Konstruktivni sistemi

AK I. 2008/09 konstruktivni sustavi 1

ARHITEKTONSKE KONSTRUKCIJE I

2.1.

KONSTRUKTIVNI SUSTAVI

Prof.dr.sc. Jasenka Bertol-Vrček, d.i.a.

AK I. 2008/09 konstruktivni sustavi 2

KONSTRUKTIVNI SUSTAVIsu sustavi raspoređivanja konstruktivnih elemenata

S njima se postiže:

• preuzimanje svih opterećenja i

njihov prijenos do temeljnog tla

• stabilitet cijelog konstruktivnog

sklopa.

AK I. 2008/09 konstruktivni sustavi 3

Izbor sustava ovisi o:- namjeni zgrade i potrebnoj prostornoj

dispoziciji- opterećenjima- vrsti materijala konstruktivnih elemenata- odabranom oblikovanju

IZBOR KONSTRUKTIVNOG SUSTAVA

Uspješna analiza svih pojedinih ovisnosti dovodi do OPTIMALNOG KONSTRUKTIVNOG SUSTAVA za određenu zgradu.

AK I. 2008/09 konstruktivni sustavi 4

PODJELA KONSTRUKTIVNIH SUSTAVA

U odnosu na način prijenosa opterećenja razlikujemo:

1. SUSTAVE PUNIH NOSIVIH STIJENA

2. SKELETNE (OKVIRNE) SUSTAVE

3. PROSTORNE (TRODIMENZIONALNE) SUSTAVE

AK I. 2008/09 konstruktivni sustavi 5

1. SUSTAVI PUNIH NOSIVIH STIJENATo su sustavi pravilno raspoređenih nosivih stijena koje preuzimaju opterećenja stropnih konstrukcija i drugih opterećenja te ih putem temelja (najčešće temeljnih traka) prenose na temeljno tlo.

U odnosu na tlocrtni oblik zgrade pružanje nosivih stijena može biti usporedno ili poprečno na dužu stranicu tlocrta te kombinirano.

Prema smjeru pružanja nosivih stijena ove sustave nazivamo:

a) konstruktivni sustavi uzdužnih punih nosivih stijena b) konstruktivni sustavi poprečnih punih nosivih stijena c) konstruktivni sustavi uzdužnih i poprečnih punih nosivih stijena

U odnosu na zahtjev ekonomičnosti, optimalne mogućnosti materijala i praksu, rasponi između stijena (rasponi stropova) se kreću do približno 6m.

Materijali za izvedbu punih nosivih stijena su:- elementi za zidanje (opeka, beton, kamen)- monolitna izvedba (armirani beton).

AK I. 2008/09 konstruktivni sustavi 6

a) KONSTRUKTIVNI SUSTAVI UZDUŽNIH PUNIH NOSIVIH STIJENA

Nedostatak ovog sustava:• duže pročelje zgrade je s manjim

otvorima (prozorima)• ograničenje dubine prostorija (rasponi između stijena)• ograničenje u fleksibilnosti prostora

Stijene su pravilno raspoređene usporedno s dužom stranicom zgrade na razmacima koji su ograničeni s rasponima stropnih konstrukcija.

Kod većih tlocrta je, zbog ekonomičnosti izvedbe, povoljan ritam istih raspona, odnosno ritam najviše dva do tri različita raspona.

AK I. 2008/09 konstruktivni sustavi 7

b) KONSTRUKTIVNI SUSTAVI POPREČNIH PUNIH NOSIVIH STIJENA

Stijene su pravilno raspoređene poprečno na pružanje duže stranice zgrade na razmacima koji su ograničeni s ekonomičnim rasponima stropnih konstrukcija.

Prednost u odnosu na sustav uzdužnih stijena:

• maksimalna mogućnost otvaranja (prozora) dužeg pročelja zgrade• organizacija prostora s poprečnim prozračivanjem

AK I. 2008/09 konstruktivni sustavi 8

Kombinirani sustavi s rasporedom nosivih stijena u dva međusobno okomita smjera.

• Izvode se kad to zahtijeva organizacija prostora.

KONSTRUKTIVNI SUSTAVI UZDUŽNIH I POPREČNIH PUNIH NOSIVIH STIJENA

Ovakav raspored može proizaći i iz potrebnog ukrućivanja sustava za postizanje stabiliteta cijelog konstruktivnog sklopa. Naime, kod sustava punih nosivih stijena ukrute za preuzimanje horizontalnih opterećenja (na pr. od vjetra) izvode se sa stijenama u smjeru okomitom na smjer nosivih stijena.

AK I. 2008/09 konstruktivni sustavi 9

2. SKELETNI (OKVIRNI) SUSTAVI (SUSTAVI S GREDAMA I STUPOVIMA)

To su sustavi s pravilno raspoređenim vertikalnim i horizontalnim elementima: stupovima i gredama (podvlakama).

Grede preuzimaju opterećenja stropova i prenose ih na stupove preko kojih se sva opterećenja prenose na temelje (najčešće pojedinačni temelji) i temeljno tlo.

Rasponi između stupova su ovisni o izboru stropne konstrukcije.

Povoljan je ritam istih raspona, odnosno ritam najviše dva do tri različita raspona.

Materijali za izvedbu skeletnih i okvirnih sustava su:armirani beton, čelik i drvo.

AK I. 2008/09 konstruktivni sustavi 10

Obzirom na vrstu stropne konstrukcije, položaj greda i raspone između nosivih elemenata skeletni sustavi se mogu izvoditi:

- s primarnim gredama

(ograničeni rasponi)

- s primarnim i sekundarnim

gredama (veći rasponi)

Sustav s primarnim gredama Sustav s primarnim i sekundarnim gredama

Skeletni sustavi bez vidljivih greda (grede postoje unutar stropne ploče)

AK I. 2008/09 konstruktivni sustavi 11

Primarne grede se mogu pružati:

- uzdužno s dužom stranicomtlocrta

- poprečno na dužu stranicu tlocrta

- u oba smjera

AK I. 2008/09 konstruktivni sustavi 12

Posebnost skeletnog sustava je izvedba konzole (greda s prepustom) gdje dio grede izlazi konzolno izvan sustava stupova, a što daje veću slobodu u rješavanju vanjske opne zgrade (na pr. ostakljena fasada).

GREDE U JEDNOM SMJERU GREDE U DVA SMJERA

(grede poprečno na pružanje tlocrta)

GREDE S KONZOLAMA

Prednosti skeletnog sustava:– veći rasponi– fleksibilan prostor– manja težina konstrukcije– veća mogućnost oblikovanja– maksimalna otvorenost svih pročelja– veća visina zgrade

AK I. 2008/09 konstruktivni sustavi 13

SUSTAVI OKVIRA I LUKOVA

To su linijski sustavi velikih raspona (u armiranom betonu uobičajeno 10 do 20 m, a u čeliku znatno više).

Međurazmaci okvira/lukova (x) kreću se od 4 do 6 ili 8 m, ovisno o vrsti stropne ili krovne konstrukcije.

x

AK I. 2008/09 konstruktivni sustavi 14

Uobičajene vrste zgrada s okvirnim i lučnim konstruktivnim sustavom: hale, mostovi, tornjevi, nadstrešnice i sl.

AK I. 2008/09 konstruktivni sustavi 15

3. PROSTORNI (TRODIMENZIONALNI) SUSTAVI

Djeluju kao jedna konstruktivna cjelina.

Imaju veliku čvrstoću u odnosu na svoju težinu.

Materijali od kojih se izvode su armirani beton, čelik i drvo.

OBLICI PROSTORNIH SUSTAVA:

- rešetkaste konstrukcije

- plošne ravne konstrukcije (nabrane konstrukcije)

- plošne zakrivljene konstrukcije (ljuske)

- lančanice

- šatori

AK I. 2008/09 konstruktivni sustavi 16

REŠETKASTE KONSTRUKCIJE (materijal: najčešće čelik)

DETALJ ČELIČNE REŠETKE

AK I. 2008/09 konstruktivni sustavi 17

DRVENA PROSTORNA KROVNA KONSTRUKCIJA

Paviljon za EXPO 2000.

AK I. 2008/09 konstruktivni sustavi 18

PLOŠNE RAVNE KONSTRUKCIJE (materijal: armirani beton)

NABRANA KONSTRUKCIJA (ODNOSI SE NA KROV)

AK I. 2008/09 konstruktivni sustavi 19

PLOŠNE ZAKRIVLJENE KONSTRUKCIJE – LJUSKE (materijal: armirani beton)

AK I. 2008/09 konstruktivni sustavi 20

ŠATORI (materijal: čelik i tekstil/plastika)

LANČANICE (materijal: čelik)

AK I. 2008/09 konstruktivni sustavi 21

STABILITET KONSTRUKTIVNIH SUSTAVA

Nosive konstrukcije trebaju osigurati prostornu krutost zgrade da deformacijenastale djelovanjem napadnih sila budu u dopuštenim granicama.

To se postiže:

- dovoljnom krutošću na savijanje vertikalnih konstrukcija- mogućnošću da horizontalne konstrukcije (stropovi) preuzmu i horizontalna

opterećenja te ih prenesu na vertikalne nosive elemente.

AK I. 2008/09 konstruktivni sustavi 22

SPOJEVI KONSTRUKCIJA

Spojevi konstrukcija trebaju biti konstruirani na način da se deformacije svedu na minimum.

DEFORMACIJE

Ukoliko su deformacije veće od dopuštenih može doći do gubljenja ravnoteže (prevrtanja), loma ili jakog savijanja.

UKRUĆIVANJE KONSTRUKTIVNIH SUSTAVA

Ukruta ima ulogu preuzimanja horizontalnih i kosih napadnih sila.

Izbor vrste ukrute ovisi o konstruktivnom sustavu i materijalu odkojeg je izveden.

AK I. 2008/09 konstruktivni sustavi 23

UKRUĆIVANJE SUSTAVA PUNIH NOSIVIH STIJENA

Izvodi se s nosivim stijenama ukrute (ostali nazivi: vezni zidovi, zidovi ili stijene ukrute).Stijene za ukrućenje su postavljene u smjeru koji je okomit na pružanje glavnih nosivih stijena, a izvedene su od istog materijala.

Međurazmak stijena za ukrutu ovisi o krutosti nosivih stijena, t.j. o njenoj vitkosti. Vitkost stijene je odnos visine i debljine stijene.

Što je vitkost nosive stijene veća to razmaci između stijena ukrute trebaju biti manji.

AK I. 2008/09 konstruktivni sustavi 24

UKRUĆIVANJE SKELETNIH SUSTAVA

Za skeletne sustave od armiranog betona i čelika prostorna krutost se potiže nosivim stijenama ukrute od armiranog betona.

Stijene ukrute se postavljaju u dva međusobno okomita smjera, a raspored i smještaj u tlocrtu se određuje prema statičkom proračunu i potrebama prostorne organizacije.

AK I. 2008/09 konstruktivni sustavi 25

Varijanta ukrućenja skeletnog sustava s armirano betonskim stijenama

AK I. 2008/09 konstruktivni sustavi 26

Kod skeletnih sustava u čeliku prostorna krutost se najčešće postiže dijagonalnim čeličnim elementima (dijagonalni čelični štapovi).

Kod sustava u drvu postiže se s drvenim dijagonalnim elementima (kosnici).

AK I. 2008/09 konstruktivni sustavi 27

primjeri

DIJAGONALNE ČELIČNE UKRUTE

(zgrada od čeličnih nosivih elemenata)

AK I. 2008/09 konstruktivni sustavi 28

primjeri

UKRUTA DRVENIM KOSNICIMA

(drvena kanatna konstrukcija)

AK I. 2008/09 konstruktivni sustavi 29

U prikazu konstruktivnog sustava definiraju se samo nosivi elementi.(kod sustava punih nosivih stijena i kod skeletnog sustava):

• vertikalni (zidovi ili stupovi)

• horizontalni (stropne konstrukcije)-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Osim nosivih elemenata, prostorna dispozicija sadržaja zgrade zahtjeva i izvedbu pregradnih stijena unutar zgrade, pregrada prema vanjskom prostoru, te elemente potrebnih zaštita i elemente za komunikaciju (vrata i prozori). Ovi se elementi ovdje ne prikazuju.

U odnosu na određeni konstruktivni sustav zgrade pružaju se veće ili manje slobode u projektiranju.

AK I. 2008/09 konstruktivni sustavi 30

STIJENE

Su vertikalni elementi zgrade koji ograđuju ili pregrađuju prostor.

PODJELA STIJENA

1. U ODNOSU NA PREUZIMANJE OPTEREĆENJA:

a) konstruktivne stijeneb) nenosive stijene

Konstruktivne stijene preuzimaju opterećenja. nosive stijene – vertikalna opterećenjanosive stijene ukrute – horizontalna i kosa opterećenja

Nenosive stijene nose samo svoju vlastitu težinu i imaju funkciju pregrađivanja.

AK I. 2008/09 konstruktivni sustavi 31

2. U ODNOSU NA POLOŽAJ U ZGRADI

a) vanjske stijeneb) unutarnje stijene

Stijene trebaju pružati određenu zaštitu od utjecaja kojima su izložene (vanjskih ili unutarnjih).

Utjecaji:

vanjski: vlaga, toplina, hladnoća, buka, ...unutarnji: buka, požar, ev. hladnoća ili toplina, ...

AK I. 2008/09 konstruktivni sustavi 32

3. U ODNOSU NA NAČIN IZVEDBE

a) zidane stijene (zidovi)b) monolitne stijene (homogene)c) montažne stijene (sastavljene)

4. U ODNOSU NA VLASTITU TEŽINU

a) masivne (teške) stijene (opeka, kamen, teški beton, ...)b) lagane stijene (lagani beton, drvo, metal, ...)

AK I. 2008/09 konstruktivni sustavi 33

5. U ODNOSU NA MATERIJAL IZVEDBE

a) stijene od opeka(zidane od opečnih elemenata)

b) stijene od betona(zidane od betonskih elemenata ili monolitne s ugrađenim betonom)

c) stijene od kamena(zidane od kamenih elemenata)

d) drvene stijene(montažne stijene sastavljene od drvenih nosača i obloga)

e) stijene od metalnih elemenata(montažne stijene sastavljene od metalnih nosača i obloga)

AK I. 2008/09 konstruktivni sustavi 34

UTJECAJ KONSTRUKTIVNOG SUSTAVA NA SLOBODU

KREIRANJA PROSTORA

Prikaz konstruktivnog sustava

neke zgrade – zidana konstrukcija

Zgrada istog konstruktivnog sustava:

Prikaz sa svim nosivim i nenosivim elementima: konstruktivnim i pregradnim (zidovi s prozorima i vratima)

AK I. 2008/09 konstruktivni sustavi 35

Prikaz konstruktivnog sustava neke zgrade - nosive armirano betonske stijene

Zgrada istog konstruktivnog sustava:

Prikaz varijanti sa svim nosivim i nenosivimelementima - konstruktivnim i pregradnim (unutarnji pregradni zidovi, vanjski zidovi ispune, prozori, vrata)

AK I. 2008/09 konstruktivni sustavi 36

Prikaz konstruktivnog sustava neke zgrade – skeletni sustav

Zgrada istog konstruktivnog sustava:

Prikaz varijanti sa svim nosivim i nenosivimelementima: konstruktivnim i pregradnim (unutarnji pregradni zidovi, vanjski zidovi ispune, prozori, vrata)

AK I. 2008/09 konstruktivni sustavi 37

U odnosu na tip konstruktivnog sustava i vrst materijala konstruktivnog sustava mogu se definirati sljedeće prostorno konceptualne i oblikovne značajke svakog sustava:

• zidana konstrukcija ograničava dimenzije prostora, otvori u zidovima su manji.

• konstrukcija s punim nosivim armirano betonskim stijenamaomogućava veću prostornu slobodu u projektiranju. Na pročeljima se mogu projektirati velike ostakljene stijene.

• skeletna konstrukcija je u prostornom smislu najpovoljniji sustav. Dopušta veliku slobodu u projektiranju prostora i naknadnim adaptacijama. Omogućava maksimalno ostakljenje pročelja.