Online Help

Požární odolnost betonového sloupu

Zadání

Cílem tohoto návodu je navrhnout a posoudit výztuž železobetonového sloupu na účinky požáru. Sloup má obdélníkový průřez o rozměrech 400x300 mm a výšce 3000 mm. Sloup je namáhán normálovou tlakovou silou, ohybovým momentem a posouvající silou v obou směrech. Výsledné průběhy vnitřních sil pro Mezní Stav Únosnosti (ULS) při základní návrhové kombinaci jsou vypsány v tabulce níže. Použit má být beton třídy C35/45 a ocel třídy B550B. Sloup je umístěn uvnitř kancelářské budovy a je uvažován vetknutý v patě sloupu.

Vnitřní síly na sloupu

Vytvoření nové úlohy

Po spuštění programu "Beton požár" se zobrazí následující obrazovka:

Úvodní obrazovka programu Beton požár

Program umožňuje v rámci jednoho projektu počítat libovolné množství úloh. Úlohy mohou být typu "Řez" či "Dílec". Úlohy typu "Řez" jsou vhodné pro ruční posouzení betonových průřezů, úlohy typu "Dílec" se používají především při posouzení konstrukcí vytvořených v programech "Fin 2D" a "Fin 3D". V tomto případě budeme zadávat a posuzovat pouze jednu úlohu typu "Řez". Na úvodní obrazovce lze v části "Obecné údaje o projektu" zadat název, popis a další identifikační údaje o projektu. Stisknutím tlačítka "Upravit" se zobrazí dialogové okno s identifikačními údaji projektu:

Dialogové okno "Obecné údaje o projektu"

Zadané informace mohou být později zobrazeny například v záhlaví či zápatí výstupních protokolů. Dále na úvodní obrazovce se nachází část "Norma" kde lze po kliknutí na tlačítko "Upravit" zvolit požadovanou národní přílohu. Podporované národní přílohy se nachází v nabídce, pokud se zde nenachází vhodná národní příloha, lze zvolit uživatelskou a ručně definovat součinitele spolehlivosti.

Okno pro výběr normy

Jako poslední lze v části "Parametry požární odolnosti" po kliknutí na tlačítko "Upravit" zvolit standardní dobu požární odolnosti. Veškeré vstupní údaje do projektu mohou být upraveny, kdykoli v průběhu práce s programem.

Před začátkem samotné práce je vhodné úlohu uložit. To lze provést pomocí tlačítka "" či v hlavním menu (položka menu "Soubor" "Uložit jako"). Využít lze též klávesovou zkratku "Ctrl+S".

Okno pro uložení projektu

Nyní lze přistoupit k zadání nového řezu. Stiskneme tlačítko "Přidat řez“ v horní části zadávacího stromečku:

Přidání úlohy typu "Řez"

Zobrazí se dialogové okno, kde vložíme název řezu. Zadáme název "Sloup C1". Zadání úlohy potvrdíme stisknutím tlačítka „OK“.

Dialogové okno pro zadání nového řezu

V zadávacím stromečku v levé části obrazovky se vygenerovala položka "Sloup C1", představující nový řez. Program se automaticky nastavil na tuto položku, takže můžeme rovnou zadávat parametry řezu.

Úloha typu "Řez" bez zadaných údajů

Průřez, Materiál, Vyztužení

Nejprve je nutné zadat základní geometrické a materiálové charakteristiky řezu v části "Průřez, Materiál, Vyztužení". "Typ prvku" určuje, jakou má prvek v konstrukci funkci: nosník, sloup, deska, stěna.

Volba typu prvku

V tomto případě je nutné vybrat typ "Sloup". Tato volba ovlivňuje způsob posouzení a kontrolu konstrukčního uspořádání výztuže.

Dále kliknutím na tlačítko "Průřez" zvolíme požadovaný tvar průřezu a zadáme jeho rozměry. Program podporuje zadávaní vlastních typů průřezu, nicméně pro účely tohoto příkladu si vystačíme s předdefinovaným průřezem.

Zadaný průřez sloupu

Následuje zadání použitých materiálů. To provedeme v dialogovém okně "Materiály", které spustíme tlačítkem "Materiál" v části "Průřez, Materiál, Vyztužení". S ohledem na umístění sloupu uvnitř objektu zvolíme kategorii "Prostředí" jako "XC1" neboť sloup není nijak ohrožen vnějším prostředím. Následuje zadání samotných materiálů pro beton, podélnou a smykovou výztuž. Protože používáme standardní materiály, je možné využít knihovny předdefinovaných materiálů, které nalezneme pod tlačítky "Katalog" u příslušného řádku.

Dialogové okno "Materiály"

Pro volbu prostředí sloupu klikneme na tlačítko "Edit", vybereme typ prostředí "XC1 - suché nebo stále mokré" a potvrdíme v dialogovém okně kliknutím na tlačítko "OK".

Dialogové okno pro výběr prostředí sloupu

Pro beton vybereme třídu "C 35/45" a dialogové okno ukončíme tlačítkem "OK".

Výběr třídy betonu

Následuje zadání oceli. Jak pro ohybovou, tak i pro smykovou výztuž zvolíme ocel "B550" a dialogové okno ukončíme tlačítkem "OK".

Zadání třídy oceli

Po návratu do dialogového okna "Materiály" vidíme přehled zadaných materiálů a zároveň si můžeme v části "Minimální třída betonu" ověřit, že vybraná třída betonu splňuje požadavky na minimální pevnost s ohledem na vybranou kategorii vlivu prostředí. Ve spodní části tohoto dialogového okna lze zadat vlastnosti materiálu, důležité pro výpočet požární odolnosti. Poté můžeme zavřít okno "Materiály" tlačítkem "OK".

Kontrola minimální třídy betonu a zadání vlastností materiálu pro výpočet požární odolnosti

Zatěžovací případy

Po zadání průřezu a materiálu můžeme pokračovat buď zadáním výztuže nebo zatěžovacích případů. Nejprve zadáme zatěžovací případ, neboť poté uvidíme výsledky posouzení ihned v průběhu zadávání výztuže. Pro zadání zatěžovacího případu využijeme tlačítko "Přidat" pod tabulkou v části "Zatěžovací případy".

Tlačítko pro přidání zatěžovacích případů

V dialogovém okně "Nový zatěžovací případ" nejprve zvolíme "Typ kombinace". Tato volba určuje, dle jakého kombinačního předpisu byly získány vnitřní síly a pro jaký posudek má být zatížení použito. Dostupné jsou následující možnosti:

V našem případě zvolíme "základní návrhová (MSÚ), jelikož výsledné vnitřní síly na sloupu pochází ze ze základní kombinace pro trvalé a dočasné návrhové situace. Nyní v okně zadáme vnitřní sily na řezu 3m dle tabulky v zadání. sílu N= -685kN (jedná se o tlakovou sílu, proto zadáváme se záporným znaménkem), ohybové momenty M_y= 140kNm, M_z= 135kNm a posouvající síly V_z= -80kN and V_y= -70kN negativní hodnota znamená, že účinkují ve stejném směru jako ohybové momenty). Následně je potřeba zadat "Redukční součinitel", postup stanovení přesné hodnoty součinitele je uveden v kapitole 2.4.2 normy EN 1992-1-2. Jako zjednodušení lze uvažovat pro η_fi hodnotu 0,7.

Zároveň bychom měli zadat "Koeficient trvání zatížení", který zohledňuje podíl kvazistálého zatížení na celkové hodnotě zatížení při výpočtu součinitele dotvarování. Pokud tento údaj není přesně znám, je možné nechat součinitel rovný 1,00. Poté bude celá hodnota zatížení uvažována jako kvazistálá. Zatěžovací případ vložíme tlačítkem "Přidej".

Výběr typu kombinace u zatěžovacího případu

Zadané zatěžovací případy se zobrazí v přehledné tabulce.

Tabulka zadaných zatěžovacích případů

Nicméně vkládaní zatěžovacích případů po jednom je poměrně zdlouhavé, proto je možné přidat zatěžovací případy i formou importu souboru, podporované soubory jsou *.txt, *.xslx, *.csv (tlačítko "Import").

Načtení *.txt souboru s vnitřními silami

Okno "Import zatížení" se zobrazí po načtení zdrojového souboru pro import zatížení. Toto okno slouží k přiřazení jednotlivých skupin dat ze zdrojového souboru ke skupinám dat, které jsou rozpoznány v softwaru. Pokud jsou importována data ve zdrojovém souboru formátována do tvaru uvedeném v tabulce v zadání přikladu zobrazí se okno "Import zatížení" s podobným rozhraním. Poté je nutné pouze přiřadit sloupce ze zdrojového souboru (4) ke sloupcům importovaných dat (5). Kontrolu provedeme v náhledu na výsledek importu (6), kde se přesvědčíme, že importována data odpovídají zdrojovému souboru.

Importováni tabulkových dat

Nyní se importované zatěžovací stavy zobrazí v přehledné tabulce zatěžovacích případů. Při správném provedení importu by se první zatěžovací stav měl shodovat se zatěžovacím stavem, který jsme ručně zadali dříve. Ten můžeme nyní smazat a pokračovat dále.

Tabulka zadaných zatěžovacích případů po provedení importu dat

Podélná výztuž

Po návratu do hlavního okna programu můžeme přistoupit k zadání ohybové a smykové výztuže. Dialogové okno pro zadání podélné výztuže spustíme tlačítkem "Vyztužení" v části "Průřez, Materiál, Vyztužení". Horní část okna obsahuje volbu způsobu stanovení krytí výztuže. Ponecháme výchozí variantu "Minimální krytí a třmínky". Tento způsob zajišťuje, že je podélná výztuž vzdálená od okraje průřezu o hodnotu, která se rovná součtu minimálního krytí a průměru obvodových třmínků. Výpočet hodnoty krytí si lze prohlédnout v samostatném okně, které se spouští tlačítkem "Minimální krytí".

Zadaná podélná výztuž sloupu

V dialogovém okně "Editace vyztužení" můžeme snadno zadat potřebnou výztuž. Výztuž zadáme z profilů o průměru 22mm tak, aby pozice odpovídala té uvedené na obrázku. Zadání provedeme pomocí čtyř samostatných řad. V obou seznamech "Horní výztuž zadaného průřezu" a "Dolní výztuž zadaného průřezu" zaškrtneme políčka u prvních řádků a tím zadáme horní a dolní řadu výztuže. Profil změníme na 22mm. Způsob určení polohy ponecháme na variantě "Min. kr.". V takovém případě program určí polohu vložek automaticky tak, aby byly umístěny co nejblíže hornímu, resp. dolnímu, okraji a zároveň aby poloha vyhovovala kritériu minimálního krytí výztuže. Následně v části "Horní výztuž zadaného průřezu" použijeme i druhou a třetí řadu výztuže, kde však zadáme polohu dvou vložek o průměru 22mm způsobem "Pozice". V tomto případě je poloha vložek dána svislou vzdáleností středu vložek od horní hrany průřezu.

Po zadání výztuže v dolní části okna po kliknutí na tlačítko "" vidíme, že množství podélné výztuže je dostačující a návrh vyhovuje (využití průřezu ohybem 63,3%). Zároveň si v části "Informace o vyztužení" můžeme ověřit, že jsou splněny konstrukční zásady dané normou. Tlačítkem "OK" se můžeme vrátit do základního okna programu.

Okno "Krytí výztuže" obsahuje řadu voleb, které ovlivňují hodnotu krytí výztuže. V našem případě do těchto nastavení nemusíme zasahovat, okno opustíme tlačítkem "OK".

Okno "Krytí výztuže"

Minimální krytí podélné výztuže se může změnit po zadání příčné výztuže, jelikož jsme zvolili možnost "Minimální krytí a třmínky" v dialogovém okně "Editace vyztužení" podélné výztuže.

Smyková výztuž

Dalším krokem je zadání příčné výztuže. Zadání se provádí v samostatném okně, které spustíme tlačítkem "Smyková výztuž". V tomto okně zaškrtnutím políčka "Obvodové třmínky" zpřístupníme políčka pro zadání vlastností třmínků. Zadáme odvodové třmínky o průměru 8mm a jejich vzájemnou vzdálenost 150mm.

Zadání příčné výztuže

Po zadání smykové výztuže klikneme na tlačítko "" vidíme, že množství smykové výztuže je dostačující a návrh vyhovuje (využití průřezu ve smyku 49,3%). Okno ukončíme tlačítkem "OK".

Imperfekce, vzpěr

Následuje zadání imperfekce a parametrů vzpěru. Nejprve zaškrtneme nastavení "Připočíst imperfekci l/400", které do posouzení zahrne imperfekci v souladu s článkem 5.2(9) normy EN 1992-1-1. Jako délku l, která je použita pro stanovení velikosti imperfekce, zadáme délku sloupu 3m. Dále je nutné zaškrtnout obě nastavení "Počítat vzpěr Y/Z", aby byl ve výpočtu zohledněn vzpěr v obou hlavních směrech. Základní délky pro výpočet vzpěrných délek jsou převzaty z délky prvku pro stanovení imperfekce. Ve výchozím nastavení je uvažováno kloubové uložení konců, takže vzpěrné délky L_0y a L_0z jsou rovné hodnotě 3m. Tlačítkem "Vzpěr" lze vyvolat okno s podrobnými parametry, kde lze například změnit metodu výpočtu vzpěru. V našem případě tyto změny provádět nebudeme.

Zadané vlastnosti imperfekce a vzpěru

Pro tento případ je nutné zvolit jiné uložení paty sloupu, je možné tak učinit pro každý směr pomocí tlačítka "" za základní délkou pro výpočet vzpěrné délky.

Určení typu podepření pro výpočet vzpěrné délky

Požár

Metody pro výpočet požární odolnosti lze nastavit v sekci "Požár". Program nabízí na výběr Zónovou metodu a Metodu izotermy 500°C. Pro prvek typu sloup je doporučeno použít typ výpočtu "Zónová metoda". Výběr metody výpočtu dle přílohy B normy EN 1992-1-2.

Výběr teplotní křivky popisující vývoj teploty plynů v okolí posuzovaného prvku lze definovat kliknutím na tlačítko "Teplotní křivka".

Volba metody pro výpočet požární odolnosti

Na místě interakčního diagramu může být zobrazeno též rozložení teploty po průřezu. K přepínání zobrazení slouží záložky "Interakční diagram" a "Rozložení teploty" v záhlaví kreslící plochy.

Metoda izotermy 500°C (levá) and Zónová metoda (pravá)

Výběr, jakým způsobem je prvek vystaven účinkům požáru (exponovaný ze všech stran, částečně zakrytý apod.). Výběr probíhá v okně "Požární detail" po stisku stejnojmenného tlačítka.

Požární detail

Výsledky

Zadáním údajů o požární odolnosti jsme zkompletovali vstupní údaje, takže program v pravé horní části okna může zobrazit výsledky. Jedná se především o celkové shrnutí výsledků ("Posouzení MSÚ") a interakční diagram. Pro interakční diagram lze zvolit způsob zobrazení, k dispozici je jak prostorový diagram, tak rovinné diagramy vytvořené v místech zadané veličiny "N", "M_y" či "M_z" nebo v rovině dané směrem ohybu.

Volba typu zobrazeného interakčního diagramu

Přepínat mezi dialogovými okny lze pomocí záložek v horní části hlavního dialogového okna. Po kliknutí na daný zatěžovací stav, program zobrazí jeho polohu v interakčním diagramu. Pokud se bod nachází uvnitř plné čáry interakčního diagramu, pak zadaný průřez vyhovuje. Tečkovaná čára značí interakční diagram bez účinku imperfekcí a vzpěru.

M_y - M_z interakční diagram

N - M_y interakční diagram

N - M_z interakční diagram

Protože jsme dokončili kompletně zadávání, je vhodné úlohu uložit na disk, což můžeme provést například tlačítkem "" v nástrojové nebo klávesovou zkratkou "Ctrl+S". Stav, kdy je vhodné úlohu uložit (aktuální podoba úlohy se liší od stavu úlohy na disku), poznáme též podle toho, že v záhlaví programu se za názvem souboru zobrazuje symbol "*".

Indikace neuloženého stavu úlohy

Protože jsme v průběhu zadávání splnili všechna konstrukční opatření a protože hlavní okno nám zobrazuje vyhovující využití pro mezní stavy únosnosti i použitelnosti, můžeme považovat naši úlohu za dokončenou.

Výstupy

Pro generování výstupu včetně informací o firmě, je nejprve nutné tyto informace zadat. Toto provedeme kliknutím na tlačítko "Firma" pod položkou Nastavení na hlavní dialogové liště.

Nastavení informací o firmě

Zobrazí se dialogové okno "Údaje o firmě" kde zadáme údaje, které chceme zobrazit ve výstupech projektu. Je možné také vložit firemní logo, které se bude následně zobrazovat v záhlaví dokumentu.

Dialogové okno s údaji o firmě

Pokud jsou nastavení dokončena, můžeme přistoupit k sestavení dokumentace. Nejprve vytiskneme stručný jednostránkový výstup, kde jsou zobrazeny veškeré vstupní údaje a výsledky posouzení. Tvorbu tohoto výstupu spustíme tlačítkem "" v nástrojové liště nebo položkou "Grafický tisk" v části "Soubor" hlavního menu.

Vygenerovaný grafický výstup

V horní části dialogového okna se nacházejí tlačítka "Vzhled stránky" a "Záhlaví a zápatí". Po kliknutí na tlačítko "Vzhled stránky" se zobrazí dialogové okno, kde je možné nastavit formát, okraje či barvi výstupního dokumentu.

Nastavení vzhledu stránky

Po kliknutí na tlačítko "Záhlaví a zápatí" se zobrazí dialogové okno pro přiřazení informací o projektu do záhlaví či zápatí výstupu. Pro zobrazení firemního loga zaškrtneme "vložit firemní logo". Informace o projektu je možné vkládat do záhlaví či zápatí pomocí tlačítka "Vložit".

Nastavení záhlaví a zápatí

Kromě tohoto stručného výstupu můžeme vytisknout i podrobnou textovou či grafickou dokumentaci. Sestavení této dokumentace můžeme spustit přímo z hlavního okna pomocí tlačítka "" v nástrojové liště nebo pomocí položky "Textový/Grafický tisk" v části "Soubor" hlavního menu. Protože jsme však stále v okně pro sestavování dokumentace, můžeme do režimu textových výstupů přejít přímo pomocí změny typu dokumentu v nástrojové liště. Výběr provádíme v rozbalitelném seznamu "Dokument:".

Vygenerovaný textový výstup

Po přepnutí do režimu "Tisková sestava" můžeme v levém stromečku v části "Volby tisku" nastavit, jaké části posouzení mají být součástí dokumentu a jak podrobné výpisy mají být.

Volby tisku pro textové výstupy

Program při jakékoliv změně ve stromečku ihned přegeneruje dokumentaci, aby odpovídala zadání. Pokud již dokumentace obsahuje všechny námi vyžadované informace, můžeme dokument opět uložit na disk.

Tlačítko pro exportování výstupu

Dokument můžeme přímo vytisknout pomocí tlačítka "" nebo uložit tlačítkem "" jako soubor *.pdf respektive *.rtf na disk. Využijeme druhou možnost a uložíme dokument na disk. V dialogovém okně "Uložit jako" můžeme zadat název souboru a cílovou složku.

Uložení souboru ve formátu *.pdf

Vygenerováním dokumentace je práce u konce.