Profily s vlnitou stojinou nacházejí uplatnění také v zemědělských stavbách

Transkript

1 Profily s vlnitou stojinou nacházejí uplatnění také v zemědělských stavbách Profily s vlnitou stojinou, značené také jako WT profily, WT nosníky nebo Sin Beams, byly vyvinuty jako ekonomicky výhodná náhrada vysokých válcovaných profilů tvaru I, IPE, HAE a HEB a svařovaných profilů tvaru I. Únosnost standardních rovných vysokých stojin je snižována vlivem boulení. Tvarováním tenké stojiny do vln je vliv boulení eliminován. Proto lze použitím tenčí vlnité stojiny dosáhnout významných úspor v hmotnosti profilu. Charakteristika profilu s vlnitou stojinou Profil s vlnitou stojinou je svařovaný I profil s tenkou stojinou, která je tvarována do vln tvaru sinusovky s výškou vlny 40 až 43 mm. Výška profilu je dána šířkou svitků tenkých plechů používaných při výrobě stojiny. Standardní výška stojiny je 333, 500, 625, 750, 1000, 1250 a 1500 mm. Tloušťka stojiny je 2,0 mm - značeno WTA, 2,5 mm - WTB nebo 3,0 mm - WTC. Pásnice se vyrábějí v tloušťkách od 6 do 30 mm a v šířkách od 120 do 450 mm. Stojina i pásnice mohou být z oceli S235 nebo S355. Profily lze vyrobit i s proměnnou výškou průřezu s výškou stojiny od 250 do 1250 mm. Geometrie profilu s vlnitou stojinou je na obrázku 1. Navrhování profilů s vlnitou stojinou Obr. 1 - Geometrie profilu s vlnitou stojinou Profily s vlnitou stojinou se navrhují standardně dle evropských norem. Posudek lze provést jak pro provozní stav při pokojové teplotě, tak pro stav při požáru. Posudek pro mezní stav únosnosti i použitelnosti pro provozní stav se provádí dle ČSN EN a ČSN EN , kde příloha D pojednává přímo o tomto typu profilu. Postup posouzení je obdobný, jako v případě běžných profilů, pouze se musí ve výpočtu uvážit jiné rozdělení vnitřních sil v průřezu. Pásnice vzdorují všem složkám

2 vnitřních sil s výjimkou posouvající síly V z ve směru vlnité stojiny a proto je i posudek průřezu rozdělen na dvě části. První je posudek pásnic, kdy se počítají průřezové charakteristiky účinného průřezu bez uvažování stojiny. Druhou je posudek stojiny pro smykovou a lokální únosnost. I když je stojina velmi tenká, vzhledem k jejímu tvarování do vln se vliv boulení uplatní jen u nejvyšších průřezů a součinitel boulení dosahuje minimálních hodnot od 0,8 výše pro stojinu z oceli S355, v případě stojiny z oceli S235 je vliv boulení zanedbatelný i pro výšku 1500 mm. Základní předpoklady posouzení WT profilu při požáru jsou analogické k posouzení pro stav při pokojové teplotě. Posudek průřezu je opět rozdělen na dvě samostatně působící části pásnice a stojinu. Pásnice vzdorují všem složkám vnitřních sil s výjimkou posouvající síly Vz,fi, které vzdoruje stojina. Pro požární posudek pásnic se uvažuje součinitel nechráněného ocelového průřezu Am/V samostatně pro každou pásnici. Dále se postupuje standardním postupem, jako by se jednalo o celý průřez. Teplota stojiny je v době požáru, která nás většinou zajímá maximálně do 30 minut, vyšší než u pásnic a blíží se teplotě plynu. Požární zkoušky, které byly provedeny v roce 2013 v požární zkušebně Pavus, a.s. ve Veselí nad Lužnicí prokázaly možnost použití nechráněných profilů s vlnitou stojinou i pro konstrukce s požadavkem na požární odolnost R15 a za určitých podmínek až R30, což odpovídá požární odolnosti standardních ocelových konstrukcí. Pro navrhování profilů s vlnitou stojinou je k dispozici program, kterým lze spolehlivě a rychle řešit návrh při pokojové teplotě a také provést požární posudek pro zvolenou požadovanou dobu požární odolnosti. Program řeší návrh WT profilů dle platných evropských norem pro navrhování ocelových konstrukcí a to jak pro posudek průřezu, tak i pro posudek prutu s vlivem stability prutu v tlaku a tlačené pásnice při ohybu. Uplatnění profilů s vlnitou stojinou v zemědělských stavbách V současné době vzrůstá poptávka po ocelových konstrukcích objektů pro zemědělskou výrobu. Po letech stagnace investic do tohoto odvětví rostou nyní požadavky na budování nových zemědělských výrobních a skladovacích objektů. Stavby pro zemědělství mívají specifické nároky na funkci konstrukčních systémů. Požadavky na tepelné vlastnosti nebývají tak přísné jako u objektů pro průmysl, obchod a skladování. Zemědělské objekty mnohdy bývají i částečně otevřené. Požadavky na vytápění a klimatizaci proto nebývají zpravidla rozhodující, spíše převládají požadavky na účinné přirozené nebo nucené větrání. Z toho plyne, že požadavek na minimalizaci obestavěného prostoru z hlediska budoucích provozních nákladů nebývá pro většinu nových zemědělských objektů důležitý. Tato skutečnost nahrává používání profilů s vlnitou stojinou zejména pro vodorovné ohýbané prvky. Zvětšení výšky profilu pro vyšší ohybovou únosnost je velice efektivní, protože větší výška tenké vlnité stojiny se promítne do hmotnosti profilu a tím i jeho ceny včetně započtení větší plochy protikorozní ochrany méně, než odpovídá vzrůstu únosnosti při pásnicích dále od sebe. Výrobu a montáž ocelových konstrukcí často provádějí menší firmy, které samy nemají technické vybavení pro efektivní výrobu svařovaných I profilů a musejí si je kupovat od subdodavatelů, což zvyšuje celkové náklady na výrobu ocelových konstrukcí. Nákup profilů s vlnitou stojinou je proto pro ně efektivní. Vhledem k nižší vlastní hmotnosti klesají i náklady na manipulaci jak při výrobě, tak při montáži konstrukce. Protikorozní ochranu konstrukcí s profily s vlnitou stojinou lze kromě standardních nátěrových systémů řešit i žárovým zinkováním. I když má profil tenkou vlnitou stojinu, tryskání povrchu jako podkladu pro nanášení nátěrového systému ani žárové zinkování nečiní žádné obtíže. Na obrázcích 2 až 4 je ukázka z aktuální výstavby zemědělské haly v Chorušicích u Prahy.

3 Obr. 2 Pohled na výstavbu haly v Chorušicích s vazníky z profilů s vlnitou stojinou v listopadu 2015 Obr. 3 Detail styku vazníku a sloupu haly v Chorušicích

4 Obr. 4 Zastřešená hala v Chorušicích začátkem roku 2016 Efektivnost použití profilů s vlnitou stojinou pro halové objekty Ekonomičnost použití profilů s vlnitou stojinou místo válcovaných nebo klasických svařovaných profilů pro standardní halové objekty byla v roce 2014 ověřována srovnávací studií příčné vazby halových objektů výšky 6 a 9 m a rozpětí od 18 do 42 m, příčle byly uvažovány se sklonem 10 nebo 20% s táhlem nebo bez táhla. Statické systémy příčné vazby jsou na obrázku 5. Rámy byly uvažovány vetknuté, vzdálenosti rámů byly 6 nebo 9 m. Zatížení bylo uvažováno vlastní tíhou, střešním pláštěm s podvěšenými rozvody 0,68 kn/m 2, sněhem 1,05 kn/m 2 a základním tlakem větru 0,77 kn/m 2, vše v návrhových hodnotách. Obr. 5 Statické systémy srovnávací studie Profily byly navrženy tak, aby vyhovovaly jak z hlediska únosnosti průřezu, tak z hlediska stabilitní únosnosti prutů. Velikosti profilů byly voleny tak, aby se únosnost profilů stojky i příčle co nejvíce přibližovala 100% využití. Vzpěrné délky tlačených prutů a volné délky pro klopení ohýbaných prutů byly pro všechny srovnávané případy uvažovány shodné. Pro stojky rámů bylo L y = βh, L z = 3 m, L LT = 0,6H. Pro příčle bylo L y = L p, kde L p je skutečná délka poloviny příčle, L z = 2,25 až 3,0 m dle rozpětí vazby a L LT = 0,4L p. Deformace konstrukce ve všech případech vyhověla požadavkům MSP dle ČSN EN Výsledkem vyhodnocení hmotností jednotlivých profilů pro všechny typy příčných vazeb ukázaly profily s vlnitou stojinou jako nejlehčí variantu. Z porovnání s válcovanými průřezy IPE vyplývá, že úspora hmotnosti činí 15 až 30%, při porovnání s válcovanými průřezy HEA činí úspora hmotnosti až 34%. Při porovnání profilů s vlnitou stojinou s klasickými svařovanými I průřezy je patrná úspora hmotnosti v rozmezí 13 až 25%. Výsledky srovnání hmotností příčných vazeb jsou na obrázcích 6 až

5 8. Výsledky jsou vykresleny pro systém se sklonem střechy 10% bez táhla. Pro ostatní systémy jsou výsledky obdobné. Obr. 6 Srovnání hmotností příčných vazeb pro H = 6 m a B = 6 m Obr. 7 Srovnání hmotností příčných vazeb pro H = 6 m a B = 9 m

6 Obr. 8 Srovnání hmotností příčných vazeb pro H = 9 m a B = 9 m Příklady ekonomicky výhodného využití profilů s vlnitou stojinou Profily s vlnitou stojinou jsou vzhledem ke své ekonomičnosti používány pro vodorovné i svislé nosné prvky halových objektů a skeletů pro rozpětí od 6 m až přes 40 m. Na obrázku 9 je výrobní hala realizovaná u Pelhřimova v letech 2013 až 2014, kde jsou profily s vlnitou stojinou použity jako vodorovné i svislé nosné prvky rámových vazeb. Objekt byl řešen včetně požární odolnosti bez nutnosti dodatečné ochrany proti požáru. Obr. 9 Výrobní hala u Pelhřimova s rámy z profilů s vlnitou stojinou

7 Na obrázcích 10 a 11 je část nové nosné ocelové konstrukce nádraží v Salcburku, kde byly profily s vlnitou stojinou použity jako hlavní vodorovné nosné prvky zastřešení. Konstrukce obdržela European Steel Design Award v roce Obr. 10 Pohled na část nové konstrukce zastřešení Hlavního nádraží v Salcburku Obr. 11 Detail profilů s vlnitou stojinou nového zastřešení Hlavního nádraží v Salcburku

8 Závěr Princip profilů s tenkou tvarovanou stojinou je znám již z období mezi světovými válkami. V USA se profily se silnější tvarovanou stojinou uplatňují i v mostním stavitelství. V pozemním stavitelství se u našich nejbližších sousedů v Rakousku, Německu a Polsku profily s vlnitou stojinou prosazují již od devadesátých let minulého století, kdy rakouská firma Zeman & Co vyvinula patentově chráněný postup provádění jednostranných krčních svarů tenkých vlnitých stojin a vyrobila první výrobní linku se svařovacím automatem k jejich hromadné výrobě. Současná roční produkce profilů s vlnitou stojinou je t což svědčí o skutečnosti, že profily s vlnitou stojinou jsou díky svým užitným vlastnostem v poměru k ceně důležitým prvkem pro ekonomické návrhy nosných ocelových konstrukcí. Ing. Jaroslav Vácha, Ph.D. znalec, autorizovaný inženýr vacha@statikajv.cz Profily s vlnitou stojinou nacházejí uplatnění také v zemědělských stavbách Profil s vlnitou stojinou byl vyvinut jako ekonomická náhrada vysokých válcovaných nebo klasických svařovaných I průřezů. Princip ekonomického profilu s tenkou stojinou, která je tvarována pro zvýšení její stabilitní únosnosti, je znám již mnoho desítek let, ale až zvládnutí automatizace provádění krčních svarů mezi tenkou tvarovanou stojinou a pásnicemi umožnilo hromadnou ekonomicky výhodnou výrobu a tím i rozšíření profilů. Již téměř před třiceti lety vyrobila rakouská firma Zeman & Co speciální svařovací automat na průběžné svařování krčních svarů mezi vlnitou stojinou a pásnicemi. Od té doby se využití těchto profilů neustále rozšiřuje. Nejnovější oblastí se zajímavým uplatněním profilů s vlnitou stojinou jsou zemědělské stavby, u kterých po letech stagnace dochází k oživení poptávky.