Had-és biztonságtechnikai mérnök alapképzés
SZERKEZETTAN I.
– épületek szerkezetei 1. –
jegyzet
összeállította:
Macher Gábor
lektorálta:
Dr. Makovényi Ferenc
2013.
Bánki Donát Gépész és Biztonságtechnikai Mérnöki Kar Gépszerkezettani és Biztonságtechnikai Intézet
3
Tartalomjegyzék
ELŐSZÓ ... 7 1. ÉPÜLETSZERKEZETTAN ALAPISMERETEK ... 8 1.1. Az épületszerkezetek osztályozása ... 8 1.1.1. Teherhordó szerkezetek ... 8 1.1.2. Térelhatároló szerkezetek ... 8 1.1.3. Térelválasztó szerkezetek ... 8 1.1.4. Nyílászáró szerkezetek ... 9 1.1.5. Lépcsők, lejtők, rámpák ... 9 1.1.6. Felületképzések, burkolatok ... 9 1.1.7. Védőszerkezetek, szigetelések ... 91.1.8. Épületgépészeti, épületvillamossági berendezések, vezetékek, rendszerek ... 9
1.1.9. Egyéb épület berendezések és felszerelések ... 9
1.2. Épületek szerkezeti rendszerei ... 9
1.2.1. Falas szerkezeti rendszer ... 10
1.2.2. Vázas szerkezeti rendszer ... 16
1.2.3. Vegyes szerkezeti rendszerű épületek ... 18
1.2.4. Különleges szerkezeti rendszerű épületek ... 18
1.3. Hatások és követelmények, a szerkezetek teljesítőképessége ... 20
1.3.1. Az épületszerkezeteket érő hatások ... 20
1.3.2. A szerkezetekkel szemben támasztott követelmények ... 22
2. ALAPOZÁS ... 24
2.1. Az alapozás fogalma ... 24
2.2. Az alapozás módjának meghatározása ... 24
2.3. Talajmechanikai szakvélemény ... 24
2.4. Talajok osztályozása ... 25
2.5. Alapozás előkészítő munkák ... 26
2.5.1. Földmunkák ... 26
2.5.2. Dúcolás ... 27
2.5.3. Víztelenítési munkák ... 28
2.6. Az alapozás általános szabályai ... 29
2.7. Az alapozás módjai ... 30
2.8. A síkalapozás típusai ... 30
2.8.1. Sávalapozás ... 30
2.8.2. Pontalapozás ... 32
4 2.8.4. Lemezalapozás ... 34 2.9. Mélyalapozás típusai ... 36 2.9.1. Cölöpalapozás ... 36 2.9.2. Kút vagy szekrényalapozás ... 38 2.9.3. Résfalas alapozás ... 40 2.10. Alapszigetelés ... 42
2.10.1. Az épületet a talaj felől támadó vízhatások ... 42
2.10.2. Vízzárási követelmények ... 43
2.10.3. Vízszigetelések anyagai, vízszigetelési rendszerek... 44
3. FALSZERKEZETEK ... 47
3.1. A falak feladata ... 47
3.2. A falak osztályozása ... 47
3.2.1. A falak osztályozása tartószerkezeti szempontból ... 47
3.2.1. A falak osztályozása alaprajzi elhelyezkedés szempontjából ... 47
3.2.2. A falak osztályozása anyaguk szerint ... 48
3.2.3. A falak osztályozása szerkezeti megoldás szerint ... 48
3.2.4. A falak osztályozása építési technológia szerint ... 49
3.3. Falazatok típusai ... 49
3.3.1. Természetes anyagú falak ... 49
3.3.2. Mesterséges anyagú falak ... 53
3.3.3. Válaszfalak ... 62 3.4. Koszorúk, kiváltók ... 68 3.4.1. A koszorú funkciója ... 68 3.4.2. A koszorú szerkezete ... 68 3.4.2. A kiváltók funkciója ... 69 3.4.3. A kiváltók szerkezete ... 69 4. FÖDÉMEK ... 72 4.1. A födém fogalma, részei ... 72 4.2. A födémszerkezetek fejlődése ... 72 4.3. A födémek csoportosítása ... 73 4.4. Födémtípusok ... 73 4.4.1. Boltozatok ... 73 4.4.2. Sík födémek ... 74
4.5. Egyéb vízszintes teherhordó szerkezetek ... 88
5. LÉPCSŐK ... 89
5
5.1.1. A lépcső fogalma ... 89
5.1.2. A lépcső elemei ... 89
5.1.3. A lépcsőkkel kapcsolatos előírások ... 90
5.2. A lépcsők osztályozása ... 92
5.2.1. Lejtésszög szerinti osztályozás ... 92
5.2.3. Teherátadás, teherviselés szerinti osztályozás... 92
5.2.4. Elhelyezkedés, alaprajzi kialakítás szerinti osztályozás... 93
5.2.5. Szerkezeti anyag alapján történő osztályozás ... 95
6. TETŐK ... 104
6.1. A tetőszerkezeteket érő hatások ... 104
6.2. A tető lejtése és a fedés összefüggése ... 104
6.3. Lapostetők és szigetelésük ... 105
6.3.1. Egyenes rétegrendű lapostető rétegei ... 108
6.3.2. Fordított rétegrendű lapostető rétegei ... 113
6.3.3. Lapostetők vízelvezetése ... 114
6.3.4. Zöldtetők ... 115
6.4. Magastetők ... 116
6.4.1. Fedélszerkezetek ... 116
6.4.2. Hagyományos fedélszerkezetek típusai... 117
6.4.3. Azonos állású fedélszékek ... 119
6.4.4. Fő és mellékállású fedélszékek ... 122
6.4.5. Mérnöki jellegű fa fedélszékek ... 126
6.4.6. Acél, illetve vasbeton tetőszerkezetek... 127
6.5. Magastetők fedése ... 128 6.5.1. Kiselemes tetőfedések ... 128 6.5.2. Táblás fedések ... 141 6.6.3. Tetőtér beépítés ... 146 7. BURKOLATOK ... 147 7.1. Burkolatok csoportosítása ... 147
7.2. Burkolatokkal szemben támasztott követelmények ... 147
7.3. Monolit jellegű burkolatok ... 147
7.3.1. Vakolatok ... 147
7.3.2. Helyszíni műkő burkolatok ... 148
7.3.3. Egyéb monolit burkolatok ... 148
7.4. Elemes burkolatok ... 148
6
7.4.2. Kő, műkő lap burkolatok ... 149
7.4.3. Fa burkolatok ... 151
7.4.4 Kerámia, kőporcelán lapburkolatok ... 151
7.5. Lemezekből készített burkolatok ... 151
7
ELŐSZÓ
Ez a jegyzet az Óbudai Egyetem, Bánki Donát Gépész és Biztonságtechnikai Mérnöki Kar, Had-és biztonságtechnikai mérnök alapképzés (BSc), Szerkezettan I. tárgy oktatásához készült, a tárgyat gondozó Gépszerkezettani és Biztonságtechnikai Intézet tárgytematikája alapján. A tantárgy célja az alapvető épületszerkezeti elemek és rendszerek, valamint a főbb összefüggések megismertetése, a szaktantárgyak (tűzvédelem, munkavédelem, vagyonvédelem) oktatása kapcsán felmerülő, az épületekkel összefüggő szabályzás megértésének alátámasztására, illetve a szakmagyakorlás során előforduló beruházói, tervezői egyeztetéseken, kooperációkon való hatékony és szakszerű részvétel elősegítésére.
A jegyzet nagyban támaszkodik a nagy elődök Dr. Gábor László, Kószó József, illetve az építészmérnök, építőmérnök oktatásban jeleskedő tanszékek és intézetek (BME ÉPK Épületszerkezettani Tanszék, SzIE Ybl Kar Építészmérnöki Intézet, SzE MTK Építészeti és Épületszerkezettani Tanszék) tankönyveire, jegyzeteire, óravázlataira, mind a szöveg, mind az ábrák tekintetében, nem felülírva, csak összegyűjtve e speciális célú tantárgy igényeinek és kereteinek megfelelően. Szintén nagy segítséget nyújtottak a jegyzet összeállításában az interneten egyre nagyobb mértékben megjelenő, épületszerkezeteket gyártó cégek honlapjai. Külön szeretnék köszönetet mondani a jegyzet lektorának, Dr. Makovényi Ferencnek a jegyzet elkészítése közben nyújtott önzetlen, a lektori feladatokat nagyban meghaladó szakmai segítségéért.
Macher Gábor okl. építészmérnök,
biztonságszervező szakmérnök
8
1. ÉPÜLETSZERKEZETTAN ALAPISMERETEK
1.1. Az épületszerkezetek osztályozása
Az épületek létesítésének építőelemei az épületszerkezetek. Az egyes épületszerkezetek az épületben betöltött funkciójuk, szerepük szerint különfélék lehetnek.
1.1.1. Teherhordó szerkezetek
Az épület teherhordó szerkezetei hordják az épületszerkezetekre ható terheket. Csoportosításuk elsősorban fő kiterjedési irányuk alapján történik, így megkülönböztetünk, vízszintes, függőleges és térbeli teherhordó szerkezeteket.
A vízszintes teherhordó szerkezetek fő kiterjedési iránya vízszintes. Ilyen szerkezetek az alapok nagy része, a gerendák, a födémek, az áthidalók, illetve a lépcsők.
A függőleges teherhordó szerkezetek fő kiterjedési iránya függőleges. Ilyen szerkezetek a falak, a pillérek, illetve az oszlopok. Pillérnek általában a szögletes, oszlopnak a kör keresztmetszetű függőleges teherhordó szerkezeteket nevezik.
A térbeli teherhordó szerkezetek általában olyan összetett szerkezetek, mely elemeinek a tér mindkét fő irányában jellemző kiterjedése van. Ilyenek a fedélszékek, térrácsok, egyéb rácsos teherhordó szerkezetek.
Az épület teherhordásában betöltött szerepük alapján elsődleges és másodlagos teherhordó szerkezeteket különböztetünk meg. Az elsődleges teherhordó szerkezetek az épület saját súlyát, hasznos terhelését és a külső erőkből és hatásokból eredő terheléseket veszik fel és közvetítik a talajra, mint a végső teherfelvevőre. Ilyenek a födémek, falak, alapok stb. A másodlagos teherhordó szerkezetek egyes épületszerkezeti elemek (pl. burkolatok, szakipari szerkezetek stb.) terheit veszik fel és továbbítják az elsődleges teherhordó szerkezetekre. Ilyenek a falváz tartók, szelemenek, függesztő és alátámasztó elemek.
Igénybevételük alapján tisztán nyomott, tisztán húzott, hajlított, csavart, nyírt illetve egyéb összetett igénybevételű szerkezeteket különböztetünk meg. Az igénybevétel ismerete alapján választható ki az ideális szerkezeti anyag (pl. húzott-acél, nyomott-tégla, beton, hajlított-acél, vasbeton stb.).
1.1.2. Térelhatároló szerkezetek
A térelhatároló szerkezetek a külső és belső tereket határolják el egymástól. A szerkezet teherhordó, vagy nem teherhordó is lehet. Vízszintes térelhatároló szerkezetek a tetőfödémek, vagy áthajtó feletti födémek, függőleges térelhatároló szerkezetek a homlokzati falak. Kialakításuknak, rétegrendjüknek az épületet kívülről érő hatások (hő, szél, csapadék stb.) elleni védelmét kell biztosítaniuk.
1.1.3. Térelválasztó szerkezetek
A térelválasztó szerkezetek az épület belső tereit választják el egymástól. Szintén lehet teherhordó, vagy nem teherhordó szerkezet is. Vízszintes térelválasztó szerkezet a közbenső födém, függőleges térelválasztó szerkezetek a belső falak.
9
1.1.4. Nyílászáró szerkezetek
A falban létesített nyílások lezárására szolgáló szerkezetek. Az ablakok a természetes megvilágítást és a természetes szellőzést biztosítják. Az ajtók és kapuk feladata nyitott állapotban a terek között szükséges mértékű forgalom, zárt állapotban a szükséges mértékű lehatárolás biztosítása.
1.1.5. Lépcsők, lejtők, rámpák
A lépcsők, lejtők és rámpák az épületen belüli és kívüli szintek közötti gyalogos, vagy jármű forgalom biztosítására szolgáló szerkezetek. A lépcsőket tovább osztályozhatjuk a karok száma, illetve kialakítása alapján. Eszerint egykarú, kétkarú, háromkarú, illetve egyenes, íves alaprajú valamint csigalépcsőket különböztetünk meg.
1.1.6. Felületképzések, burkolatok
A felületképzések, burkolatok a legfelső látszó rétegek, melyek a külső és belső felületek védelmét, kedvező esztétikai megjelenését szolgálják. Ide tartoznak a festések, mázolások és a hideg-, meleg burkolatok.
1.1.7. Védőszerkezetek, szigetelések
A külső és belső hatások elleni védelmet szolgáló szerkezetek. Ide tartoznak a hő- és hangszigetelések, a víz- és pára elleni szigetelések.
1.1.8. Épületgépészeti, épületvillamossági berendezések, vezetékek, rendszerek
Az épület komfortját biztosító rendszerek. Ide tartoznak a vízellátást, a csatornázást, a gázellátást, a fűtést, a szellőzést biztosító épületgépészeti, illetve az erősáramú és gyengeáramú épületvillamossági rendszerek.
1.1.9. Egyéb épület berendezések és felszerelések
Az épület egészéhez hozzátartoznak az épületszerkezetekkel összefüggő, azokhoz szorosan kapcsolódó berendezések (pl. fürdőkád, WC, mosogató stb.), illetve felszerelések (pl. csaptelepek, foglalatok, kapcsolók, árnyékolók stb.).
1.2. Épületek szerkezeti rendszerei
Az épületek szerkezeti rendszerét az épület funkciója, térszervezése, a helyszíni munka igény, az építés gépesítésének lehetősége, illetve gazdaságossága alapján választják meg.
Az épületek térszervezését tekintve két különböző kialakítású épülettípus létezik.
A sejtszerű, cellaszerű tereket magába foglaló épületek jellegzetessége, hogy sok kisebb térből (szobák, irodák stb.) szervezettek, melyek belső közlekedő rendszerről közelíthetők meg. Épületszerkezettani szempontból ez kisebb fesztávokat, általában többszintes épületet jelent, melyek jellemzői a falas, vagy pillérvázas kialakítás, illetve a födémszerkezetek. Ilyen épületek a lakóházak, irodák, iskolák stb.
10
A nagyterű, csarnokszerű épületek jellemzője az egy nagy osztatlan tér, mely épületszerkezeti jellemzője a nagyobb fesztáv illetve a speciális térlefedő szerkezet. Ilyen épületek a raktárak, ipari csarnokok, sportcsarnokok, stb.
1.2.1. Falas szerkezeti rendszer
A falas szerkezeti rendszerű épületek függőleges teherhordó szerkezete a tömör falszerkezet. A falak veszik át a födémek, illetve a felettük lévő falak terheit, illetve az egyéb terheket és továbbítják az alapozás felé. A terhek felvételének és továbbításának jellemzője a vonalszerűen eloszló teherátadás. A falazó elemek mérete, ebből következően mozgatásának kézi, vagy gépi módja határozza meg általában a hozzá tartozó vízszintes teherhordó szerkezetek (födémek, lépcsők), illetve a nem teherhordó falak típusát.
Kézi falazóelemekből készülő falas építési rendszer
A teherhordó falak kézi falazóelemekből készülnek. Az építésre a kézi mozgatás jellemző, az elemek súlya és mérete ehhez igazodik. Az építési rendszerhez gerendás-béléstestes, vagy monolit vasbeton födém, monolit vasbeton, vagy kiselemes lépcső, kiselemes, falazott válaszfal tartozik. A kisebb elemek rugalmasabb alaprajzi kialakítást biztosítanak, lehetővé teszik az építés gépesítés (daruzás) elhagyását, azonban az helyszíni építési idő megnövekszik.
11
Blokkos építési rendszer
A teherhordó falak középelemes falelemekből épülnek. Az elemek szélességi mérete 60-120 cm, melyek fél szint, vagy egész szint magasságúak. A rendszer további elemei: középelemes (pallós) födém, középelemes lépcső, illetve pallós válaszfal. A nagyobb elemekből gyorsabb, de daruzást igénylő építkezés szervezhető. Az elemek viszonylag keskeny mérete még nem szűkíti le teljesen a rugalmas alaprajzi kialakítás lehetőségeit.
2. ábra: Blokkos építési rendszer elemei
12
Paneles építési rendszer
Az épület függőleges teherhordó szerkezetei üzemben előregyártott szobanagyságú, emeletmagas külső teherhordó hőszigetelt szendvicspanelek és belső falelemek. A födémek, lépcsők, válaszfalak mind nagyelemes kialakításúak. Az építést nagymértékű előregyártás, rövid, gépesített helyszíni munka jellemzi. A nagyméretű elemek miatt az alaprajzi kialakítás lehetősége jelentősen kötött.
4. ábra: Nagyelemes(paneles) építési rendszer Monolit falas építési rendszer
Az épület teherhordó falai helyszínen, zsaluzatba öntött monolit vasbeton szerkezetek. A rendszerhez monolit vasbeton födém és lépcső, kiselemes, vagy monolit vasbeton válaszfal tartozik. Az építés helyszíni munka igénye nagy, de jól gépesíthető.
13
A helyszíni szerkezetek építési ideje csökkenthető nagyelemes zsaluzatok, illetve zsaluzati rendszerek használatával. Az alagútzsaluzat egyidejűleg biztosítja a teherhordó falak és a födémek zsaluzatát. Az aljzatra egymás mellé elhelyezett alagút formájú zsaluzatok közé és fölé megszerelik a vasalatot, majd kibetonozzák. A beton megszilárdulása után a zsaluzatot kissé elmozdítják, majd a falakkal párhuzamosan kihúzzák, és az elkészült födémekre helyezik. Ott újra kimerevítik és újra kezdődik a folyamat. A felsőbb szinteken kihúzóállványt használnak.
6. ábra: Alagútzsaluzás elve, zsaluzat áthelyezése
14
A falas szerkezeti rendszerű épületeket tovább osztályozhatjuk a teherhordó falak elhelyezkedése alapján.
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 szerkezetek. Az épület hosszirányú homlokzatán csak kis méretű nyílások létesíthetők.
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. Ezt a szerkezeti rendszert előszeretettel alkalmazták Budapest múlt században épült bérházainál.
15
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. Ezen a homlokzaton nagyméretű bevilágító felületek, ablakot erkélyajtót tartalmazó szakipari falak alakíthatók ki.
A födémek a teherhordó falakra teljes hosszban (vonalmentén) adják át terheiket. A harántfalas szerkezeti rendszerű épületet megfelelően elhelyezett hosszirányú falak merevítik.
Ezt a szerkezeti rendszert használták a múlt század második felének lakó- és irodaépületeinél.
9. ábra: Harántfalas építési rendszer
Vegyes falas szerkezeti rendszerek
Az épület egyes részei hossz-, más részei harántfalas szerkezeti rendszerűek. Elsősorban kisebb lakóépületek, családi házak jellemző építési rendszere. A teherhordó falak elhelyezkedését
16
elsősorban az alaprajzi kialakítás határozza meg. A kis kiterjedés miatt a homlokzati falak szinte kivétel nélkül teherhordóak.
1.2.2. Vázas szerkezeti rendszer
A vázas szerkezeti rendszerű épületek függőleges teherhordó szerkezete pillér, vagy oszlop. A pillérekre általában mestergerendák, perem vagy szegélygerendák támaszkodnak, amelyek a födémelemeket, vagy az azokat tartó fiókgerendákat hordják.
10. ábra: Vázas építési rendszer
A mestergerendák az épület hossztengelyéhez viszonyított elhelyezkedése alapján hossz-, illetve harántvázas, valamint egyesített vázas (kétirányban teherhordó), vagy vegyes vázas födémszerkezetekről beszélünk.
17
11. ábra: Vázszerkezetek elrendezési változatai, a..) hosszváz, b.) harántváz, c.) egyesített váz, d.) vegyes váz
Monolit vasbeton szerkezetek esetében a pillérekre közvetlenül is támaszkodhatnak a födémlemezek. Utóbbiakat a pillér fej kialakítása alapján síklemez, gomba-, vagy rejtett gombafödémnek nevezzük.
12. ábra: Gombafödémek kialakítási változatai
a.) b.)
18
13. ábra: Rejtett gombafödém
A szerkezeti rendszer jellemzője a pillérek pontszerű teherátvétele, illetve továbbítása. A térelhatároló, illetve térelválasztó falak nem teherhordóak, így az alaprajzi kialakítást nem köti meg a falak elhelyezkedése, szintenként eltérő alaprajzok is könnyen létesíthetők.
A vázas szerkezeti rendszerű épületeket minden esetben merevíteni kell. A merevítés az épületekre ható vízszintes irányú erők ellenében szükséges. Ezek lehetnek külső (szél, földrengés stb.), vagy akár hasznos terhek is (pl. híddaru fékezőerő). A merevítést befogott pillérrel, merevítő fallal, vagy szélráccsal biztosíthatjuk. A merevítést az egész épületre a tárcsaként viselkedő födémek viszik át.
A pillérvázas épületek alapozása megfelelő teherbírású talaj esetében pontszerű, egyéb esetben gerenda, gerendarács, vagy lemez alap.
A teherhordó szerkezetek anyaga egyes hagyományos népi építési módoknál fa (fachwerk), korszerűen acél, illetve előregyártott, vagy monolit vasbeton.
1.2.3. Vegyes szerkezeti rendszerű épületek
Az épület építészeti, illetve funkcionális kialakítása vegyes, részben pilléres, részben falas függőleges teherhordó szerkezetű épületrészeket igényelhet. Ha a homlokzati felületeken nincs igény a nagyobb áttörésekre, de a belső részen egyterű kialakítás létesül, homlokzati térelhatároló szerkezetként teherhordó falakat, a belső terekben pillérvázat alakítunk ki. A homlokzat nagymértékű megnyitását a falak pillérekkel való helyettesítésével biztosíthatjuk, ugyanakkor a belső tereket elválasztó falak teherhordó falként alakíthatók ki. Ezekben az esetekben a függőleges teherhordó szerkezet részben pillér, részben fal, így vegyes szerkezeti rendszerű épületről beszélünk.
1.2.4. Különleges szerkezeti rendszerű épületek
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.
19
14. ábra: Térelemes szerkezeti rendszer
A héjszerkezetek speciális geometriája, térbeli kialakítása következtében a terhelésekből keletkező feszültségek a héjszerkezet síkjában ébrednek, a felületre merőleges feszültségek elhanyagolhatóan kicsik. Ez a gyakorlatban kis szerkezeti vastagsággal tudja biztosítani a nagy alapterületek alátámasztás nélküli lefedését. A héjszerkezetek alkalmazása a vasbeton szerkezetekkel egyidejűleg terjedt el, de manapság gyakori a rétegelt, ragasztott faszerkezetek, illetve az acél-üvegszerkezetek használata is.
20
16. ábra: Acél-üveg héjszerkezet építése (CET, Budapest)
1.3. Hatások és követelmények, a szerkezetek teljesítőképessége
Az épületeket, épületszerkezeteket számos külső hatás éri, melyeknek az adott épületszerkezetek meghatározott módon megfelelnek. Azt a mértéket, ahogyan az épületszerkezetek a külső, belső hatásoknak megfelelnek, az épületszerkezet teljesítőképességének nevezzük. Ilyen teljesítőképesség lehet egyebek mellett az élettartam, a hőátbocsátás, a hangszigetelő-képesség, vagy a tűzállóság is.
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.
1.3.1. Az épületszerkezeteket érő hatások
Az épületeket érő hatások közül a legfontosabbak az állandó és az esetleges terhek.
Állandó terhek
Az állandó terhek a beépítésétől kezdve folyamatosan érik az épületszerkezeteket, ilyen teher a szerkezet saját súlya, illetve a szerkezetben véglegesen és állandóan működő egyéb terhek és hatások (pl. előfeszítés, talajnyomás stb.). A szerkezetek teherbírás méretezésekor, illetve ellenőrzéskor ezekkel minden esetben számolni kell.
Esetleges terhek
Az esetleges terhek időben nem állandóak, teherbírás számításkor általában egyidejűséggel kell figyelembe venni. Ilyenek a hasznos-, a meteorológiai-, a rendkívüli és az egyéb terhek.
21
Hasznos teher
Az épület funkciójából adódik a hasznos teher. Meghatározásakor az épületet használó emberek, illetve az épület használatához szükséges berendezések súlyát modellezték és ez alapján a funkcióhoz fajlagos terhelést rendeltek, amit rendeletben rögzítettek.
- lakások összes helyisége, szálloda, üdülő, óvoda, bölcsőde szobái: 1,5 kN/m2 - irodák, öltözők, laboratóriumok, igazgatási épületek, számítógépterem 2 kN/m2
- tantermek, beépített ülőhelyes előadók 3 kN/m2
Meteorológiai teher
A meteorológiai terhek az időjárási hatásokból adódó igénybevételek, melyeket az épület földrajzi helyzete is meghatároz.
- A hóteher Magyarországon 0,8 kN/m2. A teljes hóteherrel 30°-os tetőhajlásszög alatt számolunk, 60° felett a hóteher 0 kN/m2 (feltételezzük, hogy a hó lecsúszik a tetőről), közben interpolációval számíthatjuk ki a terhet.
- A hőmérsékletváltozásból adódó mozgások az épületszerkezetek befogásainál, kapcsolatainál okoz igénybevételt.
- A szélteher az épület elhelyezkedése alapján számítható. Figyelembe lehet venni az épület környezetének esetleges szélteher csökkentő hatását. A szél nyomó hatása egyértelmű, de a széliránnyal szemközti oldalon, illetve a tetőn a szél szívó hatása is megjelenik, ami ellen az épületszerkezetek megfelelő rögzítése szükséges.
Rendkívüli terhek
A rendkívüli terhek ritkán bekövetkező, de jelentős igénybevétellel járó hatások, melyek ellen részben megerősített szerkezetekkel, részben a hatás levezetésével, vagy kizárásával tudunk védekezni. A földrengés egy vízszintes irányú teher, mely ellen az épület merevítésével védekezhetünk. A funkcióból adódó robbanás (pl. kazánház) ellen nem a szerkezetek megerősítésével, hanem egyes szerkezetek legyengítésével védekezhetünk, amin keresztül levezethető a robbanás energiája (hasadó-nyíló felület). A járműütközés elleni leghatásosabb védelem a jármű eltérítése terelőszigetekkel, vagy kerékvetőkkel.
Egyéb terhek
Az egyéb terhek nem minden épület esetében jelennek meg. Ilyen a jégteher, a földmozgás, a talajvíznyomás, rétegvíznyomás stb.
Egyéb hatások
A fentieken kívül számos egyéb hatás éri még az épületszerkezeteket, mind külső, mind belső hatásként. Ezek általában nem közvetlen erőhatásként, igénybevételként jelentkeznek, de megfelelő védekezés hiányában képesek a szerkezetek károsítására a belső tér komfortjának csökkentésére. A legfontosabb hatások:
- páradiffúzió - páralecsapódás
22 - hanghatás, zajhatás,
- fényhatás, UV sugárzás - férgek rágcsálók stb.
1.3.2. A szerkezetekkel szemben támasztott követelmények
Az épületeket és azok szerkezeteit úgy kell kialakítani, hogy azok funkciójuknak károsodás nélkül megfeleljenek. A 275/2013. (VII. 16.) Korm. rendelet a teljesítményjellemzők megnevezését és az építési termékek betervezéskor való rögzítési kötelezettségét írja elő. 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 két óra tartózkodást tesz szükségessé, illetve két használat között nem telik el több mint két óra.
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.
A hőszigetelés szempontjából legkritikusabb szerkezetek a homlokzatok bizonyos csomópontjai (födémtalálkozások, áthidalók, sarkok stb.), a tetőfödémek, tetőszerkezetek, pincefödémek, erkélyek, nyílászárók stb.
A hőszigetelési követelményre vonatkozóan szabványban rögzített előírások vannak. A jelenlegi szabályozás a huzamos emberi tartózkodásra szolgáló helyiségek energiamérlegét szabályozza, mely az egyes épületszerkezetek hőátbocsátási tényezőjét, az épületek tömegét, tájolását stb. is figyelembe veszi.
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 szerkezetbejutás megakadályozásával, vagy a páratartalom csökkentésével (megfelelő szellőztetés) kiküszöbölhető.
Zajvédelem
Az épületek külső térből érkező, illetve belső, egymással érintkező terek közötti zajvédelmének mértékét az épület tereinek rendeltetése határozza meg és az épületek szerkezeti kialakításának függvénye. Az épületszerkezetek esetében a léghang és a testhang elleni védelem egyaránt szükséges lehet. A léghang a hang levegőben való terjedését jelenti, ami az útjában álló szerkezeteket megrezegtetve, vagy nyílásokon, réseken keresztül vezetődik át a szomszédos helyiségekbe. A testhang az épületszerkezetekkel közvetlenül érintkező zajforrásból (lépés, rezgés) adódik.
23
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.
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.
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.
24
2. ALAPOZÁS
2.1. Az alapozás fogalma
Az épület alapozása az a teherhordó szerkezet, amely az épület terheit, szerkezeteinek önsúlyát, illetve az azokat érő hatásokból származó erőket a teherhordó talaj felé továbbítja.
Az épület alapozási módját úgy kell megválasztani, hogy a teherátadás során az épületben, illetve a szomszédos épületekben káros feszültségek, süllyedések ne keletkezzenek.
2.2. Az alapozás módjának meghatározása
Az alapozás során az épület, illetve az alatta lévő talaj között történik a teherátadás, tehát az alapozás módját a helyi talajviszonyok, illetve az épület tulajdonságai együttesen határozzák meg. A talaj esetében a talajrétegződés, a teherhordó talajréteg elhelyezkedése, teherbíró képessége, a helyi talajvíz viszonyok, az épület esetében a szerkezeti rendszer, a terhelés mértéke, az épület méret, illetve az alaprajzi tagoltság a mérvadó.
2.3. Talajmechanikai szakvélemény
Az építkezés céljára szolgáló telek talaj adottságainak megismerésére már a tervezés során szükség van. A szükséges információk megszerzéséhez talajmechanikai vizsgálatokat végeznek, amely helyszíni mintavételből és laboratóriumi elemzésből áll. A tapasztalatokat talajmechanikai szakvéleményben foglalják össze. A talajmechanikai szakvélemény készítése 4 beépített szintnél magasabb, vagy 10 m-nél nagyobb építménymagasságú, vagy 1000 m2-nél
nagyobb alapterületű, vagy 7,0 m-nél nagyobb fesztávolságú előre gyártott-, vagy vázas szerkezeti rendszerű épületek esetén kötelező.
A helyszíni mintavételhez az építési telek több pontján próbagödröt, kutatóaknát ásnak, vagy fúrásokat végeznek. Előbbit abban az esetben használják, ha a területen – egy esetlegesen már folyó építkezés miatt - rendelkezésre áll munkaerő, illetve gép a gödör kialakításához. Minden egyéb esetben a próbafúrás a célszerű.
A helyszíni mintavétel célja az lesz, hogy megállapítsák milyen mélységben, milyen talaj található, milyen rétegvastagságok alakultak ki, illetve milyen mélységben található a talajvíz szintje. A talajból rétegenként, illetve a talajvízből is mintát vesznek. A laboratóriumi elemzés során meghatározzák a mintavétel során beszerzett talajok fizikai és kémiai tulajdonságait, valamint a talajvíz kémiai tulajdonságait, esetleges szulfáttartalmát, kémhatását.
A talajfeltárás eredményét fúrásszelvényen ábrázolják, melyben megjelenik a talaj rétegződése, illetve a laboratóriumi kísérletekkel meghatározott adatok és talajfizikai jellemzők (szemszerkezet összetétel, plasztikusság, savtartalom, teherbíró képesség). A fúrásszelvényen ábrázolják a mértékadó talajvíz szintjét is. A mértékadó talajvíz egy elméleti érték, amely alapján tervezhető az épület vízszigetelési rendszere. A szintet a mért talajvíz szintből tapasztalati úton és számítással határozzák meg.
25
17. ábra: Példa fúrásszelvény ábrázolásra
A talajmechanikai szakvélemény a helyszíni tapasztalatokon, illetve a laboratóriumi eredményeken túl ajánlásokat is ad a tervezéshez. Meghatározzák az ajánlott alapozási módot, az alapozási szintet, a várható süllyedést, és egyéb a kivitelezésre vonatkozó adatokat (pl. víztávoltartás módja).
2.4. Talajok osztályozása
A talajokat osztályozhatjuk anyaguk, geológiai eredetük, szemcseméretük, teherbírásuk, illetve megdolgozhatóságuk szempontjából.
Anyaguk szerint szerves és szervetlen talajokat különböztetünk meg.
A szerves talajok (homokos tőzeg, iszapos tőzeg, szerves iszap, szerves agyag) nagy mennyiségben tartalmaznak növényi és állati eredetű anyagokat, melyek folyamatos kémiai változáson mennek át, bomlanak, így változtatják fizikai és kémiai tulajdonságaikat, roskadhatnak, állékonyságuk nem biztosítható. Instabilitásuk miatt alapozásra, illetve egyéb terhek elviselésére (pl. padozat, járda stb.) nem alkalmasak, az épület teljes alapterülete alól el kell távolítani. Az eltávolított szerves talajt később a kertészeti munkák során gyakran újból hasznosítják, így a helyszínen deponálják.
A szervetlen talajok ásványi anyagokból állnak, melyek különböző kőzetek mállott részeiből, illetve természeti jelenségek során üledékképződéssel jöttek létre. Ezek a talajtípusok nagyobbrészt stabilnak tekinthetők, így terhek elviselésére, alapozásra alkalmasak.
A talajok geológiai eredetük szerint, maradék és üledékes kialakulásúak lehetnek. A maradék talajok kőzetek mállásából jöttek létre. Az üledékes talajok valamilyen természeti jelenség által szállított anyagok lerakódásából alakultak ki. A folyóvízből lerakódott szemcsék a felső
26
szakaszon nagyobb, az alsó szakaszon kisebb átmérőjűek. A tengervízben az ott élő állatok mésztartalmú váza rakódik a tenger aljzatára, amely a víz eltűnésével mészkő lerakódást eredményez. Ezen kívül szél és gleccser hordalékaként alakulhat ki talajréteg.
A talajok tovább osztályozhatók szemcseméret alapján.
A száraz állapotban laza, nem kötött talajokat szemcsés talajnak nevezzük. Ezen belül a kavics 2 mm-nél nagyobb, a homok 0,1 és 2 mm közötti, a homokliszt 0,02 és 0,1 mm közötti szemcseméretű. A kavics és a homok még szemrevételezéssel jól meghatározható, a homokliszt esetében az ülepedési vizsgálat adhat biztos eredményt. Az ülepedési vizsgálat során a talaj anyagát vízben keverik el, amit egy átlátszó üvegedényben hagynak leülepedni. A mért ülepedési idő alapján számítható a szemcseméret.
A száraz állapotban tömbbé összeálló talajokat kötött talajnak nevezik. Ezen belül az iszap 0,002-0,02 mm közötti, az agyag 0,002 mm alatti szemcseméretű. Az agyag felülete száraz állapotban általában repedezett, az iszap nedves állapotában folyós, felületét megnyomkodva a víz kigyöngyözik, az agyag nedves állapotban képlékeny, gyúrható állapotú.
A talajok teherbírását (nyomószilárdságát) fajlagos értékben határozzák meg (N/mm2, kN/m2). A talajok teherbírása az anyagtól, a szemcsemérettől, a tömörségtől és a víztartalomtól is függ. Értéke ~0,1-1 N/mm2 között változik.
Megdolgozhatóság szempontjából a talajokat 7 db fejtési osztályba sorolják. Fejtési
osztály Szilárdsági állapot A fejtés módja és eszközei I. Laza talaj Lapáttal és ásóval könnyen fejthető.
II. Gyengén kötött talaj Ásóval, lapáttal, kevés csákányozással fejthető. III. Kötött talaj Lapáttal, állandó csákányozással, csákány lapos végével, kavicsos, köves talajok csákány hegyes végével fejthetők.
IV. Erősen kötött talaj Lapáttal, csákány hegyes végével és bontórúd esetleges alkalmazásával fejthető.
V. Sziklás talaj Részben kézi erővel, bontórúddal, csákánnyal, fejtőkalapáccsal és ékkel, helyenként robbantások alkalmazásával fejthető.
VI. Szikla Fejtőkalapáccsal, ékkel, bontórúddal, és robbantással fejthető.
VII. Tömör szikla Csak robbantással fejthető.
2.5. Alapozás előkészítő munkák
2.5.1. Földmunkák
Az alap szerkezetek építéséhez első lépésben a földmunkák készülnek el. A terület lejtésének, illetve az épület építészeti kialakításának megfelelően talaj fejtés, kiemelés, bevágás történik. A kifejtett talajt helyszíni depóniába, vagy lerakóhelyre szállítják. A földmunkák közé tartoznak, de nem feltétlenül az alapozás megkezdése előtt készülnek a földvisszatöltések az alapfalak mellé, illetve a feltöltések a padozat alá. A visszatöltött talajt minden esetben
27
tömöríteni kell, hogy a rákerülő szerkezetek súlyától káros mértékben ne süllyedjenek meg. A tömörítés döngöléssel, iszapolással történhet. A tereprendezések, rézsüképzések általában az építés utolsó fázisában, a kertészeti munkák keretében készülnek el. A földmunkák ma már jelentős részben gépesítve történnek földmunkagépek, szállítóeszközök segítségével.
2.5.2. Dúcolás
A munkagödrök földpartjai csak korlátozott mértékben állékonyak. Beomlásuk az építési munkák akadályozása mellett komoly munkavédelmi kockázatot is jelent. Ezért a munkagödrök széle vagy rézsűsen, vagy - függőleges fal esetén – dúcolással megtámasztva alakítható ki. A megtámasztás nélküli függőleges munkagödör fal maximális magassága, illetve a szükséges rézsűszög, a talaj fizikai jellemzőitől valamint a nedvességtartalmától függ.
18. ábra: Tájékoztató gyakorlati értékek a földrézsük megengedett hajlására az MSZ 15003-65 IV. sz. függelék alapján:
A dúcolás védelme mellett függőleges falú munkagödör is kialakítható. A dúcolás függőleges vagy vízszintes, hézagos illetve zárt pallózással, valamint szádfal használatával készülhet. A dúcolásnál általában szükséges, hogy a gödör mélyítésével együtt süllyeszteni lehessen a szerkezetet, mivel adott mélység alatt csak a dúcolás védelmében szabad munkát végezni.
28
19. ábra: Függőleges pallózás módszere
20. ábra: Vízszintes pallózás módszere
21. ábra: Acél szádpalló típusok
2.5.3. Víztelenítési munkák
A talajban lévő víz a munkagödrökbe, alapgödrökbe szivárogva részben az ott folyó munkát lehetetlenítik el, részben a beszivárgó víz a talajszemcséket megmozgatva a földpart állékonyságát is veszélyezteti, így alapozáskor gyakran szükséges az alapgödör víztelenítése, illetve az alapozási területen a talajvíz szintjének a lesüllyesztése.
A munkagödörbe szivárgó víz eltávolítására nyíltvíztartásos munkagödör víztelenítést használják. A technológia során az munkagödör alján szivárgó rendszert alakítanak ki, amellyel a munkagödörbe szivárgó vizet az építendő szerkezetek kontúrján kívül elhelyezett aknákba
29
vezetik, ahonnan szivattyúval távolítják el. Használata olyan helyen nyújt megoldást, ahol csak kis mértékű talajvíz érinti az építési munka területét.
22. ábra: Nyíltvíztartásos munkagödör víztelenítési módszer
Magas talajvíz, illetve alapgödör víztelenítési igény esetén a talajvízszint süllyesztés biztosít megoldást. Ebben az esetben az építési terület körül kutakat fúrnak le és folyamatos szivattyúzással érik el, hogy a talajvíz szintje az építési munka környezetében föld alatti épületszerkezetek alsó síkja alá süllyedjen.
23. ábra: Talajvízszint süllyesztéses munkagödör víztelenítési módszer
A víztelenítési munkákat az alapozás, pinceszinti szerkezetek és a vízszigetelés elkészültéig kell fenntartani.
2.6. Az alapozás általános szabályai
Az alapszerkezetek tervezése, illetve elkészítése során, a megfelelő teherátadás, illetve a további épületszerkezetekkel való jó együttműködés biztosításához az alábbi három szabályt mindenképpen szem előtt kell tartani.
1. Az alapozás alsó (a teherhordó talajjal vízszintesen érintkező) síkját legalább fagyhatáron, illetve az épület legalsó padlószintjétől legalább 50 cm-re kell elhelyezni, a teherbíró talajba minimum 10 cm-t benyúlva.
Fagyhatár alatt azt a talaj felszíntől való távolságot értjük, amelytől kezdve a talajban lévő víz, a talaj hőszigetelő képessége miatt, egész évben fagymentes marad. Ez
30
Magyarországon geodéziai magasságtól és talajtípustól függően 0,8-1,0 m. A szabály lényege, hogy az alapozás teherátadó síkja alatt ne tudjon fagyás létrejönni, mivel a víz fagyásakor térfogatnövekedés jön létre, ami az épület kis mértékű megemelését is előidézheti. Többszöri fagyás-olvadás ciklus következtében a teherátadó sík alatti talajréteg tömörülhet és ez az épület süllyedését okozhatja. Az épület legalsó padlószintjétől való minimális távolság előírása részben szintén a fenti ok, részben a talaj megfelelő teherfelvételéhez szükséges hatásos leterhelő réteg biztosítása.
2. Az alapozás tervezésekor a méretezés általános alapelve a szerkezetek azonos süllyedésének biztosítása.
Az épületek az építés során történő tehernövekedés miatt és az építési munkák befejezése után a talaj végleges tömörödéséig folyamatosan süllyednek. Amennyiben az épület különböző támaszkodási pontjai egymástól eltérő módon süllyednek, az épület felmenő szerkezeteiben olyan mértékű káros feszültségek keletkeznek, ami a szerkezetek repedéséhez, töréséhez is vezethet.
3. Az alapozás tervezését és kivitelezését minden esetben a vízszigeteléssel együtt kell kezelni.
A talajban lévő vízhatások az épület funkciójának ellátását veszélyeztethetik, egyes épületszerkezeteket károsíthatják, így az épület megfelelő működéséhez a vízhatástól, funkciótól és szerkezeti kialakítástól függő vízszigetelő rendszer tervezése és kivitelezése szükséges.
2.7. Az alapozás módjai
Az építmény terhének közvetítési módja, valamint a terhelt talajrétegek felszíntől, illetve a legalsó építményszinttől való távolsága alapján két alapozási módot különböztetünk meg:
1. Síkalap, ahol a teherhordó talajrétegre közvetlenül a terhelést felvevő, elosztó szerkezeti elem támaszkodik.
2. Mélyalap, ahol a terhelést elosztó, és felvevő szerkezeti elemek egymástól elválnak, közéjük terhelést közvetítő szerkezeti elem kerül beépítésre.
2.8. A síkalapozás típusai
Síkalapozási módot tervezünk abban az esetben, ha a felszínhez, illetve a legalsó építményszinthez viszonylag közel (3-4 m), kellő teherbírású talajréteg van, mely az épület összes terhét a várható süllyedések figyelembevételével, az építmény károsítása nélkül felveszi.
2.8.1. Sávalapozás
Tömör, vonalszerű teherátadást biztosító falszerkezet és folytonos alátámasztásra képes homogén talajszerkezet között tisztán nyomott terhelésű sávalap készülhet.
31
24. ábra: Sávalapozás elve, erőjátéka
A sávalapozás anyaga korábban kő, illetve tégla, manapság szinte kizárólagosan beton, esetenként vasbeton, vagy úsztatott kőbeton. A vasbeton szerkezetnek hajlító (tehát húzott szélső szállal rendelkező) vagy nyíró igénybevétel esetén van jelentősége, így sávalap esetén kevésbé használatos. Az úsztatott kőbeton készítése során a betonba maximum 30 %-os térfogatarányban nagyobb kövek, betontörmelék kerül a felhasznált betonmennyiség csökkentése érdekében. Mivel ennek a szerkezetnek a teherbíró képessége pontosan nem számítható, így ezeket a szerkezeteket például kerítések alapjánál használják, ahol a fagyhatár elérésének biztosítása következtében a viszonylag kis terhelés miatt szükségesnél jóval nagyobb keresztmetszet adódik.
32
2.8.2. Pontalapozás
Pontszerű teherátadást biztosító vázas szerkezeti rendszer és megfelelő teherbírású talaj esetében az épület terheit a talajnak kis alapterületen, pontszerűen átadó pontalapozás használható. A talajok nyomószilárdsága jelentősen kisebb az épület vázszerkezetét általában alkotó vasbeton teherbírásánál, így a pontszerű alapozáskor is jóval nagyobb teherátadási keresztmetszet szükséges, mint az alapra támaszkodó pillér keresztmetszete. A kiszélesedés mértéke a terhelés nagyságától, a talaj határfeszültségétől, alakja az alaptest anyagától, szerkezeti jellemzőitől függ.
26. ábra: Pontalapozás elve, erőjátéka
A pontalapozás anyaga általában monolit-, vagy előregyártott beton, vasbeton, régebben terméskő, illetve tégla is előfordult.
33
27. ábra: Pontalapozás anyagai, kialakítása
A vázas építési rendszer erőjátéka, illetve építési technológiája következtében szükséges a pillérek bizonyos mértékű befogása az alaptestbe. Ezt vagy az alaptestbe integrált, vagy fölötte elhelyezett vasbeton kehellyel szokás megoldani. A pillérek közötti esetleges kitöltő falakat általában lábazati gerendával támasztják alá.
28. ábra: Kehelyalap
2.8.3. Gerenda és gerendarács alapozás
Vázas szerkezeti rendszer pontszerű terhelése, illetve gyengébb talaj esetén a pontalapnál nagyobb felületű teherátadás szükséges. A teherátadó felület növelése gerendaalap alkalmazásával biztosítható. Az egymásra merőlegesen épített gerenda alapozást gerendarács
34
alapozásnak nevezzük. Az épület felől pontszerű terhelés érkezik, amit az alap vonalszerűen ad át a teherhordó talajnak, így a gerendalap minden esetben hajlított igénybevételű. A hajlított igénybevétel miatt vasbeton szerkezet használata szükséges. Hasonló igénybevétel jöhet létre falas szerkezeti rendszer vonalszerű teherátadása, illetve nem egyenletes teherhordó képességű altalaj esetében is.
29. ábra: Gerendarács alapozás elve, erőjátéka
2.8.4. Lemezalapozás
Lemezalapozás használatakor a teljes épület alapterülete alatt mintegy fordított födémként elhelyezett beton, vagy vasbeton lemezzel adjuk át az épület terheit a teherhordó talajnak. A síkalapozási módok közül ez az alapozási mód jár a legnagyobb anyagfelhasználással és költséggel, így használatára csak az általánostól eltérő alapozási körülmények esetén kerül sor.
1. A nagy felület miatt viszonylag alacsony teherbíró képességű talajra is fektethető az alapozás, így elkerülhetők a jelentős költséggel járó mélyalapozási technológiák. 2. Az egységesen kialakított lemezalap rendkívül jó együttdolgozási lehetőséget biztosít a
felmenő szerkezetek számára nem egyenletes teherbíró képességű altalaj esetén is. 3. Talajvíznyomás elleni szigetelés esetén a vízszigetelés mellett a víznyomás elleni
ellenszerkezet kiépítése is szükséges. Ez padlószigetelésnél az alaptestek között elhelyezett ellenlemezzel oldható meg. Külön alaptestek és ellenlemez helyett gazdaságosabb megoldást nyújt a lemezalapozás létesítése, ami az alapozás mellett a talajvíznyomást felvevő szerkezet szerepét is betöltheti.
35
30. ábra: Lemezalapozás elve, erőjátéka
36
2.9. Mélyalapozás típusai
Mélyalapozás általában magasabb költséggel készíthető, mint a síkalapozás, így használatukra abban az esetben kerül sor, ha síkalapozás az adott terület talaj, illetve környezeti viszonyai miatt nem létesíthető.
1. Nincs a felszínhez, vagy a legalsó építményszinthez közel megfelelő teherbíró képességű talaj.
2. Az altalajban lévő talajrétegek, általában a talajvízviszonyok változása miatt, egymáson megcsúszni képesek, azaz talajcsúszás- vagy földmozgás veszély áll fönn.
3. A víztávoltartás költsége miatt a síkalap készítése gazdaságtalan.
4. A munkagödör közvetlen környezetében lévő terhelés (szomszédos épületek, utak stb.) miatt a munkagödör nagy teherbírású dúcolására van szükség.
2.9.1. Cölöpalapozás
Cölöpalapozásnál az építmény terhét teherelosztó szerkezet (monolit vasbeton fejgerenda, gerendarács, vagy lemez) közvetítésével cölöpök adják át a mélyen fekvő teherbíró altalajra. A cölöpalapok általában több cölöpből álnak, ezeket cölöpcsoportoknak nevezzük.
32. ábra: Cölöpalapozás elve, erőjátéka
Amennyiben a cölöppel elérhető mélységben teherbíró talaj található, támaszkodó cölöpöt használnak, ami a terhét elsődlegesen a csúcsán adja át. Támaszkodó cölöpöt leveréssel, vibrálással, sajtolással juttathatják a helyére vagy akár előre kifúrt lyukba helyezett előregyártott vagy helyben öntött cölöpöt is készíthetnek.
37
Ha a megfelelő teherbírással rendelkező talaj olyan mélyen található, hogy támaszkodó cölöp készítése nem lenne megoldható, illetve gazdaságos, lebegő cölöpöt készítenek. Ez esetben a cölöp a terhek nagy részét a köpenyfelületén súrlódással, illetve kisebb részben a tompán kialakított végén adja át. A lebegő cölöp alakja folytán nem verhető le, csak fúrással és helyszíni öntéssel készíthető.
A cölöpök anyaga lehet fa, illetve acél is, de elsősorban beton, illetve monolit-, vagy előregyártott vasbeton szerkezeteket használnak.
38
2.9.2. Kút vagy szekrényalapozás
Amennyiben a teherbíró talaj nincs túl mélyen (4-8 m), a közbenső talajrétegek könnyen kotorhatók, illetve a teherhordó talajba keménysége miatt cölöp nem verhető be kút, vagy szekrényalapozás használata célszerű. Ilyen talajviszonyok között alap-, illetve pincegödör csak dúcolattal együtt készíthető, különben még az alap kiöntése, vagy elhelyezése előtt a gödör fala beomlana. A dúcolat helyigénye azonban jelentősen megnövelné a kitermelt föld mennyiségét, előregyártott vagy helyszínen zsaluzott alap lenne szükséges, földvisszatöltés és nagy valószínűséggel víztelenítési munkák is növelnék a költségeket.
A kút-, vagy szekrényalap készítésével ezek nagy része elmaradhat. Az alaptestet határoló kút, illetve szekrény szerkezetet a felszínen készítik el, majd a szerkezet belsejéből folyamatos kotrás mellett, saját súlyával, vagy pótteherrel süllyesztik a kívánt mélységbe. A megfelelő mélység elérése után a kút alját vízzáró betonnal, közbenső részét sovány betonnal, felső részét vasbetonnal készítik el, mely utóbbihoz csatlakozik a felmenő szerkezet kapcsolatát biztosító teherhordó lemez, vagy gerendarács.
A szekrényszerkezet, lesüllyesztés után alapfalként működve, egy teljes épület alátámasztását biztosítja.
39
40
35. ábra: Szekrény alapozás
2.9.3. Résfalas alapozás
Többszintes pincék, mélygarázsok létesítése esetén nagy mélységű munkagödör kiemelésére van szükség. Talajtípustól függően1-2 m mélységtől a munkagödör függőleges falának beomlás elleni megtámasztására szükséges. Rézsűs munkaterület határolás a jelentős földmunka mennyiség növekedés, vagy városi elhelyezkedés esetén helyhiány miatt nem minden esetben biztosítható. Foghíjbeépítésnél a szomszédos épületek alapjai mellől az alapok megtámasztása nélkül kibontott talaj az épület süllyedését okozná.
Függőleges falú, nagy mélységű munkagödrök készítésénél, illetve foghíjbeépítésnél a résfalas alapozás a célszerű.
41
36. ábra: Résfalas alapozás
A résfalakat a térszinttől építik úgy, hogy a megépítendő fal, vagy pillér helyén a föld fellazítását, eltávolítását fúró, vagy markolófej, dúcolását a résiszap (bentonitos zagy) biztosítja. A függőleges oldalfalú, 30-100 cm vastagságú, 120-300 cm szélességű rést alulról fölfelé haladó betonozó csővel, a résiszap egyidejű kiszorításával építik. A rés felső szegélyén résvezető vasbeton gerendát alkalmaznak, mely részben a földpartot támasztja, részben a bentonitos zagy elvezetését biztosítja. A következő réselemet egy elem távolságot kihagyva készítik el, majd a teljes oldalhossz végére érve kezdik a közbenső réselemek elkészítését. Így biztosítható, hogy egyidejűleg ne legyen túl hosszú talajszakasz megtámasztás nélkül. A réselési folyamat lépésenként a következő:
42
37. ábra: Résfalazás lépései
1. Résvezető gerenda elkészítése, amely meghatározza a rés irányát, megvezeti a réselőszerszámot, és a rés felső részének az állékonyságát biztosítja.
2. Két fogással elkészítik egy réstábla két szélét. A két fogás között megmaradó földmag kitermelése, átharapás. Ezzel elkészült egy réstábla.
3. Az armatúra elhelyezése, majd a réstábla kibetonozása, a résiszap folyamatos kiszorítása mellett.
4. Az elkészült réstáblák közti földmag kitermelése.
5. Ezeknek az armatúrával való ellátása, és kibetonozása; ezzel elkészült a folytonos rés
2.10. Alapszigetelés
Az épület talajban lévő, illetve azokhoz kapcsolódó szerkezeteit részben a közvetlen, részben a felszivárgó vízhatások ellen védeni kell. A szigetelés módja a nedvesség hatásoktól, az érintett épületszerkezettől, illetve a védeni kívánt helyiség funkciójától függ.
2.10.1. Az épületet a talaj felől támadó vízhatások
Talajpára
A talajvíz párolgásából a talajvíz fölötti rétegek üregeiben lévő levegőben elhelyezkedő pára, és a lehűlő rétegek szemcséin lecsapódó nedvesség. Általában nagyobb szemcséjű talajoknál, illetve terepszint fölé helyezett szerkezeteknél fordul elő.
43
Részben a talajvízből kapilláris úton felfelé szivárgó, részben a csapadékból származó lefelé haladó nedvesség. Mivel nem összefüggő víz, így hidrosztatikai nyomása nincs.
Talajvíz
A talajszemcsék közötti üregeket kitöltő, le nem kötött szabad víz, melynek felhajtóereje, illetve hidrosztatikai nyomása van a szerkezetre.
Rétegvíz, szivárgó víz
A szivárgó víz lejtősen kialakult vízzáró réteg fölött, vagy rétegek között nagyobb csapadék esetén felgyülemlő és vízszintes irányú sebességgel is rendelkező vízhatás. A mozgás, illetve az időben változó vízmagasság miatt a talajvíznél is kellemetlenebb hatást jelent az épületre. Két vízzáró réteg között a vízzáró rétegek gyűrődése miatt akár a helyszínen mért mélységből adódó hidrosztatikai nyomásnál nagyobb rétegvíz-nyomás is előfordulhat.
38. ábra: Az épületet támadó nedvességhatások és szigeteléseik
2.10.2. Vízzárási követelmények
A helyiség funkciójától függően porszárazság, vagy viszonylagos szárazság elérése a követelmény. Előbbi esetben vízhatlan szigetelést, utóbbinál vízzáró szigetelést alkalmaznak.
44
A vízhatlan szigetelés előírása esetén a védett térbe és szerkezetbe egyáltalán semmi nedvesség nem juthat. Ilyenek az állandó emberi tartózkodásra szolgáló helyiségek, laboratóriumok, nedvességre érzékeny anyagok tárolására szolgáló helyiségek, illetve a vízhatásra érzékeny szerkezetek (fa, gipsz stb.)
A vízzáró szigetelés esetén a szerkezetbe annyi nedvesség kerülhet be, ami a védett oldalon el képes párologni.
2.10.3. Vízszigetelések anyagai, vízszigetelési rendszerek
A vízszigetelés hagyományos anyaga a bitumen. A bitumen a kőolajból lepárlás útján nyert, mesterséges anyag, de kis mennyiségben természetes állapotban is megtalálható, így már évezredek óta használják vízszigetelésre. A bitumen úgynevezett „amorf” halmazállapotú anyag, mely ránézésre ugyan szilárdnak tűnik, de minden egyéb tulajdonsága a folyadékéval azonos. Folyamatos melegítés hatására megpuhul, képlékennyé válik, végül cseppfolyós lesz, lehűlés után azonban újra megszilárdul. Kiváló víztaszító tulajdonsággal is rendelkezik. Kedvező tulajdonságainak köszönhetően a vízszigetelések legelterjedtebb alapanyaga.
A bitumen alapú vízszigetelések közül a legegyszerűbb a bitumenes máz szigetelés. Bitumenes máz szigetelés használatához általában repedésmentes aljzat szükséges, mivel a bitumen amorf halmazállapota miatt a repedések áthidalására nem képes. A mai korszerű modifikált (tehát kémiailag módosított) bitumen alapú szigetelő mázak között már előfordul repedésáthidaló képességgel is rendelkező anyag.
A repedések áthidalásának biztosítására a bitument hordozórétegre viszik fel. Hagyományosan ez a bitumenes csupaszlemez (kátránypapír) volt, melyre a helyszínen olvasztott bitument terítettek. A bitumenes lemezes szigetelő rendszerek meghibásodása elsősorban a toldásoknál történhet meg, akár az építés akár a használat során. Az ebből adódó vízátszivárgás elkerülésére több hordozórétegből és bitumenrétegből álló rendszert készítettek, melyeknél a toldásokat egymástól fél lemezszélességgel eltolva alakították ki, így nehezítve a toldási hibákon átjutó víz útját.
45
A bitumenes csupaszlemezre helyszínen felvitt bitumenes technológia már elavult, használata nem jellemző. A helyszíni munka könnyítésére bitumenes vastaglemez készül, ami a hordozórétegből és arra üzemben felvitt 2-5 mm vastagságú bitumen rétegből áll. Mind a hordozóréteg, mind a bitumen máz jelentős fejlődésen ment keresztül. A kezdeti korhadó (papír) betétek helyett ma már üvegfátyol, üvegszövet, poliészter hordozóréteget és különböző adalékanyagokkal módosított (modifikált) bitumenes keveréket használnak, melyek a lemez szakítószilárdságát, hajlíthatóságát stb. javítják.
40. ábra: Talajnedvesség és talajvíz elleni szigetelés részletei
A lemezszigetelések rögzítése történhet ragasztással, lángolvasztással foltszerűen, vagy teljes felületen. Mivel a víz átszivárgása továbbra is a toldásoknál a legkönnyebb, így víznyomás esetén, a többrétegű szigetelés készítése a korszerű vastaglemezeknél is elkerülhetetlen. A bitumenes lemezeken túl különböző műanyag lemezeket is használnak alapszigetelésre. A PVC (polivinil-clorid) lemezek 0,6-2,0 mm vastagságban kaphatók, toldásuk forrólevegős
46
hegesztéssel történik. Kedvező anyagtulajdonságaik és toldási módjuk miatt egy rétegben használhatók.
A PIB (poliizobutilén) lemezek 1,5-2 mm vastagságúak, toldásuk oldószeres hideghegesztéssel (duzzasztással) történik. Szintén egy rétegben teljesértékű vízszigetelésként használhatók. Különböző pórustömítő adalékanyagokkal a beton is vízzáróvá tehető, ez azonban víznyomás ellen nem nyújt megfelelő védelmet.
A különböző nedvességhatások ellen használatos szigetelési rendszerek az alábbi táblázatban láthatók:
Hatás Szigetelési rendszer
Talajpára - kent szigetelés, máz szigetelés, - tömegbeton,
- lemezszigetelés
- 1 rtg. bitumenes lemez - 0,4 mm PVC stb.
Talajnedvesség - lemezszigetelés
- 2 rtg hagyományos bitumenes lemez, - 1 rtg bitumenes vastaglemez,
- 1 rtg műa. lemez (pl. 0,8 mm PVC)
Talajvíznyomás - lemezszigetelés
- 4 rtg hagyományos bitumenes lemez, - 2 rtg bitumenes vastaglemez,
- 1 rtg műa. lemez (pl. 1,5 mm PVC, 2 mm PIB) Rétegvíz, szivárgó víz Szivárgókkal a víznyomás megszüntetése
47
3. FALSZERKEZETEK
3.1. A falak feladata
A falszerkezetek homlokzati térelhatárolóként külső és belső tereket határolnak el, térelválasztóként belső tereket választanak el, teherhordó falként továbbítják a födémek, illetve a felettük lévő falak terheit az alapozás felé. A falszerkezetek méretét, anyagát az épület funkciója és szerkezeti megoldása határozza meg.
3.2. A falak osztályozása
A falszerkezeteket tartószerkezeti szempontból, alaprajzi elhelyezkedés szerint, anyaguk szerint, épületszerkezeti megoldásuk szerint, illetve építési technológia szerint osztályozhatjuk.
3.2.1. A falak osztályozása tartószerkezeti szempontból
Tartószerkezeti szempontból teherhordó és nem teherhordó falszerkezeteket különböztetünk meg. A teherhordó falak hordják az épület terheit és közvetítik az alapozás felé. A teherhordó falak alaprajzi elhelyezkedésük alapján lehetnek közbenső és szélső főfalak, illetve lépcsőházi falak. Terhelés szempontjából lehetnek függőleges teherhordó szerkezetek, illetve merevítő falak.
A szélső és közbenső teherhordó falak terhelése eltérő. A szélső főfalakra fél födém fesztávnyi terhelés jut, viszont a homlokzati (külső) hatások is érik. A közbenső főfalak mindkét csatlakozó traktus fél födém fesztáv szélességű terhét hordják (nagyobb terhelésűek), külső hatások azonban nem érik közvetlenül.
A lépcsőházi falak a lépcsőszerkezetek terheit hordják, sok esetben merevítő falként is szolgálnak.
A függőleges teherhordó szerkezeti falak a födémek és a felettük lévő egyéb szerkezetek függőleges irányú terheit veszik át és közvetítik az alapozás felé. A merevítő falak elsősorban az épületekre ható vízszintes irányú terhek ellenében biztosítják az épület állékonyságát. A nem teherhordó falak csak térelhatárolásra, vagy térelválasztásra szolgálnak, az épület terheit nem közvetítik, saját súlyukat azonban el kell tudniuk viselni (önhordó szerkezetek).
3.2.1. A falak osztályozása alaprajzi elhelyezkedés szempontjából
Alaprajzi elhelyezkedés szempontjából a falak lehetnek homlokzati térelhatároló, illetve belső térelválasztó szerkezetek. Az alaprajzi elhelyezkedés szempontjából történő osztályozás nem vizsgálja az falak tartószerkezeti szerepét, így ezek a falak lehetnek teherhordók és nem teherhordók is. A homlokzati térelhatároló falak a külső és belső tereket határolják el egymástól, így feladatuk a belső tér védelme a külső terhek és hatások (csapadék, szél, zaj, áthatolás stb.) ellen. A térelválasztó falak feladata a belső terek megfelelő mértékű elválasztása. Funkciótól függően különböző mértékű terhek és hatások ellen kell megfelelő mértékű védelmet nyújtaniuk (zaj, tűz, áthatolás stb.).
48
3.2.2. A falak osztályozása anyaguk szerint
A falszerkezetek készülhetnek természetes, illetve mesterséges anyagokból. A természetes anyagú falszerkezetek a fa-, a vályog-, illetve a kőfalak. Mesterséges anyagok a tégla, a beton (vasbeton, könnyűbeton, gázbeton stb.), illetve a különböző fa, fém, illetve műanyag bázisú réteges falszerkezetek.
3.2.3. A falak osztályozása szerkezeti megoldás szerint
Egyes szerkezeti anyagokból készült falak önmagukban, további rétegek nélkül képesek megfelelni a funkciójukból adódó követelményeknek. Ezeket homogén falszerkezetnek nevezzük. Jellemző homogén falszerkezeti anyag például a tégla, amelyből készült kétoldalon vakolt falszerkezet az általános hő-, szél-, nedvesség zajvédelmi stb. követelményeket önmagában képes teljesíteni.
Különleges követelmények, vagy bizonyos hatások ellen nem megfelelő teljesítőképességgel rendelkező anyagok esetén további rétegek beépítése válhat szükségessé (pl. hőszigetelés). A hőszigetelő réteget a megfelelő páravándorlás biztosítása érdekében a homlokzati falak külső oldalán kell elhelyezni. Így a falon keresztül haladó párás levegő a fal külső oldalán lévő hőszigetelés síkjában érheti el a kicsapódási hőmérsékletet ahonnan a kicsapódó víz elvezethető, vagy elpárologtatható. Amennyiben az épületszerkezet elhelyezkedése nem teszi lehetővé a hőszigetelés külső elhelyezését (pl. utólagos pincefal hőszigetelés), a belül elhelyezett hőszigetelés belső oldalán párazáró réteg elhelyezése válik szükségessé.
Két oldali teherhordó, illetve burkoló réteg között elhelyezett hőszigeteléssel rendelkező réteges falszerkezetet maghőszigetelésű falnak nevezik. Ilyen az előregyártott vasbeton homlokzati falpanel szerkezete.
Az épület nyári hővédelmét átszellőztetett légrésű fallal tovább javíthatjuk. Ez esetben a teherhordó falon elhelyezett külső hőszigetelő réteg és a homlokzatburkolat közé egy átszellőztetett (alsó bevezetéssel és felső kivezetéssel rendelkező) légrést létesítenek, ami nyári időszakban a felmelegedett homlokzatburkolat hőjét elvezeti és megnehezíti a belső fal felé történő hővándorlást. Az átszellőztetett légrés segít a homlokzati hőszigetelésben kicsapódó pára elvezetésében is.
41. ábra: Falak szerkezeti megoldásai, 1.) homogén, 2.,3.) réteges külső vagy belső síkon lévő hőszigeteléssel, 4.) légréses, 5.) maghőszigetelésű, 6., 7.) kéthéjú, hőszigetelt
