KS 2: Predavanje br.4 VISEĆI SISTEMI (1.deo) Dr Dragan Kostić, docent
3/23/2011
1
VISEĆI SISTEMI
Viseći krovni sistemi mogu se definisati kao sveobuhvatno zategnute strukture. Zbog geometrijskih proporcija kablova, oni ne mogu imati krutost na savijanje, pa opterećenja koja primaju izazivaju u njima isključivo zatežuće sile. 3/23/2011
2
VISEĆI SISTEMI 1.
SPECIFČNI PROBLEMI I PRETPOSTAVKE
Nelinearno ponašanje
3/23/2011
3
VISEĆI SISTEMI Visok stepen statičke neodredjenosti Obezbedjenje stabilnosti konstrukcije
2. 3.
4.
aerodinamički fenomen: ljuljanje krova, pucanje plafona, oštećenja instalacija i sl.
Odvodnjavanje krovne površi
3/23/2011
4
VISEĆI SISTEMI 5.
Velike horizontalne sile Ovaj problem javlja se kao direktna posledica realnih pretpostavki : 1. Krovna površ je plitka, tj. f=(0,05-0,1)L, tj. f=(1/20 do 1/10)L 2. Oslonci su nepomerljivi; 3. Krovni pokrivač ne učestvuje u povećanju krutosti viseće strukture
3/23/2011
5
STABILIZACIJA VISEĆIH KROVNIH SISTEMA
Težinom; Prednaprezanjem; Kombinovanjem sa elementima koji rade na savijanje (hibridne konstrukcije).
3/23/2011
6
Stabilizacija visećih krovnih sistema težinom • Uobičajeno je da se beton koristi kao prethodno opterećenje visećih kablova
3/23/2011
7
Stabilizacija visećih krovnih sistema prethodnim naprezanjem
1.
2.
Prethodno napregnutu konstrukciju karakterišu njeni specifični naponi koji postoje i bez ikakvog spoljašnjeg opterećenja. U procesu gradnje ovih krovova u krovne kablove unose se sile zatezanja koje ih izdužuju. Ankerisani krajevi prethodno zategnutih kablova teže da se vrate na prvobitnu dužinu i deluju na elemente konstrukcije koji im to ne dozvoljavaju: Elementi velike čvrstoće na pritisak-linijskog tipa (beton, drvo, epoksidni betoni i sl.) - jednostruke lančanice; Kablovi suprotne zakrivljenosti. Kablovi suprotnih krivina mogu biti: - u ravni, pa je njihova medjusobna veza posredna (vertikalne ili kose zatege i/ili razupipirači) - kablovske reŠetke, - u prostoru, pa je njihova medjusobna veza direktna - mreže.
3/23/2011
8
Stabilizacija visećih krovnih sistema prethodnim naprezanjem
Kablovske rešetke su najtipičnije dvodimenzionalne (ravanske) prethodno napregnute kablovske konstrukcije
3/23/2011
9
Stabilizacija visećih krovnih sistema prethodnim naprezanjem
mreža kablova sa tipičnom dvosmerno zakrivljenom površi sa negativnom Gausovom krivinom –Hiperbolički paraboloid 3/23/2011
10
Hibridna stabilizacija visećih krovnih sistema
Kod hibridnih konstrukcija kombinuju se elementi različitih osobina da bi se kroz takvu kombinaciju izbegli nedostaci oba elementa i postiglo poboljšanje osobina celokupne konstrukcije 3/23/2011 11
Hibridna stabilizacija visećih krovnih sistema
Kablovi nose glavne terete i povezani su sa gredom za ukrućenje ili sa pločom koja radi na savijanje. ovaj sistem u slučaju velikih raspona, je dvopojasna-hibrid lančanica u kojoj, pored aksijalne krutosti oba pojasa, gornji pojas poseduje i krutost na savijanje 3/23/2011
12
Hibridna stabilizacija visećih krovnih sistema
zatezanjem poligonalnih kablova donjeg pojasa, u gornji AB pojas unose se naponi pritiska, ali se on, istovremeno, i elastično podupire.
3/23/2011
13
Hibridna stabilizacija visećih krovnih sistema
Time je svakom materijalu poverena najcelishodnija uloga: betonu prenošenje samo napona pritiska, a čeliku napona zatezanja. Poligon sila je zatvoren
3/23/2011
14
FORME I KLASIFIKACIJA VISEĆIH KROVNIH SISTEMA
1. 2.
Prema načinu na koji se kablovi koriste Vešani sistemi Lančanični sistemi
3/23/2011
15
Vešani sistemi
Kablovi imaju samo pomoćnu ulogu kao dodatni elastični oslonci za elemente koji su inače dovoljno jaki da nose veliko opterećenje stabilnost krova postiže kombinacijom primarnih krovnih nosača koji su kruti na savijanje i kablova
3/23/2011
16
Vešani sistemi Konstruktivni elementi ovog sistema su: 1. Osnovni nosači -vertikalni ili kosi stubovi, -lučni nosači, -lančanične konstrukcije.
3/23/2011
17
Vešani sistemi 2. Primarni krovni nosači (vešani pasivni elementi koji poseduju krutost na savijanje-beton, čelik, drvo) -linijski nosači (prosta, kontinualna, ili greda sa prepusti-ma), -površinski nosači (ploče, ljuske). 3. Kose ili vertikalne zatege -čelični štapovi od užadi ili kablova, -Štapovi od krutih profila. 4. Uravnotežavajući element
-kose zatege od čelika ili betona, -kombinacija pritisnutih i zategnutih Štapova (betonski ramovi ili rešetke), adekvatno temeljenje, naročito kod lučnih osnovnih nosača: ekscentrične temeljne stope, duboko fundiranje, zatege izmedju temelja.
3/23/2011
18
Vešani sistemi
4. Uravnotežavajući element
-kose zatege od čelika ili betona, -kombinacija pritisnutih i zategnutih Štapova (betonski ramovi ili rešetke), adekvatno temeljenje, naročito kod lučnih osnovnih nosača: ekscentrične temeljne stope, duboko fundiranje, zatege izmedju temelja. 3/23/2011
19
Lančanični sistemi (tenzostrukture)
sistemi kablova koji opterećenje krova prenose direktno i imaju primarnu konstruktivnu ulogu f/L=1/10 do 1/20 plitke lančanice 3/23/2011
20
Lančanični sistemi (tenzostrukture)
lančanični sistemi razvijeni su zavisno od mera potrebnih za stabilisanje prostog užeta-kabla. Mogućnosti za rasporedjivanje kablova u sisteme
3/23/2011
21
Lančanični sistemi (tenzostrukture) Karakteristični parametri za analizu tenzostruktura su: Forma pokrivne površi, Raspored kablova i mere za obezbedjenje stabilnosti krova, Forma i oblik potporne konstrukcije.
3/23/2011
22
GEOMETRIJSKI OBLICI KROVNE POVRŠI Geometrijska forma krovne površi treba da bude takva da atmosferske padavine mogu da se odstrane sa krova bez zastoja i zadržavanja, i da se lančanični sistem stabiliše.
3/23/2011
23
GEOMETRIJSKI OBLICI KROVNE POVRŠI Jednosmerno krive površi pogodne za izradu visećih krovova: Da bi površ bila pogodna za formiranje lančaničnog sistema kriva treba da je oblika kvadratne parabole ili kosinus hiperbolične funkcije, i da je centar krivine iznad površine: cilindrični paraboloid (katenoid), konoidni paraboloid (katenoid), konusni paraboloid (katenoid).
3/23/2011
24
GEOMETRIJSKI OBLICI KROVNE POVRŠI DVOSMERNO KRIVE POVRŠI. S obzirom na raspored centara krivih u odnosu na površ razlikujemo : * površi sa pozitivnom Gausovom krivinom (Sl.V.11a,b) # sinklastične konkavne površi (centri krivih su ispod površi) -kupole # sinklastične konveksne površi (centri krivih su iznad površi) -rotacioni i eliptični paraboloid (odstranjivanje atmosferske vode sa krova ovakvog oblika mora se vršiti centralno kroz krov i formirati pomoćna konstrukcija za odvodjenje van objekta).
3/23/2011
25
GEOMETRIJSKI OBLICI KROVNE POVRŠI
površi sa negativnom Gausovom krivinom # antiklastična površ (centri krivih su sa različitih strana površi) -hiperboloid -hiperbolički paraboloid (vitoperna površina dobija se iz pravih linija (pravoizvodna površ), na osnovi bilo kog oblika, a zbog svog sedlastog oblika izuzetno je pogodna za lančanične sisteme u obliku prethodno napregnutih mreža). Grupisani segmenti Hi-Par površina na ortogonalnim osnovama
3/23/2011
26
KONSTRUKTIVNI OBLICI TENZOSTRUKTURA Prema načinu na koji se obezbedjuje stabilna krovna površ, lančanice smo podelili na tzv: jednostruke i uslovno rečeno dvostruke lančanične sisteme.
3/23/2011
27
KONSTRUKTIVNI OBLICI TENZOSTRUKTURA Stabilna krovna površ u oba slučaja (jednostuke i dvostruke lančanice) podrazumeva napone zatezanja u lančanicama pod uticajem najnepovoljnije kombinacije opterećenja na krov
3/23/2011
28
KONSTRUKTIVNI OBLICI TENZOSTRUKTURA:
JEDNOSTRUKE LANČANICE
krovna površina formira se od lančanica (gipkih elemenata bez krutosti na savijanje) i elemenata dovoljne čvrstoće da mogu da prime velike sile pritiska.
3/23/2011
29
KONSTRUKTIVNI OBLICI TENZOSTRUKTURA:
JEDNOSTRUKE LANČANICE
Stabilna krovna površ postiže se unošenjem sile prethodnog naprezanja u lančanice čime se stvara pritisak u elementima koji su u sadejstvu sa lančanicama. Na taj način od jedne gipke strukture stvorili smo sistem koji ima odredjenu krutost na savijanje tzv. krute lančanice. Stabilna krovna površ podrazumeva napone zatezanja u lančanicama i napone pritiska u AB elementima čak i pod najvećim gravitacionim opterećenjem (kada su naponi pritiska u AB elementima najmanji). 3/23/2011
30
KONSTRUKTIVNI OBLICI TENZOSTRUKTURA:
JEDNOSTRUKE LANČANICE
Osnovni konstruktivni elementi ovog sistema su: 1. Primarni krovni nosači su noseći kablovi tipa slobodno viseće lančanice. Izvode se od kablova za prethodno naprezanje, užadi za prethodno naprezanje ili u obliku spiralno upredenih sajli. Uobičajen razmak izmedju kablova je 0,8m do 3,6m.
3/23/2011
31
KONSTRUKTIVNI OBLICI TENZOSTRUKTURA:
JEDNOSTRUKE LANČANICE
elementi izradjuju se u obliku KROVNIH PLOČA za razmak lančanica do 2,1m ili 'PERLI' kada je razmak lančanica 2,4m-3,6m. Materijal od koga se izvode mora imati veliku čvrstoću na pritisak i može biti armirani beton marke MB>30, drvo u obliku obradjenih trupaca (perle), ili lamelirano drvo. 3. Ivična greda ili gredni prsten namenjen je prihvatanju kosih i horizontalnih sila iz kablova krova koji se u njega ankeruju. Izradjuje se kao puni presek, sandučasti presek, čelična ili betonska rešetka. Ivična greda koristi se kod konstruktivnih sklopova na pravougaonim osnovama, dok se gredni prsten koristi kod kružnih i eliptičnih osnova kao zatvorena kontinualna kriva. 2. Krovni
3/23/2011
32
KONSTRUKTIVNI OBLICI TENZOSTRUKTURA:
JEDNOSTRUKE LANČANICE
4. Stubovi čiji je zadatak da podupru i nose ivičnu gredu odnosno gredni prsten, opterećeni su uglavnom silama pritiska i malim momentima savijanja. 5. Uravnotežavajući element javlja se kod konstrukcija sa ivičnim gredama. Kose i horizontalne sile iz krovnih lančanica, koje se prihvataju ivičnom gredom, izazivaju u stubovima velike momente savijanja na mestu uklještenja stubova. Da bi se stubovi rasteretili, tj. doveli u stanje centričnog pritiska postavlja se ovaj element koji moŽe biti oblika: - kose zatege od čelika ili betona; - AB dijafragme; - kosih pritisnutih stubova i betonskih rešetki. 3/23/2011
33
KONSTRUKTIVNI OBLICI TENZOSTRUKTURA:
DVOSTRUKE LANČANICE
krovna površ, zasnovana na savitljivim glavnim nosačima, može se učiniti stabilnom upotrebom fleksibilnih elemenata (kablova) suprotne zakrivljenosti.
3/23/2011
34
KONSTRUKTIVNI OBLICI TENZOSTRUKTURA:
DVOSTRUKE LANČANICE
Kod prethodno napregnutih kablovskih struktura u sadejstvu sa drugim kablovima (dvostruke lančanice ili tenzostrukture) razlikujemo dve osnovne grupe konstruktivnih elemenata (lančanica) istog tipa: Primarne ili noseće lančanice čiji je zadatak da prihvate sopstvenu teŽinu kablova, krovnog pokrivača, povremeni teret, vetar i dinamičke uticaje. Sekundarne, stabilizujuće, prednaprežuće ili pomoćne lančanice čiji je zadatak da stabilizuju savitljive primarne lančanice, tj. da obezbede sile zatezanja u svim elementima konstrukcije za koje je EI=0 u svim fazama op-terećenja. 3/23/2011
35
KONSTRUKTIVNI OBLICI TENZOSTRUKTURA:
DVOSTRUKE LANČANICE
Podela tenzostruktura Opšta podela tenzostruktura u zavisnosti od prostornih mogućnosti koje dozvoljavaju veze izmedju primarnih i sekundarnih kablova na: 1. Ravanske (kablovske rešetke) 2. Prostorne strukture (prethodno napregnute mreže) 3/23/2011
36
KONSTRUKTIVNI OBLICI TENZOSTRUKTURA:
DVOSTRUKE LANČANICE
Krovni pokrivač i konstrukcija koja formira krovnu površ ne igraju ulogu stabilizujućih elemenata već imaju za cilj da pokriju objekat i zaštite njegovu unutrašnjost od atmosferskih uticaja. Zbog toga se za krovni pokrivač biraju materijali: sa malim koeficijentom hrapavosti (brzo oticanje vode i sa minimalno nagnutih površi); sa malom težinom po m2 površine krova; sa što većim koeficijentom samonosivosti (veći razmak oslonaca krovnog pokrivača i veća spoljna opterećenja koja prenosi). 3/23/2011
37
KONSTRUKTIVNI OBLICI TENZOSTRUKTURA:
DVOSTRUKE LANČANICE
ovakve krovove svrstavamo u kategoriju lakih krovnih- konstrukcija, čija težina ne prelazi 0,5 kN/m2 krova (sopstvena težina kablova, sopst.tež.pokrivača i konstrukcije koja zatvara objekat).
3/23/2011
38
DVOSTRUKE LANČANICE: Kablovske rešetke David Javert, konstruisao je sistem koji se po njemu često naziva Javertov sistem. Savladao je neprijatnu pojavu ljuljanja (nepredvidjenih deformacija) upotrebom veza pod nagibom, koje efikasno redukuju deformacije, posebno u horizontalnom smeru, dajući celoj konstrukciji značajnu krutost i za slučajeve nesimetričnog tereta 3/23/2011
39
DVOSTRUKE LANČANICE: Kablovske rešetke Kablovske rešetke sastoje se iz: Rešetke ili grede sačinjene iz dva kabla (noseći 'a' i stabilizujući 'a1'), Dva ankerna okvira o koje se oslanjaju kablovi 3/23/2011
40
DVOSTRUKE LANČANICE: Prethodno napregnute mreže Koncepcija konstrukcije zasniva se na sedlastoj formi, oblika hiperboličkog paraboloida. Krovni pokrivači su 'laki', i postavljaju se preko mreže kablova, sastavljene od niza obešenih primarnih (nosećih) i preko njih prebačenih sekundarnih (prednaprežućih) kablova
3/23/2011
41
DVOSTRUKE LANČANICE: Prethodno napregnute mreže Zatezanjem prednaprežućih kablova celokupna mreža dovodi se u prethodno zategnuto stanje, ukrućuje se i stabilizuje za sva naknadna opterećenja 3/23/2011
42
DVOSTRUKE LANČANICE: Prethodno napregnute mreže Konstruktivni elementi prethodno napregnutih mreža su: Mreža kablova sačinjena od nosećih i prednaprežućih lančanica koje imaju suprotne krivine. Veza izmedju primarnih i sekundarnih kablova je neposredna (kablovi su u direktnom kontaktu). Ankerni okvir (prsten)-ivični element u koji se ankeruju kablovi. Ovaj konstruktivni element prihvata velike ekscentrične sile koje izazivaju savijanje, pritisak i torziju pa se on izvodi uglavnom od armiranog betona, redje kao pun presek a često kao sandučasti. Vertikalni elementi (stubovi) čiji je zadatak da podupru ankerni okvir. Uravnotežavajući element. 3/23/2011
43
OBLICI KONSTRUKCIJA ZA PRIHVATANJE KROVA Konstrukcija za prihvatanje krova sastoji se uglavnom od ravnih i prostornih okvira od čelika ili AB sa stubovima iste ili različite visine, a sastavljena je od rigli okvira, stubova, kosnika, zatega za sidrenje i fundamenata, tzv. donji stroj. Ona treba da ispuni sledeće zadatke: (1) Prihvatanje kotvi za unošenje sila u kablove; (2) Prenošenje sila iz kablova u tlo; (3) Obezbedjenje krute konture po obodu, da deformacije u kablovskom sistemu ne bi postale prekomerno velike. 3/23/2011
44
OBLICI KONSTRUKCIJA ZA PRIHVATANJE KROVA PRAVOUGAONI OBLIK OSNOVE
Prenos horizontalnih sila na obodne dijafragme putem nosača izloženih savijanju Prenos horizontalnih sila putem okvira u ravni kablova Prenos horizontalnih sila putem kablova za sidrenje
3/23/2011
45
OBLICI KONSTRUKCIJA ZA PRIHVATANJE KROVA KRUŽNI I OVALNI OBLIK OSNOVE
Prenos sila iz kablova na konturne dijafragme putem zakrivljenih zidova Prenos sila iz kablova putem spoljnih, nagnutih pritisnutih lukova
3/23/2011
46
3/23/2011
47
