arhitektonsko konstrukcijski dizajn - …rc5.gaf.ni.ac.rs/dec/arhcons/doc/homes/kostic/dsa -...

ARHITEKTONSKO KONSTRUKCIJSKI DIZAJNOPTEREĆENJA

DR DRAGAN KOSTIĆ, docent

02/14/10

1

Dejstva na konstrukciju

02/14/10

2

Sile koje deluju na konstrukciju izazivaju napone u njoj.

Sile mogu biti neposredne tj. mehaničke, ili posredne usled sprečenih deformacija.

Neposredna opterećenja su:4. OSNOVNA5. DOPUNSKA6. NAROČITA

Osnovna opterećenja

02/14/10

3

Nisu zavisna od vremena, deluju konstantno; Analiza opterećenja radi se za sve elemente

konstrukcije, počev od njenog najvišljeg dela – krova.

Gravitaciona opterećenja od sopstvene težine nosača i krovnog pokkoristerivača sa svim slojevima konstrukcije “g”

Korisna opterećenja “p” zavise od namene prostora Stalna vertikalna (gravitaciona) i korisna opterećenja

definisana su u tablici

Osnovna opterećenja

02/14/10

4

Gravitaciona opterećenja “g”

02/14/10

5

U Tablici su opterećenja data u daN/m2 kose površine, a za praktičan proračun opterećenja treba prevesti na horizontalnu projekciju, tj.

gh = gk / cos ß Gde je ß ugao nagiba krovne ravni U prvoj analizi konstrukcije, moraju se pretpostaviti

dimenzije elemenata, pa preko zapreminske težine materijala od kojih su izradjene sračunati njihova sopstvena težina.

Korisna opterećenja “p”

02/14/10

6

Kod krovnih elemenata korisno opterećenje može se uzeti kao:

2. koncentrisana sila P=100 daN =1 kN, 3. težina opreme koja može delovati na krov. Položaj sile se bira zavisno od tehnologije gradnje

(montažna ili ne), načina održavanja konstrukcije krova

Položaj i intenzitet korisnog tereta primenjuje se kao najnepovoljnije opterećenje u odnosu na nosač

Opterećenja od snega

02/14/10

7

Opterećenja od snega

Za Nišku kotlinu:2. prosečni maksimalni nanosi snega su 34cm, 3. max. zabeležen nanos je 62cm, pa se opterećenje od snega može sračunati preko

specifične težine snega koji se topi 0,15kN/m3.

02/14/10

8

Opterećenje vetrom

02/14/10

9

Vetar se tretira kao uniformni pritisak ili sisanje; Opterećenje vetrom prema Tehničkim propisima iz

1964.

] kN/m ili kN, [ A, C q = w ⋅⋅

gde je: q [kN/m2] osnovno opterećenje vetrom,C [-] koeficijent oblika,A [m2 ili m2/m]izložena površina konstrukcije

Opterećenje vetrom

02/14/10

10

Opterećenje vetrom

02/14/10

11

q [kN/m2] osnovno opterećenje vetrom utvrdjuje se prema sledećoj tabeli

q=v2/1600 (kN/m2)v – max.srednja godišnja brzina vetra za najmanje 10god.

Opterećenje vetrom

C [-] koeficijent oblika

02/14/10

12

Kad god je to moguće, dejstvo vetra na površinu krova odrediti ispitivanjem modela u aerodinamičkom ili hidrodinamičkom tunelu.

Opterećenje vetrom premaJUS U.C7.110-113JUS definiše vetar: u meteorološkom smislu - horizontalno ili približno

horizontalno vazdušno strujanje, u smislu mehanike fluida - turbulentno vazdušno

strujanje, kao opterećenje - dinamičko opterećenje slučajnog

karaktera (stohastička poremećajna sila), koje se izražava kao kvazistatičko, a deluje u horizontalnim ravnima,

u matematičkom smislu - stacionaran slučajan proces 02/14/10

13

Opterećenje vetrom

02/14/10

14

Opterećenje vetrom premaJUS U.C7.110-113 Uticaji na opterećenje konstrukcija vetrom

02/14/10

15

GRUPA UTICAJA UTICAJ POJEDINAČNE VELIČINE

FIZIČKE OSOBINE VAZDUHAGustina vazduha

Kinematička viskoznost

PRIRODA VETRA

Pravac

Brzina vetraOsnovna brzina

Turbulentnost vazduha

TEREN OKO OBJEKTA

Topografija terena

Hrapavost terenaKonstante hrapavosti

Gradijentna visina

OSOBINE KONSTRUKCIJE

Materijal konstrukcije Modul elastičnosti

Krutost konstrukcijeKoeficijent prigušenja oscilovanja

ista frekvencija oscilovanja

Oblik konstrukcije

Koeficijent sile (oblika)

Rejnoldsov broj

Strouhalov broj

Opterećenje vetrom premaJUS U.C7.110-113

gde je: ρB gustina vazduha [kg/m3],

vm,T,10 osnovna brzina vetra osrednjena (indeks m) u 1h-intervalu, koja može biti prekoračena jednom u T godina (indeks T dobijen je iz anemografskih zapisa pri visini instrumenta od 10m (indeks 10) iznad posmatranog terena) merena na izloženom mestu tokom najmanje 15 godina, na terenu koji odgovara klasi hrapavosti B. U Niškoj kotlini izmerena srednja brzina vetra iznosi 24,4 m/s.

kt faktor vremenskog intervala osrednjavanja; za t=1h kt=1

kT faktor povratnog perioda; za T=50god. kT=1

02/14/10

16

] kN [ A C G K S 10 ) k k v ( 21 = w z

2z

2z

3-Ttm,50,10

2 ⋅⋅⋅⋅⋅ρ

Opterećenje vetrom premaJUS U.C7.110-113

Sz faktor topografije terena; Sz=1 na ravnom terenu

Kz faktor ekspozicije zavisan od hrapavosti terena. Klase hrapavosti su A-velike vodene površine, B-otvoreni ravni tereni, C-šumoviti predeli, ind. zone, gradovi.

Gz dinamički koeficijent koji je različit za (a) delove obloga (fasada), kad je reč o lokalnom dejstvu vetra, i (b) konstrukciju u celini, kad govorimo o ukupnom dejstvu vetra. Ukupno dejstvo vetra različito je za krute konstrukcije -one koje dejstvo vetra ne može pobuditi na veće oscilacije, i vitke konstrukcije koje osim oscilovanja u pravcu vetra mogu oscilovati i u upravnom pravcu zbog odvajanja vrtloga, ili čak i torziono pa ih tako treba i ispitati i dimenzionisati odgovarajućim ekvivalentnim opterećenjima. U ovom delu neophodno je izvršiti dinamičku analizu, tj. odrediti frekvenciju slobodnih oscilacija u 1.-om tonu (JUS U.C7.111).

C koeficijent pritiska za različite oblike krovova (JUS U.C7.112)

02/14/10

17

] kN [ A C G K S 10 ) k k v ( 21 = w z

2z

2z

3-Ttm,50,10

2 ⋅⋅⋅⋅⋅ρ

Opterećenje vetrom premaJUS U.C7.110-113

02/14/10

18

Dinamički uticaji vetra

Harmonijska pobuda Udarno dejstvo Propisi o dejstvu vetra na konstrukcije u primeni u Velikoj Britaniji, SAD,

Kanadi i Australiji [4] definišu proveru odgovora konstrukcije na turbulentne udare vetra

02/14/10

19

Harmonijsko dejstvo vetra

Spektar harmonijske pobude dat je na slici, gde je moguć frekventni opseg harmonijske pobude vetrom od 0Hz do 0.4Hz, odnosno da je perioda harmonijskih promena intenziteta vetra u opsegu Tz=2.5 do 10 sekundi za brzine vetra U10=0 m/s do 20 m/s

Preporučuje se analiza superpozicije harmonijskih i sopsvenih oscilacija

02/14/10

20

Harmonijsko dejstvo vetra

02/14/10

21

Harmonijska pobuda vetra za područje delte reke Ebro u Španiji( meteorološki zapisi iz novembra 2001. i marta, aprila 2002.)

Udarno dejstvo vetra

02/14/10

22

Dejstvo vetra na objekat u zavisnosti od pravca duvanja

Udarno dejstvo vetra

02/14/10

23

Dinamički efekat Košave za 10-to minutne osrednjene brzine vetra po prof.Šlajhu

Dinamičko dejstvo vetra

Superpozicijom modalnih sa harmonijskim odnosno tranzijent oscilacijama dobijaju se dijagrami promene frekvencija u funkciji vremena

02/14/10

24

Kombinacije opterećenja

Statička opterećenja koja deluju na model konstrukcije: Sopstvena težina g Sopstvena težina i koristan teret g+p Sopstvena težina, koristan teret i sneg g+p+s Sopstvena težina i pritiskajuće/ sišuće dejstvo vetra g±w Sopstvena težina, koristan teret i pritiskajuće/ sišuće dejstvo

vetra g+p±w Sopstvena težina, koristan teret, sneg pritiskajuće/ sišuće dejstvo

vetra g+p+s±w

02/14/10

25

Kombinacije opterećenja

Dinamička opterećenja koja deluju na usvojeni model konstrukcije, su:

Sopstvena težina krova i konstrukcije, sneg i dinamičko harmonijsko dejstvo vetra g+s+“whd“

Sopstvena težina krova i konstrukcije i dinamičko harmonijsko dejstvo vetra g+“whd“

Sopstvena težina krova i konstrukcije, sneg i dinamičko udarno dejstvo vetra i to za period vremena od 0 do 185 sekundi: g+s+“wd“

Sopstvena težina krova i konstrukcije i dinamičko udarno dejstvo vetra i to za period vremena od 0 do 185 sekundi: g+“wd“ 02/14/10

26

Seizmička opterećenja

Seizmički proračun sprovodi se po:2. Metodi spektralne analize3. Metodi dinamičke analize

02/14/10

27

Metoda spektralne analize

Seizmičke sile odredjuju se po obrascu:

02/14/10

28

Metoda spektralne analize

02/14/10

29

Metoda spektralne analize

02/14/10

30

Spektralne krive koeficijenta dinamičnosti ßi

Opterećenje temperaturom

Temperaturne promene na elementu Temperaturne razlike

02/14/10

31

Opterećenja od sleganja

02/14/10

32