Konstrukce s převažujícím tahovým namáháním. Zavěšené konstrukce Visuté konstrukce Pneumatické konstrukce

Transkript

1 Konstrukce s převažujícím tahovým namáháním Zavěšené konstrukce Visuté konstrukce Pneumatické konstrukce

2 Zavěšené konstrukce

3

4

5 Působení a vlastnosti zavěšené konstrukce

6 Řetězové mosty (Schnirch 1839, 1848) most císaře Františka I (Schnirch 1839), rozpon 132m most přes Vltavu v Podolsku (Schnirch 1848) mosty ze stejného období jako Lán híd v Budapešti

7 1983 PA Technology Center, West Winsdor - UK (Rogers)

8 1961 Paper mill and bridge, Mantua - (Nervi)

9 City of Manchester Stadium

10 Renault Distribution Centre Swindon (Foster 1983)

11 Millennium Dome in London (2000)

12 Příklady zavěšených konstrukcí I a) symetrická soustava na středním pylonu, b) jednostranná soustava s prolamovaným konzolovým nosníkem, c) soustava zavěšená na obloukových nosnících, d) symetrická soustava s krajními pylony, 1- tlačený pylon, popř. oblouk, 2- střešní nosník, 3- táhlo, 4- vaznice

13 Působení zavěšeného nosníku zpravidla ohybově tuhá konstrukce podepřená táhly a působící jako nosník na pružných podporách rozkladem svislých reakcí v šikmých táhlech vznikají v nosníku normálové síly nosník je namáhán na vzpěr

14 Působení opěrné konstrukce masivní pylony, oblouky apod. zachycující tlakovu složku z rozkladu sil v táhlech konstrukce zachycuje šikmé tahy (otevřený, uzavřený či spojitý systém podepření)

15 Visuté konstrukce

16

17

18

19

20

21 Liánový visutý most Papua-Nová Guinea

22 Řetězový krov Banská Bystrica (Schnirch 1835) o o o o o o Reťazová strecha (na Námestí Štefana Moysesa), krokve tvořeny řetězy, střední opěrná konstrukce motivací byla ochrana proti ohni... podobná konstrukce byla ve Strážnici (1824) světově první známá visutá konstrukce zastřešení

23 Výstavní pavilony v Nižném Novgorodě ( Šuchov 1895)

24 Olympijský stadion v Mnichově (Frei, O 1972)

25 rovinné působení prostorové působení membránové lanové

26 Působení a vlastnosti visuté konstrukce

27 Specifické vlastnosti visuté konstrukce (porovnání s obloukem) visutá konstrukce není namáhána vzpěrem (výhoda) visutá konstrukce je tvarově neurčitá (nevýhoda) visutá konstrukce v podepření vyvozuje horizontální síly vysoko nad terénem (nevýhoda)

28 Materiálová řešení visuté konstrukce kovové prvky (lana, struny, plechové membrány) lepené dřevo plasty, kompozity

29 Stabilizace tvaru visutých střech visutá konstrukce bez ohybové tuhosti musí přenášet zatížení normálovými silami, proto přizpůsobuje tvaru výslednicové čáry působícího zatížení při působení nahodilých zatížení se konstrukce kinematicky deformuje (konstrukce se kinematicky deformuje) velikost deformace nemá souvislost s napjatostí konstrukce velké deformace ovlivňují funkčnost konstrukce (odvod vody, těsnost, návaznosti na tuhé obvodové konstrukce apod.)

30 Deformace střešní plochy visuté konstrukce Mezní deformace je vhodné kvantifikovat: změnou natočení (první derivace průhybu) zakřivením střešního pláště (druhá derivace průhybu) dw w a w dx 2 d w 2 dx

31 Stabilizace visutého zastřešení Velikost průvěsu visuté konstrukce s ohybovou tuhostí EJ zi ve stavu i, resp. zi+1 ve stavu i+1 lze vyjádřit z momentové podmínky rovnováhy k bodu x : i ( x) Hizi ( x) 0 resp: ( x) H z ( x) w ( x) EJ i 1 i 1 i 1 0 kde : w ( x) EJ vyjadřuje účinek ohybového momentu vyvolaného jeho zakřivením Průhyb konstrukce wi+1 vyjádříme jako rozdíl průvěsů, tj. i i w EJ H i w zi zi i 1 i w EJ H i 1 H i H i H i H i 1 a odtud derivací : w 1 H i H Hi i 1 q i 1 q i w IV EJ

32 Možnosti tvarové stabilizace : Stabilizace rovinné konstrukce: zvýšením vlastní tíhy zvětšení vodorovné síly ohybovou tuhostí Stabilizace prostorově působící konstrukce (lanové sítě, membrány) zvětšení vodorovné síly smykovou tuhostí

33 Stabilizace zvýšením vodorovné síly zvýšení vlastní tíhy střešního pláště zmenšení počátečního průvěsu zvýšení vodorovné síly zvyšuje nároky na opěrný systém výhoda použití spojitého systému podepření

34 Stabilizace předpětím lanový vazník stabilizující pasivní přitížení nahrazuje předpětí stabilizačním lanem další zatížení (např. sněhem) redukuje předpětí a nedochází ke zvýšení podporových reakcí

35 Varianty konstrukcí stabilizovaných předpětím poloha stabilizačního vlákna ovlivňuje tvar střešní plochy (konvexní, konkávní a kombinované) vazník s diagonálními táhly (Jawerthův vazník) prostorové uspořádání lanové sítě s nosnými a předpínacími lany

36 Jawerthův vazník konstrukce je stabilizována předpětím konstrukce je díky tahovému předpětí ohybové tuhá (tlačený a tažený pás a smykové spojovací prostředí)

37 Stabilizace ohybovou tuhostí kombinace tahového a ohybového působení rovnoměrná zatížení přenáší převážně tahové působení lokální zatížení přenáší ohybové působení (lokálně stabilizuje konstrukci) nutno optimalizovat ohybovou tuhost

38 Opěrné systémy visutých střech

39 Charakter opěrných systémů tažených konstrukcí (visutá, zavěšená, pneumatická) tahová síla vysoko nad terénem (visuté, zavěšené) tahová síla směrem nahoru (nízkotlaké pneumatické) tahová síla v základech

40 Působení základních typů zastřešení na opěrný systém vazníkové konstrukce - svislá reakce vysoko nad terénem (vzpěr) rámové konstrukce svislá reakce a ohybový moment (ohyb, vodorovná síla) obloukové konstrukce šikmá síla v úrovni terénu visuté konstrukce šikmá síla vysoko nad terénem

41 Varianty opěrných systémů otevřené systémy podepření (reakce je přenesena opěrnou konstrukcí do základů a podloží) uzavřené systémy podepření (reakce se vzájemně eliminují v rámci visuté konstrukce) spojité systémy podepření (reakce sousedních polí se vzájemné eliminují)

42 Opěrné systémy visutých konstrukcí Příklady opěrných systémů visutých systémů nejefektivnější jsou uzavřené a spojité systémy a) spojitý opěrný systém, b) spojitý uzavřený (axiální) opěrný systém z příhradových nosníků, c) uzavřený opěrný obvodový rám, d) radiální opěrný systém z kruhového rovinného prstence, e) opěrný systém z šikmých opěrných oblouků

43 Otevřené systémy podepření

44 Příklady řešení otevřených systémů podepření

45 Plavecký stadion Wuppertal, Německo (Leonhardt 1956)

46 Uzavřené systémy podepření

47 Arena Raleigh, USA (Novicky 1952)

48 Olympic stadium Tokio (Kenzo Tange 1964)

49 Olympic Saddledome, Calgary (Graham McCourt Architects1988 )

50 Spojité systémy podepření Nevýhoda drahé opěrné konstrukce visutého zastřešení je eliminována nízkou cenou vnitřních opěr zachycujících pouze svislé reakce

51 Nadzemní elektrická vedení

52 Chmelnice

53 Maculanovy střechy Příklad spojitého opěrného systému visuté konstrukce zastřešení

54 Radiální opěrné systémy tlačených a tažených konstrukcí (inverzní systémy)

55 Vnější prstenec tažené konstrukce rozklad zatížení do osových sil v lanech rozklad reakcí lan do tlakové síly v prstenci

56 Vnitřní a vnější prstenec tažené konstrukce

57 Vnitřní a vnější prstenec tlačené konstrukce (inverzní pricnip)

58 Fotbalový stadion Lužánky (studie 2008) vnitřní prstenec

59 Pneumatické konstrukce

60

61

62

63

64 Základní rozdělení pneumatických konstrukcí nízkotlaké (nesené přetlakem vnitřního vzduchu) (0,1-0,3 kpa) středotlaké (čočkové, polštářové) vysokotlaké (žebra, oblouky) ( kpa)

65 Působení a vlastnosti penumetické konstrukce Podmínky membránové napjatosti: T 0 1 T 0 2 T.T T ,2

66 Americký pavilon Expo Osaka (Fuller, B. 1970)

67 City in the Antarctica (Frei, O, K.Tange, Arup 1971) o studie proveditelnosti o zastřešení města pro obyvatel (rozpětí 2 km)

68 Nízkotlaké pneumatické konstrukce přetlak 0,1 1,5 kpa přetlak p působí rovnoměrně a kolmo ke střednicové ploše pláště tahové předpětí zakřivené plochy pláště a) schéma působení vnějšího zatížení a vnitřního přetlaku, b) schéma napjatosti pláště, c) složkový obrazec, d) výslednicová čára (tvar střednice) pneumatického zastřešení, 1- membrána pláště

69 Namáhání membrány Velikost namáhání membrány závisí na vlastním poloměru křivosti velikosti přetlaku nutné ke stabilizaci konstrukce

70 Vícestupňové nízkotlaké konstrukce membrána přenáší plošná zatížení (přetlak a zatížení) na malé rozpětí lana přenáší zatížení na velké rozpětí

71 Pontiac Silver Dome (1983)

72 Kotvení k základové konstrukci Tahové namáhání základové spáry lze eliminovat: tíhou základové konstrukce (betonem, pískem,vodou), aktivací tíhy zeminy (zemní kotvy, kotevní desky a stěny) tíhou opěrné konstrukce (opěrné stěny, tribuny, konstrukce budov, věží apod.). a) kotevní deskou, b) hmotností základové konstrukce, c) hmotností vaku s vodou nebo pískem, d) pomocí zemních kotev, e) kotvení hmotností spodní stavby

73 Středotlaké pneumatické konstrukce (polštářové)

74 Příklady uk).

75 Zastřešení s vnitřním přetlakem (středotlaké) uzavřený dvouvrstvý plášť konvexní i konkávní a) dvouvrstvá (čočková) konstrukce stabilizovaná vnitřním přetlakem, b) dvouvrstvá (polštářová) konstrukce stabilizovaná vnitřním podtlakem, c) dvouvrstvá konstrukce stabilizovaná kombinací podtlaku a přetlaku, 1- nosná membrána, 2- stabilizační membrána, 3- vnitřní přetlak, 4- vnitřní podtlak

76 Vysokotlaké pneumatické konstrukce

77 Příklady vysokotlakých pneumatických konstrukcí vysoký přetlak vyžaduje kvalitní materiály (nevýhoda) poměrně malé rozpětí i únosnost vnitřní prostředí bez přetlaku

78 Konstrukce s nosnými pneumatickými žebry (vysokotlaké) vnitřní předpětí umožňuje přenášet ohybová namáhání přetlak kPa a) schéma působení zatížení a vnitřních sil na pneumatický nosník, b) schéma působení zatížení a vnitřních sil na pneumatický sloup,c) schéma působení zatížení a vnitřních sil na pneumatické žebro (oblo

79 Airtecture - Pneumatic constructions Germany (Festo 1996)

80 Polni nemocnice (firma TradeWays USA)

81 Reklamní stan - Avon

82 Airplane Stingray

83 Kombinované pneumatické konstrukce Tensairity tenká deska přenáší tlak spirálová vlákna přenáší tah pneumatická konstrukce stabilizuje desku a předepíná táhla