SZERKEZETTAN I. Épületszerkezettan alapismeretek

1. SZERKEZETTAN I.Épületszerkezettan alapismeretek Antoni Gaudi Casa Mila 1906-1910 Barcelona

2. A magasépítés célja • a társadalmi igények kielégítésére irányulva • a technika és technológia eszközrendszerének segítségével • a művészet és tudomány eredményeinek felhasználásával is ÉPÜLETEK létrehozása. Az épületek létrehozása elsősorban téralkotó tevékenység, melynek építőelemei az ÉPÜLETSZERKEZETEK. Az épület egyes építőelemeinek kapcsolatával, az elemekből létrehozott egésszel, a szerkezetalkotás törvényszerűségeivel az ÉPÜLETSZERKEZETTAN foglalkozik.

3. Az épületszerkezetek osztályozása szerepük szerint Az egyes épületszerkezetek az épületben betöltött funkciójuk, szerepük szerint különfélék lehetnek. • teherhordó szerkezetek • térelhatároló szerkezetek • térelválasztó szerkezetek • nyílászáró szerkezetek • lépcsők • külső, belső felületképzések (burkolatok) • védőszerkezetek • épületgépészeti berendezések és vezetékek • beépített bútorok, felszerelések

4. Teherhordó szerkezetek A teherhordó szerkezetek hordják az épület terheit. • A szerkezetek kialakítása (fő kiterjedési iránya) alapján megkülönböztetünk: • Vízszintes teherhordó szerkezeteket: • alapok, • gerendák, • födémek, • áthidalók, • lépcsők.

5. Függőleges teherhordó szerkezeteket: • falak, • pillérek, • oszlopok • Térbeli teherhordó szerkezeteket: • fedélszék, • térrács, • rácsszerkezetek

6. Térelhatároló szerkezetek A külső és belső tér közötti határoló szerkezetek (egyben teherhordó is lehet) • vízszintes térelhatároló szerkezetek • tetőfödém • függőleges térelhatároló szerkezetek • külső, homlokzati falak

7. Térelválasztó szerkezetek Belső tereket egymástól elválasztó szerkezetek: • vízszintes térelválasztó szerkezetek: • álmennyezet, közbenső födém • függőleges térelválasztó szerkezetek (egyben teherhordó is lehet) • válaszfalak

8. Nyílászárószerkezetek Falban létesített nyílásokat lezáró szerkezetek. • ajtók, • ablakok, • kapuk, • függönyfalak

9. Lépcsők Az épületen belüli és kívüli szintkülönbségeket összekötő szerkezetek. • Egykarú, • Kétkarú, • Háromkarú, • Húzottkarú • Csigalépcső, stb.

10. Külső, belső felületképzések (burkolatok) Külső belső felületek védelmére, kedvező esztétikai megjelenésére szolgálnak. • Hideg burkolatok • Meleg burkolatok

11. Védőszerkezetek Külső, belső hatásokkal szembeni védőszerkezetek (hő, nedvesség, mechanikai hatás stb.) • Hőszigetelés, • Vízszigetelés • Páravédelem, • Rácsok, • Zárak, stb.

12. Épületgépészeti berendezések és vezetékek Víz, csatorna, erős- és gyengeáram, fűtés, szellőzés stb. Az épület egészéhez hozzátartoznak az épületszerkezetekkel összefüggő, azokhoz szorosan kapcsolódó berendezések (fürdőkád, WC, mosogató stb.), illetve felszerelések (csaptelepek, foglalatok, kapcsolók stb.)

13. Hatások és követelmények, a szerkezetek teljesítőképessége Az épületeket, épületszerkezeteket számos külső hatás éri, melyeket az adott épületszerkezetek meghatározott módon megfelelnek. Azt a mértéket, ahogyan az épületszerkezetek a külső, belső hatásoknak megfelel, az épületszerkezet teljesítőképességének nevezzük: • élettartam, • hőátbocsátás, • hangszigetelő-képesség, • tűzállóság stb.

14. Azt az igényt, amely megmutatja, hogy az épületszerkezet milyen mértékben legyen ellenálló a külső, és belső hatásokkal szemben az épületszerkezetekkel szemben támasztott követelmények határozzák meg. E követelmények szintje szoros összefüggésben van az épület rendeltetésével, valamint azzal, hogy a vizsgált szerkezetek az épület mely részén milyen szerepet tölt be. A követelményeket általában szabványok, szabályzatok, műszaki előírások tartalmazzák. Természetesen teljesen más igényeket fogalmazunk meg egy hétvégi házzal, mint egy családi házzal, illetve egy raktárral, mint egy irodával szemben.

15. Az épületszerkezetek érő hatások Az épületeket leggyakrabban érő hatások az állandó és esetleges terhek. Az állandó terhek: • szerkezet saját súlyát, illetve • a szerkezetben véglegesen és állandóan működő egyéb terheket és hatásokat jelentik.

16. esetleges terhek: • hasznos terhek • pl. lakások összes helyisége, szálloda, üdülő szobái, óvoda, bölcsőde szobái 1,5 kN/m2 • irodák, öltözők, laboratóriumok, igazgatási épületek, számítógépterem 2 kN/m2 • tantermek, beépített ülőhelyes előadók 3 kN/m2 • a meteorológiai terhek • hó (0,8 kN/m2, 30°alatt; 60°felett 0; közben interpoláció), • hőmérsékletváltozás, • Szélteher (szélszívás, szélnyomás) • rendkívüli terhek (pl. földrengés, robbanás, járműütközés) • egyéb terhek (jégteher, földmozgás, földnyomás, talajvíznyomás, rétegvíznyomás)

17. rendkívüli terhek • földrengés, • robbanás, • járműütközés • egyéb terhek • jégteher, • földmozgás, • földnyomás, • talajvíznyomás, • rétegvíznyomás

18. A fentieken kívül számos egyéb hatás éri még az épületszerkezeteket, mind külső, mind belső hatásként: • páradiffúzió, • páralecsapódás, • hőhatás (külső, belső hőmérséklet ingadozás hatása) • hanghatás, zajhatás, • fényhatás, UV sugárzás • férgek rágcsálók

19. A szerkezetekkel szemben támasztott követelmények Az épületeket és azok szerkezeteit úgy kell kialakítani, hogy azok funkciójuknak károsodás nélkül megfeleljenek. A huzamos emberi tartózkodásra szolgáló épületek szerkezeteinek az emberi jelenlét által igényelt egészségügyi feltételeket is biztosítani kell, így a szerkezeteknek az épületfizikai követelményeknek is messzemenően meg kell felelniük. Huzamos emberi tartózkodásra szolgáló épületek, illetve helyiségek, ahol a funkció egyidejűleg több mint 2 óra tartózkodást tesz szükségessé, illetve két használat között nem telik el több mint 2 óra.

20. Hőszigetelés, hővédelmi követelmények A szerkezetek hőszigetelése alapvető követelmény, mely • részben az épület belső tereinek megfelelő hőmérsékletet biztosít, a belső terek téli hőveszteségét csökkenti, • másrészt az épületszerkezeteket védi a hőingadozás káros hatásaitól (téli hideg, nyári meleg) • ugyanakkor ki kell elégíteni az energetikai-gazdaságossági követelményeket is.

21. A hőszigetelés szempontjából legkritikusabb szerkezetek a • homlokzatok bizonyos csomópontjai (födémtalálkozások, áthidalók, sarkok stb.) • a tetőfödémek, • tetőszerkezetek, • pincefödémek, • erkélyek, • nyílászárók stb.

22. A hőszigetelési követelményre vonatkozóan szabványban rögzített előírások vannak. Az új magyar szabvány a huzamos emberi tartózkodásra szolgáló helyiségek energiamérlegét szabályozza, mely az egyes épületszerkezetek hőátbocsátási tényezőjét (k), az épületek tömegét, tájolását stb. is figyelembe veszi.

23. Páravédelem Az épületekben a funkciótól függő eredetű és mennyiségű pára képződik, mely a levegő hőmérsékletének és a relatív légnedvesség függvényében a határoló szerkezetek felületein és/vagy a szerkezetek belsejében lecsapódhat. Ez gyakran okozhat károsodást, mely a szerkezetek • megfelelő hővédelmével, • a megfelelő léghőmérséklet biztosításával, a páradiffúzió szabad lefolyásának lehetővé tételével, • illetve a páratartalom csökkentésével (megfelelő szellőztetés) kiküszöbölhető.

24. Zajvédelem Az épületek zajvédelmének mértékét: • külső térből érkező • belső, egymással érintkező terek közötti zajvédelem az épület tereinek rendeltetése határozza meg és az épületek szerkezeti kialakításának függvénye.

25. Hagyományos (nagy fajlagos tömegű) épületszerkezeteknél a léghang-gátlás mértéke közel fajlagos tömegükkel arányos. Könnyebb szerkezeteknél (amikor a szerkezet fajlagos tömege kisebb) a léghang- és lépéshang-gátlást általában többrétegű szerkezet egyes rétegeinek akusztikai tulajdonságainak (kéregszerkezet, hangelnyelő réteg, saját rétegszám stb.) összehangolásával érik el.

26. Tűzvédelem Az épület tartószerkezeteivel szemben tűzvédelmi követelmény, hogy az épület állékonyságában betöltött szerepük és az épület előírt tűzállósági fokozatának függvényében, meghatározott időtartamig megtartsák teherhordó képességüket, és ezáltal – tűz esetén – az épületben folyó tűzvédelmi tevékenység, menekülés, mentés, vagyonvédelem lebonyolítást biztosítsák.

27. A térelhatároló (nem teherhordó) szerkezetekkel szemben követelmény, hogy azok az egyes helyiségek rendeltetése, valamint az épület tűzállósági fokozatának függvényében megakadályozzák a tűz más helyiségekre, illetve az épület más részeire való átterjedését. A burkolatokkal szemben követelmény, hogy azok ne segítsék elő a tűz vezetését és égésük során ne akadályozzák az épület kiürítését (toxikus gázok stb.) és oltását.

28. Épületek szerkezeti rendszerei Renzo Piano Centre George Pompidou 1977 Paris

29. Kialakítását tekintve két különböző épülettípus létezik: • Sejtszerű-, cellaszerű tereket magába foglaló épületek szerkezeti rendszerei, melyek jellegzetessége, hogy • sok térből szervezettek, viszonylag kis terek együttese (szobák) • általában többszintesek, • jellemzőjük a fal- és födémszerkezet. Ilyenek a lakóházak, iskolák, irodák stb. • Nagyterű épületek, épületrészek, melyek jellegzetessége • nagy fesztávok (csarnokok), • speciális térlefedő szerkezet. Ilyenek a raktárak, ipari csarnokok, tornacsarnokok.

30. A sejtszerű-, cellaszerű tereket magukba foglaló épületek szerkezeti rendszereinek felosztása I. Falas szerkezeti rendszerű épületek A függőleges teherhordó szerkezet „tömör” fal. Jellemzője a terhek vonal menti eloszlása. Teherhordó falak hordják az épület összes terhét; a födémeket, a fölötte lévő falakat, illetve hasznos és egyéb terheket.

31. Falazóelemekből készülő falas építési rendszer • teherhordó falak: falazóelemből, • födémek: előregyártott gerendás béléstestes, vagy monolit vasbeton födémek, • monolit vasbeton, vagy kiselemes lépcső • Válaszfal: falazott, kiselemes.

32. Blokkos építési rendszer • fal: kohóhabsalak, keramzit betonból, blokkból, illetve vázkerámiából emeletmagas, vagy félemelet magas teherhordó falelemek, 0,6-1,2 m szélesek. • födém: födémpalló (0,6-1,2 m széles) • lépcső: szegélygerenda, egy vagy két darab lépcsőkar-elem, pihenőfödém (középelemes) • válaszfal: pallós válaszfal.

34. Paneles építési rendszer • Az épület függőleges teherhordó szerkezetei üzemben előregyártott szobanagyságú külső teherhordó, hőszigetelt szendvics panelelemek és belső falelemek. • födémei félszoba, vagy szoba nagyságú vasbeton födémelemek. • lépcső: pihenő + teljes lépcsőkar + félpihenő egy elemként. • válaszfal: előregyártott vasbeton falelem

36. Vasbeton öntöttfalas, alagútzsalus építési rendszer • Nagytáblás zsaluval, vagy alagútzsaluval készített monolit vasbeton szerkezet. Teherhordó falak, födémek, lépcsők monolit vasbetonból készülnek. • A tömör vasbeton falakra hőszigetelés és különféle burkolat (könnyű, nehéz) kerül légréssel, vagy légrés nélkül. Az alagutak végfalára falazott, vagy előregyártott falelemek, esetleg úgynevezett szakipari falak (nyílászáró + tömör felületek) kerülhetnek.

39. A falak elrendezése szerint lehetnek • Hosszfalas szerkezeti rendszerű épületek • Harántfalas szerkezeti rendszerű épületek • Vegyes falas szerkezeti rendszerek

40. Hosszfalas szerkezeti rendszerű épületek: • A hosszfalas szerkezeti rendszerű épületek terheket viselő (teherhordó) falai az épület alaprajzát figyelembe véve hosszanti irányban helyezkednek el. Az épület egyéb keresztirányú falai csupán önhordó, térelhatároló, vagy térelválasztó szerkezet. • A födémek a teherhordó falakra teljes hosszban (vonalmentén) adják át terheiket. A szélső teherhordó falakra jutó teher lényegesen kisebb, mint a középső hosszfalakra jutó teher. A hosszfalas szerkezeti rendszerű épületet megfelelően elhelyezett keresztirányú falak merevítik.

41. Harántfalas szerkezeti rendszerű épületek: • A teherhordó falak az épület alaprajzát tekintve hosszirányra merőlegesen, azaz harántirányban helyezkednek el. • Az épület egyéb külső falai csupán önhordó, vagy kitöltő, azaz térelhatároló falak. A födémek a teherhordó falakra teljes hosszban (vonalmentén) adják át terheiket. A harántfalas szerkezeti rendszerű épületet megfelelően elhelyezett hosszirányú falak merevítik.

42. Vegyes falas szerkezeti rendszerek: • Egyes részek hossz-, más részek harántfalas szerkezeti rendszerűek.

43. II. Vázas szerkezeti rendszerű épületek • A függőleges teherhordó szerkezet pillér vagy oszlop (pillér: négyszög, oszlop: kör) • A pilléreket általában kiváltógerendák (mestergerendák), perem vagy szegélygerendák kötik össze. • Jellemzője a terhek pontszerinti eloszlása. • A térelhatároló (kitöltő) illetve térosztó falak nem teherhordóak. • A vázas rendszerű épületek téralakítása, térosztása, szintszáma kevesebb kötöttséget jelent.

44. A vázas szerkezeti rendszerű épületeket merevíteni kell! • Merevítés befogott pillérrel, merevítő fallal, vagy szélráccsal biztosítható. • A vázas szerkezeti rendszerű épületeknél a födémek terheiket a gerendákra, vagy gerendarácsra vonalmentén, a gerenda, vagy gerendarács terheit a pillérre pontszerűen adja át.

45. A kiváltó gerendák és az épület alaprajzi kiterjedése alapján vannak • hossz-, illetve harántvázas, • kétirányban teherhordó, illetve, • síklemez (gomba, rejtett gomba) födémek.

46. A főbb szerkezeti elemek • alapozás (pont, gerendarács, lemez) • pillér vagy oszlop • gerenda, • födém (közbenső, záró), • lépcső • merevítőszerkezet. Anyagok lehetnek: • monolit vagy előregyártott vasbeton, • acél, esetleg alumínium • fa

47. III. Vegyes szerkezeti rendszerű épületek • A tömör teherhordó falak áttörésével, a terek összenyitásának szükségességével a nagyobb bevilágító felületek elhelyezhetőségének igényével jöttek létre a vegyes szerkezeti rendszerű épületek, melyeknél a függőleges teherhordó szerkezet részben fal-, részben pillér, vagy oszlop.

48. IV. Különleges szerkezeti rendszer • A térelemes építésnél gyárban, vagy üzemben teljes szobanagyságú, vagy egyéb funkciójú (vizes blokk, fürdőszoba, WC stb.) térelem készül, melynek padlója, falai, födéme van. A gyárban a térelembe kerülő vezetékek, csövek, burkolatok, csatlakozó szerkezetek beépítésre kerülnek. • A térelemek egymás mellé-, illetve egymásra helyezése után csupán a csatlakozásokat kell összeépíteni.