VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ FAKULTA STAVEBNÍ KOVOVÉ KONSTRUKCE I MODUL BO04-MO2 STŘEŠNÍ KONSTRUKCE

Transkript

1 VYSOKÉ UČEÍ TECHICKÉ V BRĚ FAKULTA STAVEBÍ KOVOVÉ KOSTRUKCE I MODUL BO04-MO STŘEŠÍ KOSTRUKCE STUDIJÍ OPORY PRO STUDIJÍ PROGRAMY S KOMBIOVAOU FORMOU STUDIA

2 Kovové konstrukce I BO04-MO Střešní konstrukce Prof. Ing. Jindřich Melcher, Dr.Sc. Ing. Josef Puchner, CSc. (kapitola,, 5-7) Ing. Stanislav Buchta (kapitola,, 4,, 7) - (48) -

3 Obsah OBSAH Úvod...5. Cíle...5. Požadované nalosti...5. Doba potřebná ke studiu Klíčová slova...5 Střešní plášť...7 Vanice...9. Obecné ásad Vanice prostá plnostěnná Vanice spojitá Vanice kloubová Vanice vpěrková a avěšená..... Vanice příhradová... 4 Vaník Obecné ásad Řešení příhradového vaníku ávrh a posouení prutů Horní pás H4, H Dolní pás S Diagonála D Diagonála D Diagonála D, D Diagonála D Diagonála D Diagonála D7, D Montážní stk Montážní stk dolního pásu Ztužidla ve střeše...4 Závěr Shrnutí Kontrolní oták Studijní pramen Senam použité literatur Senam doplňkové studijní literatur (48) -

4

5 Úvod Úvod. Cíle Cílem tohoto modulu je vsvětlení funkce částí střešní konstrukce střešního pláště, vanic, vaníku a tužidel. Vsvětluje princip přenosu atížení do jednotlivých nosných částí a návrh konstrukce tak, ab bepečně plnila svou funkci.. Požadované nalosti K pochopení následujících kapitol jsou potřeba nalosti stavební mechanik a navrhování prvků kovových konstrukcí.. Doba potřebná ke studiu Le předpokládat, že k osvojení problematik pracované v této studijní opoře je apotřebí přibližně 8 hodin..4 Klíčová slova Zatížení, střešní plášť, vanice, tužidlo, vaník, ohb. moment, osová síla, bimoment. - 5 (48) -

6

7 Střešní plášť Střešní plášť Skladba střešního pláště vplývá požadavků na atížení střech, sklon střešní konstrukce, vlhkostních a teplotních poměrů, stupni ohnivdornosti a v neposlední řadě i požadavku ekonomičnosti konstrukce. osný podklad krtin je vžd nutné statick ověřit. V případě řešeného příkladu bl jako střešní plášť použitý tepelněiolační poluretanový panel firm Hoesch isodach TL 75-0,88 od vlastní hmotnosti 5,5 kg.m vi.obr. -. Statická únosnost uvedeného panelu bla ověřena pomocí projekčních podkladů v katalogu dané firm. Obr (48) -

8

9 Vanice Vanice Obr. - Půdors střech hal 4 m x 0 m s příčnými vabami po m - 9 (48) -

10 Kovové konstrukce I BO04-MO Střešní konstrukce. Obecné ásad Vanice je konstrukční díl nosné části střech, na který je uložen střešní plášť. Vanice jsou uložen kolmo k vaníkům, na jejich horních pásech. S ohledem na statické působení le vanice navrhnout jako nosník - prosté, - spojité, - kloubové, - vpěrkové a avěšené Podle konstrukčního řešení le vanici navrhnout plnostěnnou nebo příhradovou. Podle umístění na střeše rolišujeme vanice vrcholové (hřebenové), meilehlé, okapové. Roteče, v nichž jsou vanice uložen, ávisejí na únosnosti a tuhosti střešního pláště, obvkle mei,8m a 4m. Existuje ávislost mei geometrií příhradového vaníku a rotečemi vanic, protože je vhodné vhnout se mimostčnému atížení horního pásu vaníku a umisťovat vanice do stčníků. S ohledem na namáhání se jedná o prvk namáhané šikmým ohbem, případně i tlačené nebo tažené. Tlačené pás jsou proti klopení ajištěn střešním pláštěm, který rovněž brání vbočení vanice v rovině střech, pokud je vanice tlačená... Vanice prostá plnostěnná Pro tto vanice se používají válcované profil U,UPE, I, IPE, tenkostěnné profil U, Z. Profil se volí s ohledem na šířku pásu, na který se ukládá střešní plášť, protože úložná šířka ovlivňuje únosnost střešního pláště. Použití těchto válcovaných profilů je vhodné pro vdálenosti vaníků do m. Pak v ávislosti na tíe střešního pláště a atížení sněhem jsou výšk průřeů mei 00 mm a 00mm. Pro větší ropětí je použití plnostěnných vanic nehospodárné. Kvůli předcháení možnosti hromadění nečistot na přírubách profilů a následné možnosti vniku koroe je výhodnější používat profil U, UPE s přírubami směřujícími směrem sklonu střešní rovin. Podle ČS 7 40 je mení průhb vanice od celkového atížení L/00, od nahodilého atížení L/50. Výpočet prostě uložené vanice je ávislý na tuhosti střešního pláště v jeho rovině. Při použití pláště, který není tuhý ve své rovině a není schopen přenášet atížení v rovině střech, je nutné dimenovat vanici na šikmý ohb, ted na ohb kolmo k rovině střech a v rovině střech. Protože rovina atížení neprocháí rovinou danou těžištní osou vanice a přímkou s ní rovnoběžnou, na níž leží střed smku, je nutné uvažovat i kroucení vanice. etuhý plášť rovněž neajišťuje vanici proti klopení. Válcované profil používané jako vanice mají načně rodílnou tuhost v rovinách x a x, proto se ropětí pro ohb v rovině jejich menší tuhosti x (v rovině střech) snižuje táhl - 0 (48) -

11 Vanice v polovině nebo třetinách ropětí. Tak se složka atížení v rovině střech přenáší do hřebenové vanice. Meilehlé vanice le dimenovat poue na složku atížení kolmou ke střešní rovině. Obr. - Připojení táhel k vanici Plášť, který je tuhý ve své rovině je schopný přenášet atížení v rovině střech, takže tuto složku atížení přenese do okapového tužidla, případně okapové nebo hřebenové vanice esílené např. profilem L u horního pásu. Meilehlé vanice le dimenovat poue na ohb kolmo ke střešní rovině. Obr. - Roklad atížení kolmo ke střešní rovině a do rovin střech a esílení profilu U profilem L... Vanice spojitá Obr. -4 Vanice spojitá - statické schéma Statick se jedná o spojité nosník. Pro volbu průřeů platí totéž, co pro vanice prosté. Jsou výhodné s ohledem na výrobu a montáž pro ropětí kolem m, kd le vužít celých výrobních délek profilů. Pokud se spojují do větších délek, umísťují se spoje do míst s malými ohbovými moment. Stejně jako u prosté vanice je výpočet ávislý na tuhosti střešního pláště. - (48) -

12 Kovové konstrukce I BO04-MO Střešní konstrukce Obr. -5 Uložení plnostěnné vanice... Vanice kloubová ZESÍLEÍ KLOUB SUDÝ POČET POLÍ P5-0 x 5 SKLO STŘECHY α<0 α> L 0 x 8 Obr. - Schéma kloubové vanice a konstrukční řešení kloubu Jedná se o spojitý nosník s vloženými kloub (Gerberův nosník). Poloha kloubů se volí tak, ab velikosti ohbových momentů v poli a nad podporou bl stejné. V krajních polích spojitých nosníků jsou ohbové moment větší, vrovnání nele dosáhnout, proto se profil v potřebné délce esiluje příložkami - (48) -

13 Vanice ploché tče, případně válcovaným profilem menších roměrů než je profil vanice. Jak v předchoích případech, i u vanice kloubové je výpočet ávislý na tuhosti střešního pláště. Dimene šroubů, které tvoří kloub, ávisejí na velikosti akcí vloženého pole. Z hlediska klopení a kroucení je kloub nepřínivý. Proto je vhodné použití dvojice táhel umístěných nad sebou u horního a dolního pásu.... Vanice vpěrková a avěšená Obr. -7 Schéma vpěrkové a avěšené vanice Plnostěnná vanice jejíž ropětí je menšováno prostřednictvím vpěrek příp. ávěsů. Použití obvkle pro ropětí m. Vpěrk (ávěs) se připojují k vanici ve vdálenosti mei 0.L až 0.L (L je osová vdálenost vaníků). Opačné konce vpěrek jsou připojen k dolnímu pásu vaníků. Jedná se o spojitý nosník (n-) krát statick neurčitý, kde n je počet polí. Tto vanice jsou výhodné s ohledem na spotřebu materiálu, nevýhodné s ohledem na požadovanou přesnost výrob a montáže, ab bl splněn předpoklad výpočtu. Připojení vpěrek k vanici i vaníku je výhodnější šroubové, s ohledem na montáž i přesnost geometrického tvaru... Vanice příhradová Používá se pro větší ropětí ( m a víc), kde b plnostěnná vanice bla nehospodárná. Předností je malá spotřeba materiálu, nevýhodou pracnost výrob. Horní pás vanice, na který se ukládá střešní plášť, se navrhuje přímý, dolní pás může být rovněž přímý nebo ve tvaru křivk, obvkle parabol. Řešení s parabolickým dolním pásem je přínivé hlediska úspor materiálu i namáhání prutů. Prut pásů jsou při rovnoměrném atížení namáhán téměř stejnými silami po celé délce vanice, výplňové prut jsou namáhán malými silami, le je proto navrhovat velmi subtilní. Horního pás příhradové vanice se pravidla navrhuje profilu T, válcovaného, svařeného plechů nebo vtvořeného podélným dělením profilu I, IPE. Musí být dostatečně široký, ab umožňoval uložení střešního pláště. Pro dolní pás le rovněž vužít stejné profil jako pro pás horní, případně profil rovnoramenného L postaveného vrcholem vhůru (do stříšk). Výplňové prut se vtvoří kruhového průřeu, trubek nebo dvojic profilů L. - (48) -

14 Kovové konstrukce I BO04-MO Střešní konstrukce GEOMETRICKÝ TVAR A B DETAIL A DETAL B Obr. -8 Příhradová vanice přímopásová Příklad. Obr. -9 Geometrický tvar vanice s parabolickým dolním pásem avrhnout plnostěnnou vanici jako spojitý nosník pro dále uvedené atížení střech. Zatížení střech: Střešní plášť - sendvičový panel (tepelná iolace mei dvěma trapé. plech) g 0,54km γf, - 4 (48) -

15 Vanice Zatížení vanice je dáno akcemi střešního pláště, přibližně je můžeme ískat vnásobením plošného atížení atěžovací šířkou. Zatěžovací šířkou se roumí pruh nad vanicí, jehož šířka se rovná aritmet. průměru vdáleností vanic sousedících s vanicí uvažovanou. Vájemná vdálenost vanic v uvažovaném příkladu je m. V příkladu se předpokládá, že hřebenová vanice není poue jedna ve vrcholu vaníku, ale na obou částech střech je blíko hřebene umístěna vanice. Zatížení vanice meilehlé: Složka kolmá k rovině střech: g g b cosα 0,54 cos,8 0,4km atížení vanice hřebenové: g b / cosα 0,54 / cos,8 0,km g ( ) ( ) atížení vanice okapové: g b / b cosα 0,54 / 0.5 cos,8 0, km g ( ) ( ) ( b 0.5m převislý konec pláště) složka atížení v rovině střech ( vhledem k velikosti není rolišeno atížení jednotlivých vanic) g b sinα 0,54 sin,8 0,0km g Soustředěné atížení na střechách se sklonem se uvažuje v charakteristické hodnotě F k γ f, v nepřínivé poloe (uprostřed ropětí vanice). Sníh IV.sněhová oblast s, km γf,4 0 5 tíha pláště g 0,54km > 0,5km µ, s sklon střech α,8 < 5 κ s charakteristická hodnota atížení: s k s km 0 µ s κ s,5., 8 složka kolmá na rovinu střech: atížení vanice meilehlé: g s b cosα,8 cos,8 5,4km k atížení vanice hřebenové: g ( b / ) cos,8 ( / ) cos,8,7 s km k α - 5 (48) -

16 Kovové konstrukce I BO04-MO Střešní konstrukce atížení vanice okapové: g ( b / b ) cos,8 ( / 0.5) cos,8, sk α km složka rovnoběžná s rovinou střech: atížení vanice meilehlé: g atížení vanice hřebenové: g s b sinα,8 sin,8 0,7km ( b / ) cos,8 ( / ) sin,8 0, s km k α k atížení vanice okapové: g ( b / b ) sin,8 ( / 0.5) sin,8 0, sk 8km α Vítr IV.větrová oblast w0 0, 55km γf, sklon střech α,8 c 0. e charakteristická hodnota atížení: w w0 c 0,55 ( 0,8) 0, 44km k κ w e Zatížení větrem se uvažuje kolmo k rovině střech. Zatížení vanice meilehlé: g w b 0,44.km k atížení vanice hřebenové: g ( b / ) 0,44 ( / ) 0, w km k atížení vanice okapové: g ( b / b ) 0,44 ( / 0.5) 0, w 88km k Posouení vanice: ejvětší hodnot ohb. momentů spojité vanice jsou v krajních polích. Ve vnitřních polích jsou meipodporové moment hruba poloviční, nadpodporové se příliš neliší, v počítaném příkladu jsou menší o necelých 7%. Kombinace at. stavů (stálé at. sníh): Pon.: Kombinace atížení stálého a soustředěného vvolává menší hodnot vnitřních sil. - (48) -

17 Vanice Obr. -0 Průběh ohb. momentů pro atížení stálé a sníh M, 5, km (v poli) M, -7, km (nad podporou) M,, km (v poli) M, -,0 km (nad podporou) avržen profil U00. Posouení lokální štíhlosti průřeu: d/t w 5/8,57,8<7ε7*7>tř. c/t f 75/,5,5 <0ε0*0>tř. kde ε 5/f 5/5 Přišroubováním střešního pláště je hornímu pásu abráněno klopení- roteč přípojů musí být max. 40i 40*, 89 mm. Zatížení vanice neprocháí rovinou, v níž leží střed smku profilu U. Důsledkem toho je kroucení vanice. Excentricitu složk kolmé k rovině střech le uvažovat jako vdálenost středu smku od stěn e 9, 8mm, excentricita složk atížení v rovině střech je polovina výšk profilu e 00mm. Zjednodušený výpočet bimomentu: B M e ( χ ) Protože je vanice ohýbána ve dvou rovinách, má bimoment dvě složk: - 7 (48) -

18 Kovové konstrukce I BO04-MO Střešní konstrukce B ( χ ) M e ( χ ) M, e, kde ( 0,948), 0 00 ( 0,98) 4, 0,8 0 9,8 mm [ ] 0, 98 [ β ( α / ) ] (,/ ) χ ψl L 4900 mm je vdálenost bodu od podpor, v němž moment M mění naménko α χ β ψl,, ,98 L 4580 mm je vdálenost bodu od podpor, v němž moment M mění naménko. α, β pro kloubové uložení v kroucení a rovnoměrné spojité atížení M σ W, pl, M W, pl, B W ω, , 0 5,8 0 kde návrhová pevnost 4, 0 4,5 0 f f γ 5,MPa < 5 d 04, M.5 Profil U00 v poli mei podporami vhovuje. f MPa d 04,MPa Vanice je navržena jako spojitá, v oblasti podpor je tlačený dolní pás, který není ajištěný proti klopení. Délka mei podporou, v níž je abráněno klopení a místem měn naménka momentu je pro moment M v rovině větší tuhosti L 00mm ( L 400mm v sousedním poli) δ h I ω I L α t 0. I t / I h / d ω L δ L ω π 4 α t π.7 Podle tab. G. v ČS 7 40 κ, κ, - 8 (48) -

19 Vanice γ γ e κ h, 00 e h κ d ω ( 00) ( 00) štíhlost prutu při klopení: L γ h poměrná štíhlost LT I I 00, , 0,48 0,,7 9,5 Wpl, 9, ,4 χ LT W 9,9 9 0 el,,0 0,9 B ( χ ) M e ( χ ) M, e, ( 0,77) 0 00 ( 0,85) 55,9 0 7,5 0 9,8 mm α χ β ψl,, ,77 Ve vtahu L 500 mm 00 mm 400 mm je délka úseku se áporným momentem M v oblasti podpor. α χ β ψl,, ,85 Ve vtahu L 00 mm 40 mm 780 mm je délka úseku se áporným momentem M v oblasti podpor. α, β pro kloubové uložení v kroucení a rovnoměrné spojité atížení M σ χ W LT, pl, M W, pl, B W ω 7,5 0 0, ,8 0 55,9 0 4,5 0 0,MPa < f d 04,MPa vhovuje - 9 (48) -

20 Kovové konstrukce I BO04-MO Střešní konstrukce V kombinaci (stálé atížení vítr příčný) Obr. - Průběh ohb. momentů pro atížení stálé a příčný vítr M -,4 km M 0, km ( v poli) Délka úseku se áporným momentem v poli L 49 mm 9 δ Iω / I h 00 9,07 0 /,48 0 0,78 L It α t 0, 0, h I 00,48 0 4,8 d ω γ γ L δ L ω e κ h π 0,5 00 e h 4 α t 49 0,78 49 κ d ω ( 00) ( 00) štíhlost prutu při klopení: ,8 π 4,99 8,4 8,57 0,0 L γ h poměrná štíhlost I I 49 0,0 00 9, 0,48 0 0,7 B LT W pl, ,4 χ LT W 9,9 9 0 el, ( χ ) M e ( χ ) M, e, 0,505 ( 0,9) 0, 0 00 ( 0,9) 5,4 0,4 0 9,8 mm - 0 (48) -

21 Vanice χ α β ψl, ,9 α χ β ψl,, α, β pro kloubové uložení v kroucení a rovnoměrné spojité atížení M σ χ W LT, pl, M W, pl, B W ω 0,9,4 0 0, , 0 5,8 0 5,4 0 4,5 0 7,8MPa < f d 04,MPa Vanice, ke které je připojen vrchol štítového sloupu, je kromě ohbu namáhána osovou silou. Vhledem k tomu, že příčné střešní tužidlo je navrženo uprostřed délk střech, jsou všechn vanice mei štítovým sloupem a tužidlem atížen osovou silou. Vanice před tužidlem ( pohledu ve směru podélného větru) tlakovou silou, všechn vanice a tužidlem tahovou silou. Kombinace at. stavů (stálé at. sníh vítr podélný) Obr. - Průběh ohb. momentů pro atížení stálé, sníh a podélný vítr sd - 0, k M, 9,4 km M,, km Proti vbočení v rovině menší tuhosti je vanice ajištěna střešním pláštěm - (48) -

22 Kovové konstrukce I BO04-MO Střešní konstrukce Štíhlost vanice pro vbočení kolmo k ose (v rovině větší tuhosti) l i , poměrná štíhlost 77,8 77,8 β A 0,8 χ 0,4 χ 9,9 Štíhlost pro vbočení kolmo k ose (v rovině menší tuhosti) l 89 4,7 (l 89mm vdálenost spojů plášť-vanice) i,4 4,7 poměrná štíhlost β A 0,44 χ 0, 87 9,9 β β M, ψ M, Q,8 0,7ψ,8 0,7 0,8, M Q 8,7 8, 8km M 9,4 8, 8km β M β µ k β M, ψ β M, ψ µ χ Af M, Q, M Q M 8 ( β β ),8 (,,8 ) M, Q M, ψ W pl, el, ( β 4) 0,8 (,4 4) M W W el, ( 0,75) M Q,,8,0km M,,8,0km β M 8 0, 0,0 0,4, 0 5,8 0,7ψ,8 0,7 0,8 β µ k M, ψ µ χ Af M Q M,4,0 ( β β ),8 (,,8 ), 47 M, Q M, ψ W,0 pl, el, ( β 4) 0,44 (,47 4) M W W el, 0,4 0, 0 0,99 0,87, 0 5 ( 8 9) ( 5,8,9) min 0,9 0 0,75 0,4 - (48) -

23 Vanice σ χ min k M A W, pl, k M W, pl, 0, 0 0,4, 0,0 9, ,99, 0 5,8 0 0,4MPa < f d 04,MPa µ k LT LT 0,5 β µ LT χ Af M, LT 0,5 0,5 0,44,4 0,5 0,0 ( 0,0) 0, 0,0 0,87, 0 5 χ proti klopení je tlačený horní pás ajištěn pláštěm LT k M LT σ χ A χ W LT, pl, k M W, pl, 0, 0 0,87, 0 Profil vhovuje.,0 9, ,99, 0 5,8 0 5,4MPa < f d 04,MPa Pon.: V oblasti u podpor, kde je tlačený dolní pás, b se posouení provedlo stejně jako blo provedeno výše pro kombinaci stálého atížení a sněhu. Průhb vanice je největší v krajním poli a jeho velikost L 000 δ 7,mm < 0mm vhovuje (48) -

24

25 Vaník 4 Vaník 4. Obecné ásad Vaník je hlavním konstrukčním prvkem nosné části střešní konstrukce. Tvar vaníku se řídí sklonem střech, který ávisí především na druhu použité horní vrstv střešního pláště. Zatížení e střešního pláště se přenáší do horního pásu vaníku střešními vanicemi, pokud se přenáší přímo e střešního pláště na horní pás vaníku, mluvíme o bevanicovém sstému střech Vaník jsou uložen přes ložiska na podpor, v případě ocelové konstrukce jednolodní halové stavb jsou podporami nosné sloup příčné vab. S ohledem na působ odvádění srážkové vod můžeme vaník rodělit na : sedlové (oboustranný sklon) vi Obr. 4, Obr. 4 - pultové (jednostranný sklon) - vi Obr. 4 - pilové (šedové) - vi Obr. 4-4 S ohledem na konstrukční sstém dělíme vaník na: plnostěnné, příhradové. Konstrukce plnostěnných vaníků jsou vhodné při požadavku minimální konstrukční výšk astřešení, nebo pro menší ropětí cca do 8 m. Plnostěnné vaník jsou rovněž přínivější než příhradové s ohledem na estetické hledisko. Jsou méně pracné, při výrobě a také jejich údržba je jednodušší ve srovnání s příhradovými konstrukcemi. evýhodou je, že jsou pravidla těžší než příhradové vaník a ted nepřínivější hlediska spotřeb oceli. Konstrukční výšku plnostěnných vaníků volíme v rosahu /0 až /0 ropětí. Konstrukce příhradových vaníků jsou nejčastěji používanými prvk ocelových sstémů astřešení. Velmi jednoduše je le připůsobit tvarovým a provoním požadavkům, jako jsou obrs a sklon střech, případně požadavk na větrání a podobně. Příhradové vaník mohou být, při správném návrhu, velmi hospodárné hlediska spotřeb oceli, jsou však výrobně náročnější než vaník plnostěnné. Z rosáhlého souboru růných tvarů a geometrického uspořádání můžeme včlenit několik ákladních tpů příhradových vaníků. Jsou to jednak střešní vaník trojúhelníkového tvaru vi Obr. 4 -,které jsou vhodné pro větší sklon střešního pláště. Dalším tpem jsou střešní vaník lichoběžníkového tvaru vi Obr. 4-, Obr. 4-, které se uplatní především u střech s menším sklonem - od 5 do 0%. Požadavek rovnoměrného osvětlení pracovního prostoru halového objektu můžeme abepečit pilovou střechou vi Obr (48) -

26 Kovové konstrukce I BO04-MO Střešní konstrukce Obr. 4- Obr. 4- Obr. 4- Obr. 4-4 Průře příhradových vaníků navrhujeme jednak s ohledem na atížení, které vaník přenáší, ale také s ohledem na možnost snadné údržb ocelových profilů nátěr. Jako nejvhodnější průře se jeví válcované případně a studena tvarované trubkové průře a průře jednoho úhelníku (především pro horní a dolní pás vaníku). Pro větší atížení konstrukce volíme pás vaníku otevřených profilů průřeu I, T, úpalek I ve tvaru T. Pro meipásové prut těchto vaníků jsou vhodné výše uvedené trubkové průře. V případě vtvoření stčníků pomocí stčníkových plechů volíme tloušťk těchto plechů - Tab.. Tab. Tloušťka stčníkových plechů příhradových vaníků Síla v krajní diagonále v k do Tloušťka plechu v mm Pro účel tohoto textu se omeíme na nejčastěji používané sedlové vaník s růnoběžnými pás a sklonem 5%, jejichž geometrický tvar uvádíme dále vi Obr. 4-5 až Obr. 4-. Obr. 4-5 Obr (48) -

27 Vaník Obr. 4-7 Obr. 4-8 Obr. 4-9 Obr. 4-0 Obr. 4- Obr (48) -

28 Kovové konstrukce I BO04-MO Střešní konstrukce 4. Řešení příhradového vaníku Vaník je uložen jako prostý nosník na sloup příčné vab. Geometrický tvar vi Obr Hodnot atížení vaníku bl převat kapitol. Bla stanovena ulová břemena umístěná do stčníků horního pásu vi. tab. Tab.. Krajní břemeno P0,5.,.,00,.,0,5 k (atížení stálé) Meilehlá břemena P0,5.,.,00,4.,04,4 k (atížení stálé) Krajní břemeno P,.,0, k (atížení sněhem) Meilehlá břemena P5,4.,0,4 k (atížení sněhem) Výpočet osových sil bl proveden programem IDA exis a předpokladu, že prut příhradové konstrukce jsou kloubově připojen do stčníku. Účink statick neurčité síl X (vodorovná složka reakce v uložení vaníku na sloup), která vplývá e statické neurčitosti příčné vab, avedeme poději při detailním řešení příčné vab. Při návrhu horního pásu vaníku ponecháme cca 7% reervu únosnosti s ohledem na působení statick neurčité síl X. Prut Stálé [k] Tab. Osové síl příhradového vaníku Plný sníh [k] Levý sníh [k] Pravý sníh [k] Rohodující kombinace [k] H -,5-90,0-4, -5,7-0,8 H -0,7-5,97-54,58-7,9-5,7 H -40,7-99,08-88,7-0,8-9,79 H4-4,74 -, -7,0-45, -5,07 H5-4,74 -, -45, -7,0-5,07 H -40,7-99,08-0,8-88,7-9,79 H7-0,7-5,97-7,9-54,58-5,7 H8 -,5-90,0-5,7-4, -0,8 S,5 7,7,8 49,8 9,7 S 7,4 74,97 8,7 9,9,40 S 4,7 0,8 9,7 8,7 4,5 S4 4,9 0,98 0,49 0,49 4,7 S5 4,7 0,8 8,7 9,49 4,5 S 7,4 74,97 9,9 8,7,40 S7,5 7,7 49,8,8 9,7 D 9, 4,5 00,8 40,4 0, D -8,59 -,59-97,55-9,04-55,8-8 (48) -

29 Vaník Prut Stálé [k] Plný sníh [k] Levý sníh [k] Pravý sníh [k] D,88 87,5 5,,5 99, Rohodující kombinace [k] D4 -, -85,7-49,99-5,8-9,88 D5 5,59 4,0 8,,84 4,5 D -5,47-40,8-8,09 -,09-45,5 D7 0,0 0, -9,94 0,05 0,4 D8-0,0-0,0 9,40-9,50-0, D9-0,0-0,0-9,50 9,40-0, D0 0,0 0, 0,05-9,94 0,4 D -5,47-40,8 -,09-8,09-45,5 D 5,59 4,0,84 8, 4,5 D -, -85,7-5,8-49,99-9,88 D4,88 87,5,5 5, 99, D5-8,59 -,59-9,04-97,55-55,8 D 9, 4,5 40,4 00,8 0, 4. ávrh a posouení prutů Prut vaníku posuujeme na centrický tlak případně tah. Všechn meipásové prut jsou přivařen koutovými svar na stčníkový plech, poue diagonála D5 vi Obr. 4- bude připojena na montáži šroubovým spojem. 4.. Horní pás H4, H5 Obr. 4- statické schéma vaníku Pás navrhneme průřeu L0x0x4 vi. Obr. 4-4, Délka prutu L,004 m. ávrhová tlaková síla sd -5, k Obr (48) -

30 Kovové konstrukce I BO04-MO Střešní konstrukce h 0 Klasifikace průřeu,4 < 50 t 4 třída průřeu. ávrhová únosnost průřeu v tlaku Af γ c, Rd 887, 7 M 0,5 Podmínka posouení c, Rd 5, k < 877,7 k průře na namáhání osovým tlakem vhovuje. k Vpěrnou délkou pásu příhradového vaníku uvažujeme pro vbočení v rovině vaníku jako teoretickou vdálenost stčníků, pro vbočení rovin vaníku ji uvažujeme jako vdálenost bodů pásu, ajištěných proti vbočení, ted osovou vdáleností vanic připojených ke střední části příčného tužidla. Z porovnání součinitelů vpěrnosti prostorového a rovinného vpěru vplývá, že v uvažovaném případě le posoudit prut pro namáhání rovinným vpěrem. ávrhová vpěrná únosnost tlačeného prutu při rovinném vbočení b, Rd χ β A A f γ M 5 9,9 9,9 f L cr, i β L i 004, 95,9 L cr, i β A Φ 0,5 χ Φ β L ,5 i,0 95,9 9,9,0 [ α ( 0,) ] 0,5 [ 0,49(,0 0,),0 ], Φ, 0, ,5, b, Rd 48, 7 Podmínka posouení b, Rd 5, k < 48,7 k. k,0 Průře na namáhání vpěrným tlakem vhovuje. 0,58-0 (48) -

31 Vaník 4.. Dolní pás S4 ávrhová tahová síla sd 4,7 k avrhujeme průře L00x00x vi. Obr. 4-5 ávrhová únosnost neoslabeného průřeu v tahu Af 70 5 t, Rd pl, Rd 4, 9 k γ,5 M 0 Obr. 4-5 Podmínka posouení t, Rd 4,7 k < 4,9 k. Průře na namáhání osovým tahem vhovuje. 4.. Diagonála D ávrhová tahová síla sd 0,4 k avrhujeme průře B,5/5 vi. Obr. 4- Stčníkový plech má dle tab. tloušťku 8 mm. ávrhová únosnost neoslabeného průřeu v tahu Af 99 5 t, Rd pl, Rd 87, 8k γ,5 M 0 Obr (48) -

32 Kovové konstrukce I BO04-MO Střešní konstrukce Podmínka posouení t, Rd 0,4 k < 87,8 k. Průře na namáhání osovým tahem vhovuje Diagonála D ávrhová tlaková síla sd -55, k Délka prutu L,45 m avrhujeme průře B70/8 vi Obr Stčníkový plech tloušťk 8 mm. d 70 Klasifikace průřeu 8,75 < 50 třída průřeu. t 8 ávrhová únosnost průřeu v tlaku Af γ 50 5 c, Rd 8, 8 M 0,5 k Obr. 4-7 Podmínka posouení c, Rd 55, k < 8,8 k. Průře na namáhání osovým tlakem vhovuje. ávrhová vpěrná únosnost tlačeného prutu při rovinném vbočení b, Rd χ β A A f γ M - (48) -

33 Vaník 5 9,9 9,9 f L cr, i 0,9 β L i 0,9 45, 99,9 L cr, i β A Φ 0,5 χ Φ β L 45,0 i,,0,8 9,9 [ α ( 0,) ] 0,5 [ 0,(,8 0,),8 ], 0 Φ,0 0, ,5,0 b, Rd 7, 5 Podmínka posouení b, Rd 55, k < 7,5 k. k,8 Průře na namáhání vpěrným tlakem vhovuje Diagonála D, D5 ávrhová tahová síla (D) sd 99, k ávrhová tahová síla (D5) sd 4,7 k 0,54 Posuujeme diagonálu D. avrhujeme průře B5/4 vi. Obr. 4-8 Stčníkový plech tloušťk 8 mm. Obr. 4-8 ávrhová únosnost neoslabeného průřeu v tahu - (48) -

34 Kovové konstrukce I BO04-MO Střešní konstrukce Af 59 5 t, Rd pl, Rd 0, 8k γ,5 M 0 Podmínka posouení t, Rd 99, k < 0,8 k. Průře na namáhání osovým tahem vhovuje. 4.. Diagonála D4 ávrhová tlaková síla sd -9,9 k Délka prutu L,57 m avrhujeme průře B70/8 vi. Obr. 4-9 Stčníkový plech tloušťk 8 mm. d 70 Klasifikace průřeu 8,75 < 50 třída průřeu. t 8 Obr. 4-9 ávrhová únosnost průřeu v tlaku Af γ 50 5 c, Rd 8, 8 M 0,5 Podmínka posouení c, Rd k 9,9 k < 8,8 k. Průře na namáhání osovým tlakem vhovuje. ávrhová vpěrná únosnost tlačeného prutu při rovinném vbočení - 4 (48) -

35 Vaník b, Rd χ β A A γ M f 5 9,9 9,9 f L cr, i 0,9 β L i 0, ,8, L cr, i β A Φ 0,5 χ Φ β L 57,4 i,,4 9,9,4 [ α ( 0,) ] 0,5 [ 0,(,4 0,),4 ], 78 Φ,78 0, ,5,78 b, Rd, 0 Podmínka posouení b, Rd 9,9 k <,0 k. k,4 Průře na namáhání vpěrným tlakem vhovuje Diagonála D ávrhová tlaková síla sd -45, k Délka prutu L,97 m 0,505 avrhujeme průře B57/4 vi. Obr. 4-0 Stčníkový plech tloušťk 8 mm. Obr (48) -

36 Kovové konstrukce I BO04-MO Střešní konstrukce d 57 Klasifikace průřeu 4,5 < 50 t 4 ávrhová únosnost průřeu v tlaku Af γ 5 c, Rd, M 0,5 Podmínka posouení c, Rd k třída průřeu. 45, k <, k. Průře na namáhání osovým tlakem vhovuje. ávrhová vpěrná únosnost tlačeného prutu při rovinném vbočení b, Rd χ β A A f γ M 5 9,9 9,9 f L cr, i 0,9 β L i 0,9 97 8,8 9, L cr, i β A Φ 0,5 χ Φ β L 97 4,5 i 8,8 4,5,58 9,9 [ α ( 0,) ] 0,5 [ 0,(,58 0,),58 ], 807 Φ,807 0, 5,5 b, Rd 49, Podmínka posouení b, Rd 45, k < 49, k.,807 k,58 Průře na namáhání vpěrným tlakem vhovuje Diagonála D7, D8 ávrhová tlaková síla (D7) sd -9,9 k ávrhová tlaková síla (D8) sd -9,5 k Délka prutu (D7) L,97 m 0, - (48) -

37 Vaník Délka prutu (D8) L,84 m Posuujeme diagonálu D8. avrhujeme průře B5/4 vi. Obr. 4- Stčníkový plech tloušťk 8 mm. d 5 Klasifikace průřeu,5 < 50 třída průřeu. t 4 ávrhová únosnost průřeu v tlaku Af γ 59 5 c, Rd 0, 8 M 0,5 k Podmínka posouení c, Rd 9,5 k < 0,8 k. Průře na namáhání osovým tlakem vhovuje. Obr. 4- ávrhová vpěrná únosnost tlačeného prutu při rovinném vbočení b, Rd χ β A A γ M f 5 9,9 9,9 f L cr, i 0,9 β L i 0,9 84,7 5, L cr, i β A Φ 0,5 χ Φ β L 84 9, i,7 9,,80 9,9 [ α ( 0,) ] 0,5 [ 0,(,80 0,),80 ], 9 Φ,9 0,7 59 5,5 b, Rd, Podmínka posouení b, Rd 9,5 k <, k.,9 k,80 0,7-7 (48) -

38 Kovové konstrukce I BO04-MO Střešní konstrukce Průře na namáhání vpěrným tlakem vhovuje. 4.4 Montážní stk Montážní stk, které jsou nutné důvodu doprav vaníku na místo staveniště, navrhujeme jako montážně šroubované, vi umístění stků Obr. 4- Obr. 4-- umístění montážních stků 4.4. Montážní stk dolního pásu Montážní stk dolního pasu je navržen v prutech S, S. Montážní stk je namáhán tahovou silou,4 k. Je proveden pomocí oboustranných příložek vi. Obr. 4-. Dle vrtání v úhelníku dolního pasu L00x00x navrhneme do montážního stku hrubé šroub M4, jakost 5.. ávrhová únosnost šroubu M4 ve střihu pro dvě střihové rovin šroubu v případě, kd rovina střihu procháí přes plný dřík šroubu F 0, f γ A 0, 500 π,45 ub v, Rd 87, Mb V otlačení F,5 α f γ d t k,5 0,45 0 u b, Rd 87, Mb,45 k ; e 5 p f ub 500 0,45, 0, 5,, 9, ; (otlačovaná minimální tloušťka v jednom směru t mm). utný počet šroubů na jedné straně d 0 d 0 4 f u 0 montážního stku sd ( S, S),4 n,ks. avrhujeme 4 ks šroubů, ks v každé min F, F 87, v, Rd b, Rd přírubě úhelníku dolního pasu. Posouení průřeu oslabeného otvor ø pro šroubový spoj. ávrhová únosnost oslabeného průřeu u, Rd 0, 9 Anet f u γ M ; A net mm ; u,rd 0,9.4.0/, 40, k > (S, S),4 k. Průře dolního pásu vhoví i v místě oslabení. - 8 (48) -

39 Vaník Obr. 4- Montážní stk horního pásu Montážní stk horního pásu je navržen v prutech H, H. Montážní stk je namáhán tlakovou silou v prutech 9,8 k. Je proveden pomocí kontaktního konstrukčního spoje se spínanými šroub M0, jakosti 5. vi. Obr Obr. 4-4 Montážní stk diagonál Montážní stk diagonál je navržen v prutech D5, D. Montážní stk je namáhán silou 4,7 k. avrhneme hrubé šroub M0 ve střihu pro jednu střihovou rovinu v případě, kd rovina střihu procháí přes plný dřík šroubu 0, f ub A 0, 500 π 0 Fv, Rd 4, 9 k a v otlačení γ,45 Mb,5 α f F Rd γ Mb hodnot d t,5 0, ,45 u b, 44, ,45, 0, 5, 500, 9, ; 4 0 k kde α je nejmenší - 9 (48) -

40 Kovové konstrukce I BO04-MO Střešní konstrukce ( D5, D) 4,7 utný počet šroubů n, 04 ks. min F, F 44,7 v, Rd b, Rd avrhujeme ks šroubů M0 vi. Obr Obr (48) -

41 Ztužidla ve střeše 5 Ztužidla ve střeše Součástí střešní konstrukce jsou rovněž tužidla. Příčné tužidlo je umístěno v rovině střech. Jedná se o příhradový nosník tvořený horními pás vaníků (případně horním pásem vaníku a mei vaník vloženým prutem), vanicemi a diagonálami. Úkolem příčného tužidla je přenesení vodorovného atížení větrem ve směru podélné os objektu a ajištění horních pásů vaníků proti vbočení rovin vaníků. Ve štítových stěnách jsou do vanic opřené horní konce štítových sloupů, prostřednictvím vanic se akce sloupů přenášejí do příčného tužidla. Rovněž tření na střeše se přenáší do příčného tužidla prostřednictvím vanic. Při menším počtu vaníků postačí příčné střešní tužidlo jedno, při větším počtu i více. Jejich vdálenost nesmí překročit max. délku dilatačních úseků podle ČS Funkci tohoto tužidla je schopen převít tuhý střešní plášť. Během montáže, kd plášť ještě není pevně připojený, musí tužidlo přenést atížení podélným větrem a tv. stabilitní síl, to namená síl rovnající se /00 sil v horních pásech vaníků, které toto tužidlo ajišťuje proti vbočení (vi ČS 7 40,obr.C4 ). Střešní plášť, který není tuhý ve své rovině, není schopen převít funkci tužidla, takže toto musí být navrženo na atížení silami od větru i stabilitními silami vvolanými nejnepřínivější kombinací svislého atížení. Má-li tužidlo křížené diagonál, le pro jednoduchost ve výpočtu uvažovat, že atížení přenášejí jen tažené prut. Protože prut jsou navržen štíhlé, le předpokládat, že při atížení tlakovou silou vbočí a atížení nepřenášejí. Při opačném směru větru se funkce prutů vmění. V řešeném příkladu jsou uvažován jako funkční prut tažené i tlačené. Protože je ve střeše poue jedno příčné tužidlo, přenáší tlak větru na štítovou stěnu návětrnou i sání na štítové stěně ávětrné. Jak již blo výše uvedeno, atížení štítových stěn větrem se do tužidla přenáší prostřednictvím štítových sloupů, v řešeném příkladu tří v každém štítu. Příčné tužidlo v rovině střech je příhradový nosník, který neleží v jedné rovině. Vnější síl, akce štítových sloupů, působí vhledem k podporám na ramenech, tím jsou vvolán moment, které musejí být v rovnováe s dvojicí sil s ramenem daným vdáleností pásů tužidla. Ve výpočtu se musí tento účinek ohlednit a v příslušné kombinaci atížení obsahující podélný vítr počítat s přitížením vaníku případně vanice, jestliže jeden pás tužidla tvoří vložený prut uložený na vanice. V našem řešeném příkladu b přitížení působila svislá síla F v W r l kde W je akce štítového sloupu, - 4 (48) -

42 Kovové konstrukce I BO04-MO Střešní konstrukce r rameno síl W (výškový rodíl mei podporami tužidla a vrcholem štítového sloupu) l vdálenost pásů tužidla W Pv W Pv W Pv W W Pv Pv W Pv W W r W W W, W AKCE ŠTÍTOVÝCH SLOUPŮ Pv,Pv PŘITÍŽEÍ A ODLEHČEÍ Obr. 5- Přitížení vanic vlivem excentricit atížení tužidla vhledem k uložení Příklad: Střešní plášť hal je sendvičový panel, který le považovat a tuhý v jeho rovině. Po připevnění pláště k vanicím le předpokládat, že plášť převeme funkci tužidla. Během montáže, kd není ajištěno spolupůsobení střešního pláště s nosnou konstrukcí střech, je nutné uvažovat, že veškeré síl v rovině střech bude přenášet tužidlo. Je navrženo jedno příčné střešní tužidlo a je vtvořeno mei dvojicí vaníků doplněním výplňových prutů. avržen bl profil L 0x0x0. ejvětší síla v tlačeném prutu nastává při kombinaci stálého atížení a podélného větru 47. k Z funkce tužidla cob konstrukce abepečující stabilitu tlačených prutů horních pásů vaníků vplývá atížení tv. stabilitními silami. Bepečné posouení tužidla bude na atížení silami od kombinace stálého atížení a podélného větru, při uvažování stabilitních sil poue od stálého atížení. Střechu nese celkem vaníků, stabilitní síl budou působit na obou stranách tužidla. F j n S d, j, kde n je počet abepečovaných vaníků (účinek dvou štítových vaníků le s ohledem na jejich poloviční atěžovací šířku uvažovat ja- 00 ko poloviční) a je průměr sil v sousedních prutech., j - 4 (48) -

43 Ztužidla ve střeše F 7,5 77, 5, 8k 00 F 7.5 (77. 7.) 5. k 00 F 7,5 (7, 5,) 4, 7k 00 F4 7,5 (5,,), 8k 00 echáme-li působit na tužidlo ještě tto síl, je největší síla v tlačeném prutu 8, 4k b 0 Lokální štíhlost ramen profilu L 0x0x0 ε t 0 kde 5 5 ε průře tř. β A f 5 Při jednodušeném posouení prutu na rovinný vpěr l i η ,9 < 50, β A,0 χ 0,80 (c) 9.9 b, Rd χβ Af / γ A Prut vhovuje. M 8,4k < 78k 0,80 0 5/, ávrh šroubového spoje: Obr. 5- Přípoj diagonál ke stčník. plechu K připevnění diagonál ke stčníkovému plechu navržen šroub M, pevnostní tříd 5. Únosnost šroubu ve střihu: F. 0. f A/ γ 0, 500 π /(4,45) 4, 0 v Rd ub Mb - 4 (48) -

44 Kovové konstrukce I BO04-MO Střešní konstrukce Únosnost v otlačení (stčníkové plech tl.8mm) F,.5α f dt / γ,5 0,5 0 8/,45 44,5 0 b Rd kde e p α min( ; d d u o Mb,9;,) 0,5 potřebný počet šroubů o ; 4 f f ub u 0 0 ;) min( 0,5; ,4 n, 4 šroub F 4, v,rd Ve spoji vhovují dva šroub M pevn. tříd 5. 0,8; Podélné tužidlo je umístěno ve svislé rovině mei vaník obvkle v podélné ose hal. V případě uložení vaníků v dolních stčnících jsou podélná tužidla i v rovinách krajních svislic. Jako podélné tužidlo le vužít i příhradovou vanici upravenou tak, ab s vanicí bl spojen i dolní pás vaníku. Obdobně působí i vpěrkové vanice. Podélné tužidlo ajišťuje polohu vaníků, případně přenáší i podélné síl působící na střešní konstrukci (brdné síl podvěsných jeřábů, atížení stčníků dolního pásu vaníků větrem) Okapové tužidlo je umístěno v rovině střech mei okapovou a první meilehlou vanicí, které tvoří jeho pásové prut. Vtvoří se doplněním diagonál a tím vnikne příhradový nosník v rovině střech s podporami v příčných vabách. Probíhá po celé délce objektu. Okapové tužidlo přenáší složku atížení v rovině střech a tvoří podporu vrcholu stěnového sloupku atíženého větrem. V našem řešeném příkladu vhledem ke vdálenosti příčných vaeb m není tužidlo navrženo. Složku atížení v rovině střech přenášejí vanice a mei hlavními nosnými sloup nejsou stěnové sloupk. Ztužidlo mei vanicemi - v případě použití příhradových vanic se při nutnosti ajištění dolních pásů navrhuje příčné tužidlo ve svislé rovině mei vanicemi kolmo na jejich podélnou osu (48) -

45 Závěr Závěr. Shrnutí V předloženém textu je pracována problematika návrhu střešní konstrukce halového objektu. Studentům posktuje vsvětlení ákladních pojmů, funkci a postup návrhu nosných částí konstrukce i detailů. Podrobnější informace le ískat studiem doporučené literatur.. Kontrolní oták. Jak se přenáší atížení střech do vanice?. Jaké vnitřní síl vnikají ve vanici?. Jaká jsou kritéria pro volbu tpu vanic? 4. Jaký účel mají táhla spojující vanice? 5. K čemu slouží tužidla ve střeše?. Jaké síl působí na střešní tužidla? 7. Jaké vnitřní síl vnikají v prutech vaníku? 8. Jaký výnam mají montážní stk u vaníku? - 45 (48) -

46

47 Studijní pramen 7 Studijní pramen 7. Senam použité literatur [] Melcher, J. Straka B. KOVOVÉ KOSTRUKCE, Konstrukce průmslových budov, Vsoké učení technické v Brně, fakulta stavební, 977 STL [] Ferjenčík, P.,Schun, J.,Melcher, J.,Voříšek, V.,Chladný,E. avrhovanie oceľových konštrukcií. Alfa Bratislava, STL Praha98 7. Senam doplňkové studijní literatur Informace U níže vpsaných norem nejsou podchcené a vpsané měn a doplňk nebo jejich platnost. Tto informace je nutné vhledat ve sborníku norem vdaném pro příslušný rok Českým normaliačním institutem, Biskupský dvůr 5, 0 0 Praha. [] ČS :988 ZATÍŽEÍ STAVEBÍCH KOSTRUKCÍ [4] ČS 7 40:98 AVRHOVÁÍ OCELOVÝCH KO- STRUKCÍ [5] ČS 7 40:998 AVRHOVÁÍ OCELOVÝCH KO- STRUKCÍ [] ČS P EV 99--:994 AVRHOVÁÍ OCELOVÝCH KO- STRUKCÍ Část.: Obecná pravidla a pravidla pro poemní stavb [7] Fuchs J., Rec M., Šefl E. Statické hodnot kovových válcovaných průřeů, STL 984 [8] Technický naučný slovník, VI. díl, STL, Praha 985 [9] ČS 0 48:987 Výkres stavebních konstrukcí. Výkres kovových konstrukcí [0] ČS 0 5:997 Technické výkres. Senam položek (ČS ISO 757) [] ČS 7 000:978 ELEKTRICKÉ MOSTOVÉ JEŘÁBY nosnosti 5 až 50 tun [] ČS 7 50:994 JEŘÁBOVÉ DRÁHY - 47 (48) -

48 Kovové konstrukce I BO04-MO Střešní konstrukce [] ČS 7 040:987 JEŘÁBY A ZDVIHADLA Projektování a konstruování, část až [4] ČS 7 505:99 Výrobní průmslové budov [5] ČS :00 Požární bepečnost staveb. Výrobní objekt [] ČS :990 MODULOVÁ KOORDIACE ROZMĚRŮ VE VÝSTAVBĚ. Základní ustanovení [7] ČS 7 :98 Úchlk roměrů a tvarů ocelových konstrukcí - 48 (48) -