1. Podać klasyfikację zbiorników na ciecze ze względu na konstrukcję

• Ze względu na położenie w stosunku do poziomu terenu:

- podziemne

- zagłębione

- częściowo zagłębione

- naziemne

- nadziemne (wieżowe)

• Ze względu na kształt komory:

- o przekroju kołowym (w formie powłok cylindrycznych, stożkowych, kulistych, jajokształtne)

- o przekroju prostokątnym (zbiorniki prostopadłościenne)

• Ze względu na liczbę komór:

- jednokomorowe

- wielokomorowe

• Ze względu na istnienie przekrycia:

- otwarte

- przekryte

• Ze względu na sposób posadowienia (konstrukcję dna)

- ze ścianami posadowionymi na ławach fundamentowych, w których płyta denna jest oddylatowana od dna

- ze ścianami połączonymi monolitycznie z dnem

• Ze względu na technologię wykonania

- monolityczne i prefabrykowane

- żelbetowe i sprężone

2. Wymienić i scharakteryzować typy zbiorników żelbetowych w oczyszczalni ścieków.

Zbiorniki w oczyszczalniach ścieków służą procesom o charakterze mechanicznym , fizykochemicznym lub biologicznym, w wyniku których ścieki są oczyszczane. Rozplanowanie obiektów i ich gabaryty wynikają z projektu technologicznego oczyszczalni. Oczyszczalnie lokalizowane są najczęściej w pobliżu odbiorników – rzeka, jezioro. Większość zbiorników w oczyszczalniach ścieków jest otwarta, bez konstrukcyjnie kształtowanego przekrycia. Nieodłącznymi. elementami , zapewniającymi pożądany ruch ścieków są kanały i koryta zbiorcze i rozprowadzające oraz wyjścia i wejścia ścieków ze zbiornika. Zbiornik musi być wyposażony dodatkowo w różnorodne urządzenia:

• Piaskowniki- zbiorniki przepływowe, w których podczas przepływu ścieków zachodzi sedymentacja ziaren piasku . Ze względów konstrukcyjnych są to poziome zbiorniki w kształcie pojedynczych lub równolegle usytuowanych koryt o długości do 100 m lub komory.

a) Piaskowniki w formie podłużnych koryt

-szerokość nie większa niż 2,0 m (zapewnia to opad z zawiesiny cząstek piasku)

-mogą być wyposażone w mechaniczne zgarniacze wózkowe zgarniające osadzony piasek do ostrosłupowej komory lub urządzenia ssawkowe służące do usuwania piasku

-szczególnym rodzajem piaskowników są zbiorniki zapowietrzane, najczęściej wydłużone w planie o różnorodnie wyprofilowanych przekrojach (elipsa). Szerokość komory takiego piaskownika nie większa niż 4,0 m , stosunek szerokości do głębokości 1:1,5 lub 1:2. Mogą pełnić również rolę odtłuszczaczy( posiadają wtedy dodatkową komorę uspakajającą przepływ)

-piaskowniki szczelinowe- pod żelbetowym korytem przepływowym z wkładką z blach stalowej ze szczelinami wykonuje się zagłębioną komorę na opadający piasek

b) Piaskowniki w kształcie komór

-usytuowane stycznie w stosunku do kanału doprowadzającego ; przykład piaskownik Geigera w kształcie ściętego stożka, do którego ścieki są stycznie doprowadzane z jednej strony, a odprowadzane z drugiej.

-piaskowniki o przepływie pionowym – ścieki doprowadzane kanałem usytuowanym centrycznie, a następnie przez układ ścianek kierowane są ku dołowi, po czym po kontakcie z dnem zmieniają kierunek ku górze.

• Osadniki - w nich ze ścieków usuwane są łatwo opadające zawiesiny o gęstości większej od gęstości wody.

1. Osadniki w formie podłużnych koryt

-prostopadłościenne

-długość nie mniej niż 30 m

-składają się z jednego lub wielu równoległych koryt o szerokości 3-10m i wysokości 2-5m

- w przypadku większej ilości komór wymagana jest dylatacja

b) Osadniki o przekroju kołowym

-Osadniki o przepływie poziomym odśrodkowym stanowią powłokę cylindryczną o średnicy 15-60 m i wysokości 2-4m z zewnętrznie usytuowaną cylindryczną komorą wlotową.

- Osadniki o przepływie poziomo-pionowym dośrodkowym są nieco wyższe

-Osadniki pionowe – cylindryczne o średnicy 3-10 m ze stożkową komorą osadową o całkowitej wysokości 5-10 m z reguły zagłębione w gruncie

• Bioreaktory – w nich usuwane są związki węgla, azotu i fosforu.

1. Bioreaktory o pracy ciągłej – długość powyżej 100m, szerokość to ok. 0,5 długości, a wysokość do 6m. Stanowią układ komór ( komory beztlenowe,anoksyczne,tlenowe).

W oczyszczalniach starszego typu bioreaktory składają się z baterii prostokątnych komór tlenowych i anoksycznych oraz wydzielonych komór beztlenowych o kształcie kołowym

1. Biologiczne reaktory sekwencyje -zwarte zbiorniki o przekroju kołowym i kwadratowym o wymiarach w planie dochodzących do kilkudziesięciu metrów i głębokości 4-7m

• Złoża biologiczne – rodzaj bioreaktorów służących do tlenowego rozkąłdu zanieczyszczeń z udziałem mikroorganizmów. Cylindryczne zbiorniki o średnicy 2,0-40,0 m, w których wypełnienie spoczywa na dnie wykonanym w postaci żelbetowego rusztu, znajdującego się powyżej terenu

• Urządzenia do oczyszczania fizykochemicznego –tutaj za pomocą koagulanta następuje aglomeracja cząsteczek do kłaczków co ułatwia sedymentacje. Są to wielokomorowe zbiorniki o przekroju prostokątnym

• Wydzielone komory fermentacyjne (WKF)- służą do przeróbki osadów, a także do oczyszczania ścieków przemysłowych o bardzo dużym stężeniu substancji organicznych. Zbiorniki ziemne lub żelbetowe o pionowych ścianach, o przekroju kołowym o średnicy do kilkunastu metrów i wysokości ok.10m

• Przepompownie ścieków- służą do przetłocznia ścieków z niższego poziomu na wyższy. Mają ona charakter obiektów zagłębionych ale mogą być nadziemne. W przekroju kołowe lub prostokątne.

4. Wymienić i scharakteryzować podstawowe obciążenia i oddziaływania zbiorników.

Podstawowe obciążenia i oddziaływania zbiorników:

- obciążenie parciem cieczy znajdującej się w środku zbiornika- podstawowe obciążenie zbiorników, ciśnienie hydrostatyczne wywierane na dno i ściany powodujące poziome rozciąganie ścian zbiornika.

- ciężar własny zbiornika – do którego zaliczamy ciężar ścian, dna i przekrycia

- parcie gruntu na ściany- działa przeciwnie do parcia cieczy znajdującej się wewnątrz zbiornika. W skład tych obciążeń wchodzą: parcie pionowe zasypki wraz z obciążeniem naziomu na przekrycie zbiornika, odpór wywierany na dno.

- termiczne- w skład wchodzą obciążenia klimatyczne spowodowane zmiennymi temperaturami powierzchni w cieniu i promieniowaniem słonecznym, a także od temp. przechowywanej cieczy w zbiorniku

-skurcz betonu- Wywołuje niekorzystne odkształcenia na skutek wysychania betonu w wyniku migracji cząstek wody, a także powstające w krótkim czasie po ułożeniu betonu.

- obciążenie śniegiem, wiatrem- Obciążają zbiorniki nadziemne, zależą od lokalizacji obiektu na terenie kraju. Oblicza się je na podstawie norm.

- instalacji wewnętrznych- Zalicza się do nich wszystkie urządzenia technologiczne opierających się na przekrycie, ściany i dnie.

- obciążenia wyjątkowe: uderzenie pojazdów, pożar, sejsmiczne, wyparcie zbiorników

- wybuchy

- osiadanie fundamentów- spowodowane nierównomiernym osiadaniem fundamentu.

5. Zdefiniować schematy: obciążenia cieczą, gruntem oraz temperaturą zbiornika zagłębionego.

Obciążenie cieczą

Zgodnie z prawem Pascala, ciecz wywiera na zbiornik ciśnienie hydrostatyczne: pionowe i poziome. Zależy ono od wysokości słupa cieczy ponad rozpatrywanym poziomem i od jej ciężaru właściwego „γ_c”. Na poziomie odległym od zwierciadła cieczy o „z” ciśnienie „p(z)”, zarówno pionowe „p_v(z)”, jak i poziome „p_h(z)”, jest równe.

Obciążenie gruntem

Parcie poziome gruntu na ściany zbiornika „p_h(z)” zależy przede wszystkim od parametrów gruntu: ciężaru objętościowego „γ”, kąta tarcia wewnętrznego „φ” i kohezji „c”. Wartości te zależą od zawartości i ruchu wody w gruncie. Wartości graniczne parcia gruntu na ścianę zbiornika na głębokości „z” od poziomu terenu, w przypadku rozważania ściany pionowej należy obliczać z następującego wzoru:

Gdzie:

u – ciśnienie wody w porach

p_v(q,Q) – parcie pionowe wynikające z obciążenia naziomu

K_a – współczynnik poziomego parcia granicznego gruntu

Obciążenie parciem gruntu i naziomu na ściany zbiornika

Parcie na zbiornik od obciążenia naziomu

Parcie poziome na ścianę zbiornika zagłębionego w gruncie

Obciążenie termiczne

Obciążenia termiczne „ΔT” pojawia się w przypadku wszystkich zbiorników wskutek wahań temperatury dobowej czy rocznej, nierównomiernego nasłonecznienia, a także wskutek wahań temperatury związanych z samoociepleniem betonu podczas hydratacji.

Należy obliczyć oddziaływania:

- klimatyczne termiczne – spowodowane zmianami temperatury powietrza w cieniu i promieniowaniem słonecznym

- rozkładu temperatur – w warunkach normalnego i wyjątkowego użytkowania.

7. Metody analizy i idealizacje nieliniowe konstrukcji z uwzględnieniem redystrybucji sił wewnętrz.

Analiza liniowo sprężysta

Podstawowe założenia:

1. Jednorodność i izotropia materiału; w każdym punkcie i kierunku są te same liniowe współczynniki sprężystości

2. Zasada płaskich przekrojów Bernuliego; przekrój płaski w elemencie nieobciążonym pozostaje również płaski po obciążeniu, przy czym jest możliwy obrót przekroju wokół punktu na osi pręta. Oznacza to że odkształcenia przekroju są liniowe.

3. Zasada zesztywnienia; punkty przyłożenia obciążenia nie zmieniają swego położenia w obciążonej konstrukcji tzn. ze przemieszczenia są na tyle małe że obliczenia można odnieść do nieodkształcalnego ustroju (teoria I rzędu liniowości związków geometrycznych)

4. Zasada Saint-Venanta; przyłożone obciążenie ma jedynie lokalny wpływ na pole naprężeń w rozpatrywanym elemencie.

5. Liniowa zależność σ − ε dla betonu i stali (prawo Hocka σ = E_S)

6. Liniowy związek między momentem a krzywizną ρ. $\rho = \frac{1}{r} = \frac{M}{\text{EI}}$

Umożliwia stosowanie:

- zasady superpozycji (sumowanie wyników obliczeń różnych schematów)

- tablic Winklera (tablice współczynników do obliczenia momentów zginanych i sił poprzecznych belek ciągłych)

Analiza liniowa z redystrybucją

Podstawowe założenia:

1. Sprężysto-plastyczna zależność σ − ε dla betonu i stali.

2. Sprężysto-plastyczny związek między momentem a krzywizną

3. Ograniczona redystrybucja – ograniczony kąt obrotu plastycznego w przegubie plastycznym (współczynnik redystrybucji δ)

4. Zastosowanie dla belek i ram nieprzesuwnych

Analiza nieliniowa

Podstawowe założenia

1. Sprężysto plastyczna zależność σ − ε dla betonu i stali.

2. Nieliniowy związek miedzy momentem a krzywizną

3. Redystrybucja (większa niż w analizie liniowej z redystrybucją) wyznacza się kąt obrotu plastycznego w przegubie plastycznym.

4. Zastosowanie dla belek i ram nieprzesuwnych

Imperfekcje geometryczne

1. Analizując konstrukcję i ich elementy należy uwzględnić niekorzystne wpływy możliwych odchyłek geometrycznych konstrukcji (chodzi tu o odchylenia od zaplanowanego kształtu) i zmian położenia obciążeń.

2. Imperfekcje należy uwzględniać w SGN w stałych i wyjątkowych sytuacjach obliczeniowych.

3. Nie wymaga się uwzględnienia imperfekcji w stanach granicznych użytkowania.

4. Następujące dalej postanowienia stosuje się do elementów ze ściskającymi siłami podłużnymi i konstrukcji obciążonych pionowo głównie w budynkach.

θ_i = θ₀ • α_n • α_m

gdzie:

$\theta_{0} = \frac{1}{200}$

$\alpha_{n} = \frac{2}{\sqrt{l}}$ ; $\frac{2}{3} \leq \alpha_{n} < 1\ \ \ \ \ \ \alpha_{m} = \sqrt{0,5 \bullet \left( 1 + \frac{1}{m} \right)}$

Analiza Plastyczna

Znana także analizą nośności granicznej daje dobre oszacowanie mechanizmu zniszczenia (przeguby w belkach i linie załomów w płytach) i nośności

Podstawowe założenia metody linii załomów:

1. Sztywno-plastyczny model fizyczny betonu i stali

2. Odkształcenia plastyczne koncentruje się wzdłuż linii załomów

3. Linie załomów tworzą siatkę załomów która przekształca płytę w mechanizm

4. Sztywne płaskie płaty płyty przemieszczają się jak ciała sztywne

8. OBLICZANIE (SPRAWDZANIE) SZCZELNOŚCI ZBIORNIKA

Klasyfikowanie zbiorników na ciecze jest celowe(gdyż wszystkie rodzaje betonów, z uwagi na zjawisko dyfuzji, umożliwiają w pewnym stopniu migrację cieczy i gazów). i zależy od dopuszczalnego stopnia przecieków. Stąd ostre wymagania szczelności sprawiają, że w przypadku zbiorników podstawowym i miarodajnym dla ustalenia grubości ściany i ilości zbrojenia jest stan graniczny zarysowania.

Klasyfikacja szczelności zgodnie z EC2-3:

Klasa szczelności	Wymagania	Ograniczenia
0	Dopuszcza się pewien stopień przecieków lub przecieki cieczy nie mają znaczenia	Zgodnie z wymaganiami EC2-1, punktem dotyczącym zarysowania w zależności od klasy ekspozycji (7.3.1)
1	Przecieki ogranicza się do pewnej niewielkiej ilości. Powierzchniowe przemakanie lub miejsca zawilgocenia są dopuszczalne	Szerokość dowolnej rysy, która może wystąpić na całej wysokości przekroju, należy ograniczyć do wartości wk1. Szerokość rozwarcia rys należy ograniczyć do wartości zapewniającej samo uszczelnianie się rys w stosunkowo krótkim czasie
2	Przecieki powinny być minimalne. Przemakanie nie powinno pogarszać wyglądu powierzchni.	Przecieki powinny być minimalne i nie powinny pogarszać wyglądu powierzchni- nie dopuszcza się rys przebiegających przez całą grubość ściany i dna, chyba że zostaną zastosowane specjalne okładziny lub taśmy uszczelniające
3	Przecieki są niedopuszczalne	Przecieki są niedopuszczalne-wymaga się zastosowania specjalnych rozwiązań (np. okładzin lub sprężenia) celem zapewnienia szczelności przeciwdziałającej przeciekom wody

Warunkiem aby rysy nie przebiegały przez całą grubość ściany (rysy przelotowe) występującym w klasie 2 i 3, jest zapewnienie warunku, żeby wysokość strefy ściskanej była nie mniejsza niż:

x_min = min{0, 2h; 50mm}

Szerokość rozwarcia rys należy obliczać ze wzoru:

w_k ≤ w_k, lim

W normie EC-2 podano uproszczoną metodę sprawdzania szerokości rozwarcia rys, polegająca na ustaleniu maksymalnej średnicy i rozstawu prętów zbrojenia, które zapewnią, że założone dopuszczalne rozwarcia rys nie zostaną przekroczone.

Istotne w przypadku zbrojenia przeciwskurczowego

jest przyjęcie właściwego rozstawu prętów,

tak aby zasięg oddziaływania poszczególnych prętów

nakładał się aby nie wytworzyć gołych obszarów

s = 2e ≤ 15⌀

9. Podstawowe wymagania dla betonu i stali zbrojeniowej w zbiornikach żelbetowych na ciecze.

Beton:

Ze względu na trudne warunki pracy zbiorników na ciecze, stosowany do ich wykonania beton musi spełniać dość ostre wymagania.

-przede wszystkim beton musi być szczelny (szczelność zbiornika, jego trwałość i odporność na działania korozyjne agresywnych cieczy znajdujących się w zbiorniku)

-beton musi być odporny na działanie czynników atmosferycznych (szczególnie w zbiornikach otwartych narażonych na zmienne temperatury)

-odporność na ścieranie (zwłaszcza w strefie przepływającej cieczy i zbiornikach wyposażonych w urządzenia mechaniczne kontaktujące się z betonem, np. w piaskownikach i osadnikach z mechanicznymi zgarniaczami)

Beton w zbiornikach powinien mieć klasę co najmniej C20/25, a w strefach, w których narazony jest na ścieranie C30/37.

Odpowiednią jakość betonu w zbiornikach na ciecze, w tym wodoszczelność może zapewnić przede wszystkim:

-ograniczenie ilości wolnej wody przez ograniczenie wskaźnika w/c i zastosowanie plastyfikatorów lub superplastyfikatorów,

-stosowanie cementów niskoskurczowych i ograniczenie ilości cementu do 400kg, nawet 320-350kg/m³

-stosowanie cementów siarczanoodpornych gdy występuje agresja siarczanowa,

-stosowanie cementów CEM III ze względu na niskie ciepło hydratacji, co zmniejsza odkształcenia termiczne wynikające z efektu samo ocieplenia betonu; cementy hutnicze są też korzystne ze względu na odporność na korozję siarczanową, mrozoodporność i odporność na ścieranie,

-stosowanie dodatków uszczelniających, mogą to być bardzo drobne proszki zwiększające porowatość kapilarną (pyły krzemionkowe, mączka kwarcowa, bentonit, żużel), lub substancje hydrofobizujące(oleje i woski, mydła-stearyniany, oleiniany, palmityniany)

-układanie mieszanki betonowej w deskowaniu takie, że nie nastąpi rozsegregowanie składników ,

-staranne zagęszczenie mechaniczne – wibrowanie lub odpowietrzanie w celu uzyskanie szczelnej struktury i staranna pielęgnacja,żeby wyeliminować skutki skurczu

Stal:

Minimalna ilość zbrojenia wynika z założenia, że przejmie ono całą siłę rozciągającą po zarysowaniu, a więc po lokalnym przekroczeniu wytrzymałości betonu na rozciąganie.

10. Podać wartości współczynników częściowych dla materiałów i oddziaływań dla zbiornika w SGN

Współczynniki częściowe dla materiałów:

Sytuacja	γc dla betonu	γs dla stali zbrojeniowej
Trwała i przejściowa	1.4	1,15
Wyjątkowa	1,2	1,0

Współczynniki częściowe dla oddziaływań

1. Parcia cieczy

Podczas eksploatacji - γ_F = 1, 2

Podczas próby szczelności - γ_F = 1, 0

W sytuacjach wyjątkowych - γ_Q = 1, 5

1. Geotechnicznych

Kat tarcia wewnetrznego −  γ_φ^′ = 1, 25

Ciężar objętościowy - γ_γ = 1, 0

Spójność efektywna - γ_c^′ = 1, 25

1. Temperatury na zbiornik jako obciążenie zmienne umiejscowione

γ_Q = 1, 5

1. Obciążenia stałego ciężarem własnym

γ_F = 1, 5

11. Wymiarowanie zbiornika z uwagi na mimośrodowe ściskanie południkowe

• Podczas wymiarowania należy uwzględnić efekty drugiego rzędu, jeśli nie zostały one uwzględnione w obliczeniach statycznych.

• Stosuje się metodę nominalnej sztywności, jako najbardziej adekwatną.

• Miarodajny moment zginający do wymiarowania

$$M_{\text{Ed}} = M_{0Ed}\left( 1 + \frac{\beta}{\frac{N_{B}}{N_{\text{Ed}}} - 1} \right)$$

gdzie:

M_Ed – moment pierwszego rzędu uzyskany z analizy sprężystej,

N_Ed – siła ściskająca przekrój,

N_B – siła krytyczna ze względu na utratę stateczności

Β – współczynnik zależny od rozkładu momentu na długości elementu (=1,0 dla rozkładu parabolicznego; =1,2 dla stałego momentu).

• Siła krytyczna powodującą utratę stateczności ustalana dla całego zbiornika

N_B = σ_crit • t

gdzie:

σ_crit – naprężenie krytyczne,

t – grubość ściany.

• Naprężenie krytyczne południkowe

$$\sigma_{\text{crit}} = \frac{\pi^{2}E_{\text{cm}}t^{2}}{12\left( 1 - v^{2} \right)l^{2}}\left\lbrack 1 + 0,0918\left( \frac{l}{r} \right)^{4} \right\rbrack$$

gdzie:

l – wysokość zbiornika,

r – promień,

E_cm – średni moduł sprężystości

ν – współczynnik Poissona betonu.

• W obliczeniach należy uwzględnić mimośród minimalny wynoszący min(h/30; 20 mm).

12. Wymiarowanie zbiornika z uwagi na mimośrodowe rozciąganie równoleżnikowe

Aby zwymiarować zbiornik należy określić na początku takie parametry jak: wielkości geometryczne, rodzaj i klasę betonu, rodzaj i klasę stali.

Obliczamy minimalny stopień zbrojenia z warunku : $A_{s,min} = max\begin{Bmatrix} 0,26\frac{\text{fctm}}{f_{\text{yk}}}\text{bd} \\ 0,0013bd \\ \end{Bmatrix}$

Następnie określamy mimośród. Jeśli e< 0 to mimośrod jest duży a jak jest e>0 to mimośród jest mały.

Mały mimośród

1. W przypadku małego mimośrodu obliczone zbrojenie minimalne jest całkowitym zbrojeniem przekroju. Wymiarowanie przeprowadza się dla sił wewnętrznych obliczonych od kombinacji obciążeń w sytuacji stałej w warunkach zimowych i letnich. Wymiarowanie przeprowadza się dzieląc zbiornik na jednometrowe pasma i dla każdego z pasm dokonuje się obliczeń.

$${A_{s1} = \frac{Re_{s2}}{f_{\text{yd}}(d - a_{s2})}\backslash n}{\text{\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ }A_{s2} = \frac{Re_{s1}}{f_{\text{yd}}(d - a_{s2})}}$$

1. Duży mimośród

Na początku ustalamy $\xi_{\lim} = 0,8\frac{\varepsilon_{cu3}}{\varepsilon_{cu3} + \varepsilon_{\text{yd}}}$ , potem μ_sc, lim = ξ_lim(1 − 0, 5 * ξ_lim)

Zakałdamy że ξ=ξ_lim i obliczamy zbrojenie As2

$$A_{s2} = \frac{Re_{s1} - \mu_{sc,lim}bd^{2}f_{\text{cd}}}{f_{\text{yd}}\left( d - a_{s2} \right)}$$

Jeśli As2≥ As,min to As1 wynosi

$$A_{s1} = \frac{R - \xi_{\lim}bd^{2}f_{\text{cd}} + A_{s2}f_{\text{yd}}}{f_{\text{yd}}}$$

Jeśli As2 <As,min ustalamy μ_sc ustalamy ξ

Jeśli x= ξd≥as2

$$A_{s1} = \frac{R - A_{s2}f_{\text{yd}} + \xi\text{bd}f_{\text{cd}}}{f_{\text{yd}}}$$

Jeśli x= ξd<as2

$$A_{s1} = \frac{Re_{s2}}{f_{\text{yd}}(d - a_{s2})}$$

Obliczone przekroje porównujemy ze zbrojeniem minimalnym.

14. Podać sprawdzenie szerokości rozwarcia rysy w ścianie zbiornika

Warunek sprawdzenia rozwarcia rys wg EC2-1-1

w_k ≤ w_k,  lim

w_k - obliczona szerokość rozwarcia rys

w_k, lim – dopuszczalna szerokość rozwarcia rysy ( zależną od klasy szczelności Norma EC 2-3 podaje klasyfikacje pod względem szczelności ( klasa 0- dopuszcza się przecieki, klasa 1-dopuszcza się niewielkie przecieki, klasa 2- przecieki powinny być minimalne ,klasa 3- niedopuszcza się zadnych okładzin)

Dla przekrojów osiowo rozciąganych norma EC2-3 podaje uproszczoną metodę, która polega na ustaleniu maksymalnej średnicy i maksymalnego rozstawu prętów zbrojeniowych, które zapewniają, ze założone dopuszczalne szerokości rys nie zostały przekroczone. Zostały podane w formie nomogramów.

Dla sprawdzenia stanu zarysowania w sposób dokładny oblicza się maksymalny rozstaw rysy s_r,  max  i różnicę między średnimi odkształceniem zbrojenia ε_sm a odkształceniem betonu między rysami ε_cm

w_k = s_r,  max(ε_sm − ε_cm)

$$\varepsilon_{\text{sm}} - \varepsilon_{\text{cm}} = \frac{\sigma_{s} - k_{t} \bullet \frac{f_{ct,eff}}{\rho_{p,eff}}\left( 1 + \alpha_{e} \bullet \rho_{p,eff} \right)}{E_{s}} \geq 0.6 \bullet \frac{\sigma_{s}}{E_{s}}$$

gdzie:

ρ_p, eff - stopień zbrojenia rozciąganego w odniesieniu do efektywnego pola stali rozciąganej A_ct, eff

k_t- współ. czasu trwania obciążenia

σ_s- naprężenie w rozciąganym zbrojeniu

$$\alpha_{e} = \frac{E_{s}}{E_{\text{cm}}}$$

f_ct, eff - wytrzymałość betonu w chwili spodziewanego zarysowania

s_r,  max = $k_{3} \bullet c + k_{1} \bullet k_{2} \bullet k_{4} \bullet \frac{\varnothing}{\rho_{p,eff}}$

k₁ – zależny od przyczepności betonu do prętów

k₂ – współ. zależny od rozkładu naprężeń $k_{2} = \frac{\varepsilon_{1} + \varepsilon_{2}}{2\varepsilon_{1}}$

k₃ = 3, 4

k₄ = 0.425

15. SGU – określić zbrojenie minimalne w zbiorniku z uwagi na zarysowanie

Minimalna ilość zbrojenia wynika z założenia, że przejmie ono całą siłę rozciągającą po zarysowaniu, a więc po lokalnym przekroczeniu wytrzymałości betonu na rozciąganie.

Istotne jest, aby zbrojenie minimalne było wystarczające również w odniesieniu do odkształceń wymuszonych. Mówi się wtedy o przypowierzchniowym zbrojeniu przeciwskurczowym.

Minimalne pole przekroju zbrojenia przeciwskurczowego wynosi

Ponieważ pojedyncze pręty zbrojeniowe efektywnie oddziałują na beton jedynie w najbliższym otoczeniu (od 6Φ do 7,5 Φ) dlatego rozstaw prętów powinien być ograniczony do 15 Φ w obydwu kierunkach.

Minimalna ilość zbrojenia wynika z założenia, że przejmie ono całą siłę rozciągającą po zarysowaniu, a więc po lokalnym przekroczeniu wytrzymałości betonu na rozciąganie.

Średnica i rozstaw prętów zbrojenia przeciwskurczowego.

właściwa średnica i rozstaw prętów zbrojenia przeciwskurczowego w strefach przypodporowych elementów zapewniają ,,zszycie’’ elementu, a także dopuszczalną morfologię rys skurczowych (aby były drobne i nie powodowały zagrożenia)

wg Rüsch Jüngwirth

$$\phi_{s} \leq \frac{3 \bullet 0,15 \bullet f_{\text{cm}} \bullet W_{k,lim} \bullet E_{s}}{f_{\text{yk}}^{2}}\text{\ \ }$$

Istotne w przypadku zbrojenia przeciwskurczowego jest przyjęcie właściwego rozstawu prętów, tak aby zasięg oddziaływania poszczególnych prętów nakładał się aby nie wytworzyć gołych obszarów bez zbrojenia

17. Narysować szczegół zbrojenie naroża ścian w zbiorniku prostokątnym.

	ZBROJENIE PRĘTAMI PROSTYMI KOTWIONYMI W NAROŻACH
	ZBROJENIE PRĘTAMI ODGIĘTYMI
	ZBROJENIE Z UŻYCIEM PĘTLI NAROŻNYCH

18. NARYSOWAĆ SZCZEGÓŁ DYLATACJI W ŚCIANIE ZBIORNIKA

19.Narysować szczegół dylatacji w płycie dennej zbiornika

20. Naszkicować rozwiązanie przerwy roboczej w ścianie i płycie dennej zbiornika

Rysunek przerwy roboczej w płycie dennej zbiornika uszczelniony taśmą wewnętrzną

Rysunek przerwy roboczej w ścianie

21. Naszkicować rozwiązanie dylatacji skurczowej zbiornika

22. Scharakteryzować ideę metody STM

Metoda itteracyjna, graficzna. Zastosowanie tej metody wymaga zrozumienia zasady i osądu inżynieryjskiego. W tej metodzie dzielimy element na obszary B i D

gdzie:
B- w tym obszarze występuje liniowy przebieg naprężeń w przekroju, hipoteza Bermoulliego, prawo Hocke'a

D- wykres naprężeń krzywoliniowych, zakres obszaru wynika z zasady Saint Venanta

Wykonane tę metodą obliczenia są właściwe dla przyjętego modelu konstrukcji. Wyniki obliczeń pozwalają na oszacowanie wartości sił konstrukcji.

- obszar liniowy

- obszar nieliniowy

24. Podać przykłady modelowania STM belki podciętej.

Rysy w belce podciętej

25. Podać przykłady modelowania STM węzła ramy.

Modelowanie węzła ramy

27. Model STM dla przykładu obciążenia rozłożonego na dolnej krawędzi ściany – tarczy.

28. SCHARAKTERYZOWAĆ KONSTRUKCJĘ TARCZOWNIC ŻELBETOWYCH

Tarczownice żelbetowe są to konstrukcje przestrzenne, składające się co najmniej z dwóch cienkich i płaskich elementów (tarcz), połączonych swymi krawędziami pod pewnym kątem, i ewentualnie usztywnionymi za pomocą poprzecznych przepon. Żelbet jest najbardziej odpowiednim materiałem stosowanym do konstrukcji tarczownic monolitycznych jak i prefabrykowanych. Nośność i sztywność tarczownic zależy w głównej mierze od odpowiedniego sfałdowania, stosunku wysokości fałdy do jej rozpiętości oraz kąta pochylenia tarcz. Zbyt małe pochylenie powoduje zanikanie efektu działania tarczy.

Rozkład reakcji grzbietowych i pachwinowych na siły styczne w płytach-tarczach:

29. Zdefiniować systemy konstrukcyjne budynków wysokich

1.Układy ramowe

1.1. Układy o węzłach sztywnych

1.2. Ustroje kombinowane – stalowe

-Ramy ze stężeniami płaskimi

-Ramy wspomagane kratownicami płaskimi

2. Ustroje trzonowe

2.1. Wieszarowe pojedyncze

2.2. Wspornikowe pojedyncze

2.3. Wieszarowe grupowe

2.4. Wspornikowe grupowe

2.5. Układy trzonowo – szkieletowe żelbetowo – stalowe

3. Ustroje częściowo powłokowe

3.1. Układy pasmowe

- pasma powłok narożnych,

- pasma powłok wspomagane przeponą,

3.2. Układy 2-powłokowe typu ,, trzon w trzonie’’

4. Ustroje powłokowe

4.1. Powłoki modularne ramowe

-żelbetowe i stalowe

4.2. Wiązki powłok stalowych

-megastruktury,

4.3. Powłoki stalowe ze skratowaniem

5. Megakolumny

- współpraca trzonu z megakolumnami w linii elewacji,

30. Stropy, układy usztywniające i posadowienie budynków wysokich

Stropy – mają za zadanie :

- przeniesienie obciążeń na słupy i ściany,

-pokonanie możliwie dużych rozpiętości

-tworzenie tarcz poziomych

Układy usztywniające:

Układ ramowy - stworzony przez elementy płaskie lub przestrzenne, które składają się z belek sztywno połączonych ze słupami, może być wykonywany zarówno ze stali, jak i z żelbetu. W takim układzie każdy element pod obciążeniem współpracuje z innymi, a sztywność przestrzenna budynku zachowana jest dzięki sztywnym połączeniom w węzłach ram.

Układ trzonowy – projektowany w budynkach mających najwyżej 60 kondygnacji. Trzon

w konstrukcji budynku wysokiego pełni bardzo ważną funkcję zarówno użytkową, jak

i konstrukcyjną i ze względu na to najczęściej umieszczany jest symetrycznie, w sercu

budynku, a jego geometria jest zbliżona do tej reprezentowanej przez budynek.

Układ typu „trzon w trzonie” – układ przejściowy pomiędzy trzonowym a powłokowym,

konstrukcja powłoki zewnętrznej jest połączona z trzonem wewnętrznym, tworząc tym samym

jeden układ przestrzenny. Takie systemy są najczęściej stosowane w budynkach

o wysokościach sięgających 180–300 m . Zadaniem tego układu jest zwiększenie

sztywności budynku (zmniejszenie wychyleń) dzięki rozłożeniu obciążeń na elementy

składowe, czyli trzon i powłokę zewnętrzną. W budynkach wysokich trzon jest bardzo wiotki

i nie jest w stanie przenieść wszystkich obciążeń poziomych, dlatego tak ważne jest, aby

mogła je przenieść konstrukcja znajdująca się w ścianach zewnętrznych.

Układ powłokowy – struktury, w których główne obciążenia przenosi powłoka zewnętrzna

budynku, której trzon nie jest w stanie w znacznym stopniu odciążyć, bo jest zbyt wiotki –

takie rozwiązania stosuje się w budynkach o 60–100 kondygnacji. Bardzo często

założenie, że powłoka zewnętrzna będzie głównym ustrojem nośnym, skutkuje koniecznością

jej usztywnienia – przykładem może być dodatkowe skratowanie pól zewnętrznych,

Megastruktura – ustrój złożony z bloków modularnych, wykonywanych jako konstrukcje

stalowe o zagęszczonej siatce słupów. Charakterystyczna dla tych systemów jest rezygnacja

z wewnętrznych trzonów, co skutkuje znacznym powiększeniem rozpiętości i grubości

stropów. Taki układ konstrukcyjny wykonywany jest w najwyższych wieżowcach i ma na celu

znaczne usztywnienie konstrukcji.

Posadowienie

Pod względem statycznym każdy z budynków wysokich jest wspornikiem, dlatego należy zapewnić mu odpowiednie zakotwienie. Stąd zawsze projektuje się kondygnacje podziemne w postaci skrzyni fundamentowej od 2 do 5 kondygnacji w zależności od wysokości budynku i jego funkcji.

• Fundamenty skrzyniowe – tworzy je płyta denna o grubości 2 – 3 m i stropy usztywnione przez system ścian podziemia.

• Budynki do wysokości 100 m posadowione są na płycie o grubości 2-3 m. Natomiast w budynkach ponad 100 m płyta ta stanowi płytę oczepową dla fundamentów pośrednich: palowych, studniach opuszczanych lub głębinowych.

31. Podać zasady pracy tarczownic

• Sztywność uzyskiwana jest przez złożony kształt przekroju poprzecznego

• Zakłada się, że grzbiety i pachwiny stanowią podpory poszczególnych płyt

• Rozkłada się reakcje grzbietowe i pachwinowe na siły normalne uzyskując w ten sposób tarczową pracę płyt

• Przyjmuje się pracę belkową wzdłuż przelotów: przepony są usztywnieniami poprzecznymi

32. Scharakteryzować ściany szczelinowe i metodę stropową posadowienia budynków

Ściany szczelinowe są obecnie bardzo często stosowane jako obudowy głębokich wykopów, z uwagi na dużą sztywność oraz możliwość wykorzystania ich zarówno jako ściany podziemia oraz fundament budynku. Wykonuje się je do głębokości nawet 25-30 m. Najczęściej stosowane grubości ścian szczelinowych wynoszą 60 lub 80 cm (wyjątkowo stosuje się ściany o innej grubości np. 50 lub 100 cm).

Ściana szczelinowa, to ściana wykonana z betonu lub żelbetu, formowana w szczelinie wykopanej w gruncie. Ściany szczelinowe wykonuje się zwykle z betonu wodoszczelnego dzięki czemu stanowią one pionową przegrodę przeciwfiltracyjną zabezpieczającą wykop budowlany przed napływem wody gruntowej.

Zasadniczymi zaletami ścian szczelinowych są:

• skrócenie czasu realizacji oraz optymalizacja kosztów realizacji inwestycji poprzez zastosowanie jednej konstrukcji spełniającej funkcję docelowego elementu budynku, zabezpieczenia stateczności wykopu budowlanego i przeciwfiltracyjnej przegrody pionowej,

• możliwość wykonywania w bezpośrednim sąsiedztwie istniejących budowli (ok. 30 cm od lica istniejących obiektów),

• mała uciążliwość wykonywanych robót dla otoczenia - niski poziom hałasu oraz brak wstrząsów przy wykonaniu.

Ściana szczelinowa może jednocześnie spełniać trzy funkcje:

• oparcia przed siłami poziomymi;

• przeniesienia obciążeń pionowych;

• zapewnienia wodoszczelności.

Metoda stropowa posadowienia budynków

Metoda stropowa, często zwana również podstropową, jest jednym ze sposobów budowy kondygnacji podziemnych w obudowie wykopu ze ścian szczelinowych. Klasyczna metoda stropowa została po raz pierwszy wykorzystana w latach 60 XX wieku do budowy metra w Mediolanie, dlatego w literaturze światowej często nazywana jest metodą mediolańską. W Polsce po raz pierwszy klasyczną metodą stropową wybudowano stację warszawskiego metra „Ratusz-Arsenał”. Metoda stropowa w różnych jej odmianach jest również szeroko stosowana podczas realizacji budynków biurowych z wielopoziomowymi garażami podziemnymi. 

Istnieje kilka odmian metody stropowej:

1. top & down - po wykonaniu ścian szczelinowych i baret(to odcinek ściany szczelinowej, zwykle krótki, lub kilka przecinających się odcinków, jednocześnie betonowanych (np. w kształcie litery T lub L)) lub pali, zakończonych w poziomie posadowienia projektowanej płyty fundamentowej, wykonuje się słupy tymczasowe (zazwyczaj stalowe) osadzone na baretach lub palach. Następnie budowana jest płyta stropowa obiektu. Wydobywanie urobku z wykopu w obudowie ścian szczelinowych następuje poprzez pozostawione w stropach otwory technologiczne. Słupy tymczasowe służą jako podparcie dla stropów oraz dla nadziemnej konstrukcji żelbetowej, ponieważ w tej metodzie budowane są jednocześnie kondygnacje podziemne i nadziemne. Przykładem realizacji budynku w metodzie top & down jest budynek TP SA w Warszawie. Metoda ta nie miała i niema szerszego zastosowania w budownictwie w naszym kraju.

2. klasyczna stropowa – założenia konstrukcyjne są takie same jak w metodzie top & down, odmienne natomiast jest fazowaniem robót. Po wykonaniu płyty stropowej, realizowane są kolejne stropy, aż do płyty fundamentowej. Konstrukcja nadziemna wykonywana jest dopiero po ukończeniu budowy części podziemnej. Klasyczna metoda stropowa ma szerokie zastosowanie w budownictwie w naszym kraju. Znalazł ona zastosowanie m.in. na budowie wszystkich stacji II linii metra, na budowie tunelu kolejowego na Okęcie oraz na budowie Dworca Łódź Fabryczna. Metoda ta posłużyła również do realizacji kilku głęboko posadowionych budynków biurowych zlokalizowanych w centrum Warszawy.

3. obręczy rozpierającej – zwana inaczej półstropową, a potocznie również tarczową. Metoda ta powstałą z myślą o realizacji bardzo dużych obiektów, gdzie stosuje się tzw. półstropy rozpierajcie dookoła wykopu, tworzące obręcz. Stropy podobnie jak w omówionych  przykładach powyżej opierają się na tymczasowych słupach stalowych osadzonych w palach lub baretach. Pod stropami wykop realizuję się metodą klasyczną stropową, natomiast w części centralnej roboty ziemne są prowadzone jak w otwartym wykopie, co znacznie przyspiesza roboty ziemne i żelbetowe w części centralnej projektowanego obiektu. Przykładami realizacji metodą obręczy rozpierającej są warszawskie biurowce: IO, Plac Unii.

33. PODAĆ ZASADY FUNDAMENTOWANIA BUDYNKÓW W ZABUDOWIE PLOMBOWEJ

Zabudowa plombowa to taka, gdzie wkomponowany pomiędzy już istniejące budynki, tworzące zwartą linie zabudowy.

Przy fundamentowaniu mającego powstać budynku należy zadbać o bezpieczeństwo i stateczność już istniejących:

- w związku z wykopami wykonuje się zabezpieczenia, które zapobiegają przemieszczaniu się gruntu. Najczęściej są to ściany szczelinowe a także ścianki szczelne żelbetowe lub stalowe wykonywane krótkimi odcinkami.

- ściany te mogą być dodatkowo zabezpieczone rozporami, kotwami gruntowymi lub stropami.

- w celu ochrony istniejących budynków mogą być wykonywane pale, studnie fundamentowe, wzmacniania podłoży gruntowych itp. Często te same elementy wykorzystywane są w konstrukcji nowych obiektów.

- pionowe i poziome wzmocnienia za pomocą:

- iniekcji wgłębnych podłoży lub elementów budowlanych

- monolitycznych lub prefabrykowanych wzmocnień żelbetowych

- elementów stalowych lub drewnianych

- wykonać poziome ściągi stalowe z prętów, płaskowników lub mat umieszczonych np. na wysokości stropów między kondygnacjami.

34. Podbijanie i centrowanie fundamentów

Podbijanie fundamentów występuje gdy zaprojektowany poziomu posadowienia fundamentu nowego budynku jest położony niżej niż poziom posadowienia istniejącego budynku, wtedy należy wykonać podbudowę fundamentu istniejącego.

Zazwyczaj podmurowanie wykonuje się cegłą pełną, bloczkami betonowymi na zaprawie cementowej lub betonem. Należy pamiętać aby dokładnie wypełnić styk między podstawą fundamentu a podbudową. W celu wykonania podbudowy może zaistnieć potrzeba wykonania wykopu obudowanego i rozpieranego

Roboty wykonuje się odcinkami w wykopach o długości od 1,0-1,5m (mniejsze odległości w przypadku słabszego fundamentu) między odcinkami wykonywanymi równocześnie należy zachować odstęp 4,0-5,0m

Należy tak planować kolejność wykonywania poodbudowy aby narożniki wykonać na końcu, na nieco krótszych odcinkach.

Centrowanie fundamentów wykonuje najczęściej gdy obiekty budowlane wznosi się w bezpośrednim sąsiedztwie istniejącej ściany przy granicy budynku. Ława fundamentowa obciążona jest ścianą mimośrodowo. Rozkład nacisków na podłoże jest wtedy trójkątny co może spowodować nierówne osiadanie ławy oraz pochylenie jej podstawy.

Efektem tego rodzaju obciążenia może wystąpić oddzielenie ściany od podstawy. W celu uniknięcia tego typu uszkodzenia należy dążyć do takiego usytuowania ściany na fundamencie aby linia działania obciążenia pokrywała się z geometrycznym środkiem ławy. Wymaga to jednak odpowiedniego odsunięcia od granicy działki co wiąże się z zmniejszeniem wymiarów budowli.

Gdy jednak nie chcemy aby pomniejszyć wymiarów wówczas należy wykonać:

- Dla ścian murowanych- wprowadzić zbrojenie, które będzie łączyło ławę ze ścianą, a zakotwione w konstrukcji stropu. Ściana wówczas stanie się konstrukcją zespoloną murowano- żelbetową.

- Jeżeli zaś ława i ściana są wykonane z betonu to również łączy się ławę ze ścianą zbrojeniem i kotwi w stropie. Dodatkowo można zastosować pionowe pilastry łączące ławę ze spodem konstrukcji stropu w rozstawie co 10-12h. Jeszcze innym rozwiązaniem jest wykonanie dodatkowych belek (ław) łączących ławę przy budynku sąsiednim z równoległa do niej ławą fundamentową pod ścianą zewnętrzną. Belki te rozstawia się co 2,5-3m

35. Charakterystyka żelbetowych kominów przemysłowych w Polsce

Najczęściej wznoszonymi są kominy jednoprzewodowe o konstrukcji trzonu w postaci kołowej powłoki cylindrycznej lub stożkowej o stałej lub skokowo zmiennej grubości na wysokości komina. Żelbetowe kominy wieloprzewodowe mają bardziej złożoną konstrukcję

Najwięcej żelbetowych kominów wieloprzewodowych w Polsce powstało w latach 70 XX wieku.

Przykładem komina wieloprzewodowego o konstrukcji żelbetowej powłoki cylindrycznej jest sześcioprzewodowy komin elektrowni Opole o wysokości 250 m i średnicy przewodów po 6m. W środku znajduje się żelbetowy trzon wewnętrzny, w którym jest zamontowany dźwig towarowo osobowy.

Przekrój komina elektrowni Opole

Jednak w Polsce najczęstszym rozwiązaniem żelbetowych kominów wieloprzewodowych są obiekty czteroprzewodowe silosowe, które ze względu na kształt przekroju poprzecznego nazywane są kominami typu czterolistnej koniczynki. Pierwszy komin tego typu komin o wysokości 150 m z przewodami ceramicznymi wznoszony był w latach 1972-73 w elektrociepłowni Gdynia III.

Taki sam komin jeśli chodzi o konstrukcję trzonu wykonany został w 1975 w elektrociepłowni I Huty Katowice, z tym że przewody wewnętrzne wykonano ze stali.

Kominy czteroprzewodowe