanje jednog para stupova

Detalj čvora

Montaža rešetkastog elementa


Stopa para stupova i isječak iz čelične cjevaste rešetke

48

9.11. Upravna zgrada u Rotherdamu/NizozemskaDimenzije:

Pravokutni tlocrt sa vanjskim dimenzijama 32,70x25,50 m. Visina iznad zemlje 24,60 m. Katne visine/korisne visine prostorija u normalnim katovima 3,75/2,70 m.

Konstrukcija:

Sustav stupova čelične nosive konstrukcije sastoji se od četiri okrugla stupa u unutrašnjosti zgrade i vanjskih stupova ispred fasade. Unutrašnji stupovi u poprečnom pravcu zgrade su na razmaku od 10,80 m, u uzdužnom pravcu od 14,40 m. Okrugli stupovi prečnika 609 mm su izrađeni od čeličnih cijevi različitih debljina zidova. Oni su iznutra djelomično ukrućeni križnim profilima, a izvana navarenim limovima. Ispred fasade stoje na razmacima 7,20 m, odnosno 5,40 m, vanjski stupovi sandučastog profila 406x203x9,50 mm.

Između stupova nad rasterom od 7,20x5,40 m leži nosivi roštilj. Nosači koji se križaju na unutrašnjim stupovima, vezani su sa njima kruto u okvire. Oni se sastoje od profila ½ HE-A 700. Preostali stupovi su isto tako vezani jedan ispod drugoga u oba pravca. Oni su izrađeni od profila ½ IPE 500. Svi nosači su na vanjskim stupovima završeni zglobno. Na nosivom roštilju leže montažne betonske međukatne ploče.

49

9.11. Upravna zgrada u Rotherdamu/Nizozemska

Normalni kat

Dispozicija nosača

Presjek zgrade

Statički sustav

50


Veza nosača za stup

Čvor glavni stup/nosač

Veza nosač sa vanjskim stupovima

Isječak iz fasade sa vezivanjem nosača za

vanjski stup

51

Nosiva konstrukcija krovnog kata


Skelet u fazi grubih radova Unutrašnji izgled sa recepciom

52

9.12. Svjetski trgovački centar u New Yorku/SAD

Dimenzije:

Dva tornja visina 411 m, kvadratne osnove 63,5x63,5 m, jezgra 24x42 m. Katne visine 3,66 m, korisne visine prostorija 2,62 m. Visina ulazne hale 22,3 m.

Konstrukcija:

Konstrukcija oba tornja određena je načinom opterećenja vjetrom. Na svakoj vanjskoj strani je 59 šupljih stupova (osni razmak 1,02 m) formirano krutom vezom sa horizontalnim prečkama u visini međukatnica u nosivi Virendel zid. Ova nosiva konstrukcija zajedno sa međukatnom konstrukcijom, krutom vezom u uglovima zgrade formira u vanjskoj ravnini kvadratnu cijev otpornu na torziju koja je ukliještena u temelju i koja preuzima sve sile od vjetra (“tube” konstrukcija, konstrukcija cijev). Međukatne ploče su razapete, bez stupova, između vanjskih stupova i jezgre, čija 44 šuplja sandučasta stupa primaju samo vertikalna opterećenja.

- Vanjski skelet i fasada: U gornjim katovima su šuplji sandučasti stupovi sa konstantnim vanjskim dimenzijama 450x450 mm. Prečke od ploča od čeličnog lima visine 1,32 m. Po tri stupa se 12 m iznad nivoa ulaza spajaju u jedan bazni stup, vanjske dimenzije 800x800 mm, osni razmak 3,06 m. Debljina zida i kvaliteta čelika vanjskih stupova su prema gore stepenasti (debljina zida od 12,5 mm do 7,5 mm, granica istezanja čelika je 700 N/mm2 do 295 N/mm2). Da bi međukatne konstrukcije ostale ravne, vanjski stupovi su tako dimenzionirani da su njihovi naponi, tj. i promjene dužina uslijed vertikalnih opterećenja, jednaki onima kod stupova jezgre (granica razvlačenja stupova jezgre 240 N/mm2). Rezerve napona u vanjskim stupovima uslijed postepeno smanjivanih granica razvlačenja služe za preuzimanje opterećenja od vjetra. Usvojeno opterećenje vjetrom je 2,2 kN/m2 po cijeloj visini zgrade, računski progib posljednjeg kata je28 cm.

- Međukatnice: Spregnute međukatnice od nosača od čelične mreže visine 900 mm (razmak 2,04 m, u poprečnom pravcu ukrućene nosačima sa stabiliziranje) i 10 cm debele ploče od lakog betona na trapezastim limovima kao izgubljena oplata. Sprega između mrežastih nosača i betonske međukatnice pomoću produženja dijagonalnih štapova mreže sve do u betonsku ploču.

53Vertikalni presjek kancelarijskog tornja

Kancelarijski katovi gledani sa rijeke Hudson


54

Nosiva konstrukcija međukatnice, normalni kat

Dispozicija položaja kompleksa zgrade


Statički sustav


55

Sklop prefabriciranogelementa međukatnice

“tube” konstrukcija, ukrućenje nosivog vanjskog zida međukatnim platnima


Shema sustava liftova

Element vanjskog zida

Montaža elemenata vanjskog zida koji su jedan prema drugom pomaknuti za visinu

kata, i prefabriciranog međukatnog elementa

56

Kran penjalica (Kletterkran) sa hidrauličkim uređajem za dizanje


Presjek fasade, sažimanje stupova u

donjim katovima

Završetak montaže nosive čelične konstrukcije, četiri

krana penjalice iznad šahtova za liftove u

uglovima jezgre

Horizontalni presjek vanjskog stupa sa

priključenjem prozora

Amortizer između međukatnog nosača

i vanjskog zida, izgled i pogled

odozgo

57

Površinski temelji vanjskih i unutrašnjih stupova

Temeljni blok stupa jezgre


Uvlačenje armaturne korpe jednog sektora

zagata

Plan temelja jednog tornja

Documents

NK2 - 9.Skeletne Celicne Konstrukcije u Visokogradnji