BETONOVÉ KONSTRUKCE I

Transkript

1 VYSOKÉ UENÍ TECHNICKÉ V BRN FAKULTA STAVEBNÍ DOC. ING LADISLAV ÍRTEK, CSC BETONOVÉ KONSTRUKCE I MODUL CS1 BETONOVÉ KONSTRUKCE PRUTOVÉ STUDIJNÍ OPORY PRO STUDIJNÍ PROGRAMY S KOMBINOVANOU FORMOU STUDIA

2 Betonové konstrukce I CS1 Ladislav írtek, Brno (78) -

3 Obsah OBSAH 1 Úvod Cíle Požadované znalosti Doba potebná ke studiu Klíová slova Metodický návod na práci s textem...5 Prmyslové jednopodlažní haly Konstrukní ešení...6. Zatížení a statické psobení Konstrukce jednopodlažních rám vazníkové haly Tvar rámového vazníku Rozmry a vyztužení lomeného píle Obloukový píel Táhlo obloukového vazníku Konstrukce jednopodlažních rám bezvazníkových hal Autotest Konstrukce vícepodlažních budov Konstrukní ešení budov s ohledem na úinky vodorovných zatížení Spolupsobení nosných prvk a konstrukcí Druhy a charakteristiky konstrukních systém Doporuení pro orientaní návrh svislých ztužujících prvk u budov do 0 podlaží Navrhování konstrukcí Mezní hodnoty vodorovných posunutí a prutových pootoení konstrukcí Stropní tabule Monolitické stny Nosníky s obrubami Nosníky sestavené z tuhých ástí spojených pouze v rozích Ztužující stny Ztužující stny plné Stna psobící jako konzolový nosník Stna psobící jako stnový nosník Stna s obrubami Stnové výpln rám Vliv pružného vetknutí ztužující stny v podloží Ztužující stny s otvory Spolupsobení stn Konstrukce patrových rám Všeobecn Zatížení Výpoet statických veliin (78) -

4 Betonové konstrukce I CS Metoda rámových výsek Pibližný výpoet rámu zatíženého vtrem Vyztužování pílí a styník Vyztužování sloup Postup výroby železobetonového skeletu Kloubové styky sloup se základy Píklad Autotest Dilataní celky a spáry, pracovní spáry Dilataní celky navrhované z dvod objemových zmn Stanovení rozmr dilataních celk Výpoet úink objemových zmn Dilataní celky navrhované z dvodu rozdílného sedání základ Konstrukní provedení dilataních spár Pracovní spáry Autotest Závr Shrnutí Studijní prameny Seznam použité literatury Seznam doplkové studijní literatury Odkazy na další studijní zdroje a prameny (78) -

5 Úvod 1 Úvod 1.1 Cíle Cílem tohoto prvního modulu (CS 1) studijního textu Betonové konstrukce I je poskytnout studentm základní informace o navrhování prutových železobetonových konstrukcích, tj. o prmyslových halách a vícepodlažních budovách. Výklad textu modulu je pevážn jednoznaný, ale tam, kde na ešení jednoho technického problému je možno nazírat z rzných úhl pohledu nebo doporuované ešení vyplývá pevážn z experimentálních zkoušek, je jednoznanost ešení ponkud oslabena. Je nutné aby si tená uvdomoval, že další výklad není jakousi šablonou nebo jednoznaným návodem jak konstrukci navrhovat. Výklad chce pevážn pouze upozornit na technické problémy pi navrhování prutových konstrukcí souasn s návrhem na jejich ešení. Pro názornost je text doplnn nkolika píklady. 1. Požadované znalosti Modul CS 1 této studijní opory navazuje na Prvky betonových konstrukcí [3]. Je tedy nutné aby student látku uvádného studijního textu zvládl. Pi výpotech betonových konstrukcí jsou zapotebí také znalosti stavební mechaniky a pružnosti a pevnosti. 1.3 Doba potebná ke studiu Modul obsahuje látku jednoho semestru. Doba pro nastudování jednotlivých oddíl je individuální, závisí pedevším na prprav studenta v pedchozím studiu. Student by ml celý modul nastudovat bhem 50 až 60 hodin. 1.4 Klíová slova Železobetonová hala, železobetonová vícepodlažní budova, píel, sloup, stropní tabule, ztužující stna, prostorová tuhost objektu, vyztužování. 1.5 Metodický návod na práci s textem Studijní as je nutné vnovat pedevším snaze pochopit podstatu - jádro problému (analytické znalosti). S konstrukními požadavky nebo s implicitními konstrukními návrhy je vhodné se pouze seznámit (encyklopedické znalosti), tedy vdt o nich s tím, že v pípad poteby lze do smrnic, norem a pedpis nahlédnout a požadovanou informaci získat. - 5 (78) -

6 Betonové konstrukce I CS1 Prmyslové jednopodlažní haly.1 Konstrukní ešení Víceúelové prmyslové haly se rozdlují: podle dispoziního uspoádání na jednolodní, dvoulodní a vícelodní; podle druhu dopravy v hale na haly bez mostových jeáb a haly s mostovými jeáby; podle konstrukního systému na: - vazníkové haly, které mají nosný systém z píných rám, na nž se stešní dílce kladou v podélném smru haly, - bezvazníkové haly, které mají nosný systém z podélných rám, na nž se stešní dílce kladou v píném smru haly; podle použitých materiál na betonové, ocelové a kombinované (nap. vazníky ocelové a ostatní prvky betonové). Modulové pdorysné osnovy nosné konstrukce hal (obr..1), tj. rozptí L lodí a roztee B sloup, jsou unifikovány podle tab..1. Svtlá výška hal je ovlivnna požadavky výrobní technologie a druhem jeáb. V dalším textu je pojednáno výhradn o halách betonových. Vyrábí se pevážn montované a to z dvodu úspory bednní a možnosti uplatnní výrobní technologie pedem pedpjatého betonu u vodorovných stešních dílc. Obr..1: Pdorysná osnova a skladba montované dvoulodní vazníkové haly 18/1 m; a - stešní panel, b - stešní vazník rozptí 18 m, c - prvlak rozptí 1 m, d - ímsový nosník rozptí 6 m, e - žlabový dílec, f - krajní sloup, g - vnitní sloup, h - štítový mezisloup Tab..1: Modulové pdorysné osnovy hal Rozptí lod L [m] 9,0 1,0 15,0 18,0 4,0 Rozte sloup B [m] 6,0 6,0 1,0 6,0 1,0 6,0 1,0 18,0 6,0 1,0-6 (78) -

7 Prmyslové jednopodlažní haly. Zatížení a statické psobení Zatížení Na nosnou konstrukci hal psobí zatížení stálá (vlastní tíha nosných konstrukcí a tíha ostatních konstrukcí a materiál), zatížení nahodilá dlouhodobá (nap. dlouhodobé složky silových píp. teplotních úink technologických a provozních zaízení) a zatížení nahodilá krátkodobá (nap. krátkodobé složky silových úink technologických a provozních zaízení, sníh, vítr). Upevnní jeábových drah podvsných jeáb o nosnosti do 3, t se asto provádí ke stešní konstrukci. Jeábové dráhy mostových jeáb se upevují na sloupy hal. Úinky zatížení od jeáb se rozlišují statické a dynamické; ve výpotu se i dynamické složky zatížení nahrazují zatížením statickým. Zatížení svislá zpsobují tlaky kol jeábu jak od konstrukce jeábu a tíhy bemene, tak od dynamických úink svislých setrvaných sil pi zvedání i spouštní bemene. Zatížení vodorovná mohou psobit: - ve smru podélném (vzhledem k ose jeábových drah) jako podélné brzdné síly od vodorovných setrvaných sil pi rozjíždní a brždní jeáb, - ve smru píném jako píné brzdné síly od setrvaných sil pi rozjíždní i brzdní jeábové koky, nebo jako síly od píení mostových jeáb. Statické chování hal je ovlivnno technologií jejich výroby. Zatímco styky mezi svislými a vodorovnými prvky se navrhují u montovaných hal pevážn kloubové, z dvodu požadavku snadného sestavení dílc, u hal monolitických se navrhují tuhé. Styky sloup se základovými konstrukcemi, nejastji s patkami, se navrhují pevážn též tuhé. Vzhledem k úinkm vodorovných zatížení (vítr, vodorovné silové úinky jeáb) je výhodné konstrukn zajistit dostatenou vodorovnou tuhost stešní nosné konstrukce, nap. spojením stešních panel pomocí montážních ocelových plech pivaených k jejich zabudovanému kování. Potom stešní konstrukce psobí ve vodorovném smru jako tuhý vodorovný nosník (stna), který penáší úinky vodorovných zatížení do všech svislých prvk haly a zárove zajišuje spojitost jejich vodorovných posun. Pro zvtšení ohybové tuhosti svislých prvk hal lze navrhnout ztužující stny. Mén asto se u betonových hal navrhují ztužidla ve tvaru šikmých vzpr. Statický výpoet hal se provádí po pedbžném konstrukním návrhu haly obvykle následujícím zpsobem: 1. Výpoet stešní konstrukce vyjma vazník a pílí; nejprve na úinky svislých zatížení, poté na úinky vodorovných zatížení.. Výpoet vazník, pílí a sloup; statické veliiny pro dimenzování se vypo- ítají vyšetením statických schémat stanovených pro modelování chování spažených prvk v píném a podélném smru haly. Rozdlení vodorovných zatížení pipadajících na svislé prvky, tj. na sloupy, ztužující stny, i diagonální ztužidla, se vypoítá podle doporuení uvedené v odst Výpoet ztužujících stn a diagonálních ztužidel podle metodiky uvedené v odst (78) -

8 Betonové konstrukce I CS1 4. Výpoet základových konstrukcí podle výkladu modulu CS. Pi výpotu montovaných hal je nutno také provit jejich chování bhem montáže. V následujícím textu je uvedeno doporuení pro navrhování pouze betonových monolitických rám vazníkových a bezvazníkových hal. Problematika navrhování montovaných železobetonových hal je uvedena nap. v [4]..3 Konstrukce jednopodlažních rám vazníkové haly Rámy, nesoucí stechu ze železobetonu, jsou u vazníkových hal orientovány napí obdélníkového pdorysu budovy; jejich nosným prvkem je rámový vazník. Rámy o více polích se nazývají rámy sdružené. Sloupy hal jsou vetknuté do základ, mén asto jsou k základm pipojeny kloubov. ást rámu mezi sloupy je píel, který mže být nosníkem pímým, lomeným nebo obloukovým. Píle mohou mít také penívající konce..3.1 Tvar rámového vazníku Tvar jednopodlažního rámu je uren zejména tvarem stešní plochy, který se navrhuje v závislosti na požadovaném spádu krytiny a požadavcích pro osvtlení a vtrání hal (stecha se prolamuje rznými druhy svtlík nebo šikmo osazenými okny). Osová vzdálenost vazník se volí 6 až 9 m. Do rozptí nejvýše 10 m se navrhuje píel pímý (obr..a); pro vtší rozptí je výhodnjší navrhnout píel lomený (obr..b, c), píp. lomený s táhlem (obr..d) nebo píel píhradový - viz obr..e. Obr..: Píné rámy jednolodních hal Obr..3: Píle s penívajícími konci Obr..4: Píné rámy trojlodních hal U hal jednolodních, nebo pi sdružení dvou jednolodních rám, lze navrhovat píle s penívajícími konci podle obr..3. Tyto konstrukce našly uplatnní zvlášt u pístešk, zastešení nástupiš apod. Hala vícelodní mže vzniknout bu kombinací dvou jednolodních hal s výrazn penívajícími konci pílí podle obr..4a nebo spojením nap. tí jednolodních hal podle obr..4b. Pro rozpony vtší než 15 m lze navrhovat rámové vazníky s obloukovým pílem podle obr..5. Stešní konstrukci mže tvoit tenká klenbová skoepina. Stecha vyvozuje šikmé tlaky, které se pi malých rozptích vazník pevedou do základu ohybovou tuhostí rámových stojek - viz obr..5a; pi horší základové pd je však nutno zachytit vodorovné složky táhlem (obr..5c,e). U trojlodní halové konstrukce je možné ve stední lodi navrhovat oblouk vel- - 8 (78) -

9 Prmyslové jednopodlažní haly kého rozptí i bez táhla - viz obr..5d, ovšem za pedpokladu, že vodorovnou složku klenbových tlak zachytí rámy krajních lodí a pevedou ji spolehliv do základové pdy. Pi návrhu velmi rozsáhlé nízké haly lze adit rámové vazníky vedle sebe podle obr..6a, kde vazníky tvoí vodorovné prvky sdružených rám. Aby manipulaní plocha haly nebyla osvtlena nepízniv psobícími pímými sluneními paprsky, navrhují se stechy pilové podle obr..6 b, c. Obr..5: Píné rámy s obloukovým pílem Obr..6: Píné rámy vícelodních hal.3. Rozmry a vyztužení lomeného píle Rozmry Pi orientaním návrhu lomené píle se volí vtšinou obdélníkový tvar prezu o výšce 1/15 až 1/10 rozptí a šíce 1/3 až /3 výšky prezu; souasn šíka prezu píle má být nejmén 1/0 osové vzdálenosti pílí. Výška prezu rámového sloupu se obvykle navrhuje menší než výška píle. Vyztužování Pro vyztužení jednopodlažního rámu platí stejné zásady jako u patrových rám, viz odst Uspoádání výztuže v lomené píli V okolí zalomení píle je nutno volit tvar a uspoádání vložek namáhaných tahem (tj. vložek pi spodním povrchu píle podle obr..7) takové, aby se vylouilo nebezpeí jejich vytržení následkem píné tahové síly F. Pi lomení píle v úhlu nejmén 160 (obr..7a1) lze umístit výztužné vložky prbžn pi taženém povrchu lomu. Píná výslednice tahových sil F, která dosahuje menších hodnot, se však musí zachytit pídavnými tmínky, zakotvenými v tlaené ásti prezu - viz obr..7a. Velikost výsledné tahové síly F v podélných lomených tahových vložkách, psobící ve smru osy soumrnosti lomu a zpsobující jejich vytržení, je α F = A st f yd cos, (.1) kde A st je prezová plocha hlavní tažené výztuže, - 9 (78) -

10 Betonové konstrukce I CS1 Obr..7: Úprava vyztužení lomeného píle pi: a) α 160, b) α < 160 f yd návrhová mez kluzu výztuže, α úhel lomu píle podle obr..7. Minimální celková prezová plocha A sw vzájemn rovnobžných tmínk, zachycující výslednici tahových sil, se vypoítá ze vztahu F α A sw = cos90, (.) f ywd kde f ywd je návrhová mez kluzu tmínk, F síla podle vztahu (.1). Úinnost tmínk se zajistí jejich pravidelným rozmístním (obr..7a) na délce 3 s = h tg α, (.3) 8 kde h je výška prezu píle. Pokud by píná tahová výslednice F vycházela píliš veliká, je možné provést lom píle podle obr..7a3, tj. s nastavením výztuže a jejím zakotvením pesahem na návrhovou kotevní délku l bd. Pi lomech píle v úhlu menším než 160 (obr..7b1) je již nutno v lomu tahové vložky perušit, pevést je do tlaené oblasti prvku a tam zakotvit; tyto pruty je vhodné ukonit polokruhovým hákem. Stanovení prezové plochy pídavných tmínk A sw a rozmístní tmínk se provede stejn jako v pedcházejícím pípad..3.3 Obloukový píel Pi velkých rozptí hal je výhodné navrhovat obloukové píle - viz obr..8. Mohou psobit buto samostatn, jestliže nap. vynášejí stechu z prefabriko- Obr..8: Obloukový píel: a) bez táhla, b) s táhlem, c) bez táhla, s patkami opírajícími se pímo o základy - 10 (78) -

11 Prmyslové jednopodlažní haly vaných desek, nebo spolupsobí se stešní monolitickou skoepinou. Uplatují se již od rozptí 15 m a jsou hospodárnjší než stechy s rovnými stešními plochami. Vzeptí oblouku se navrhuje pi rozponu nejvýše 1 m až 1/8 rozptí, pi rozponu nejvýše 5 m alespo 1/7 rozptí a pi vtších rozponech až 1/5 rozptí. Prmrná výška prezu oblouku se navrhuje od 1/40 do 1/30 rozptí; šíka prezu se volí asi 1/0 osové vzdálenosti obloukových vazník, avšak alespo 1/3 výšky prezu. Pi pedbžném návrhu lze prezové rozmry obloukového nosníku uvažovat podle tab... Tab.. : Orientaní rozmry obloukového nosníku Rozptí l oblouku [m] Výška h prezu [mm] Šíka b prezu [mm] Obloukové píle (vazníky) se dlí do dvou skupin, podle smru tlak vyvozených na podpory: Prost podepený obloukový píel (vazník) bez táhla vyvozuje pi svislém zatížení pouze svislé reakce - viz obr..8a. Protože staticky psobí jako prostý nosník se zakivenou stednicí, navrhují se orientan jeho rozmry podle stejných doporuení jako u prostého pímého nosníku. Výhodné chování oblouku se však projeví pi spojení patek oblouku táhlem podle obr..8b, nebo se mnohonásobn zvtší rameno vnitních sil ve vrcholovém prezu; pi psobícím svislém zatížení je vlastní oblouk pevážn tlaen a táhlo je, jak jinak, taženo. Výslednice sil od svislého zatížení se v pat oblouku rozkládá do vodorovného tahu v táhle a do svislého tlaku, psobícího na podporu. Tah musí být penášen ocelovými tyemi nebo lany. Pokud nejsou táhla navrženy jako železobetonová nebo z pedpjatého betonu, je nutno zajistit ochranu tyí a lan proti korozi vhodným nátrem. Tento druh oblouku staticky psobí jako dvojkloubový oblouk s táhlem a proto jeho reakce psobí stejn jako na prostém nosníku. Oblouk bez táhla, s patkami opírajícími se pímo o základy podle obr..8c, je hospodárným nosníkem pi velkých rozponech podpor. Lze jej však navrhnout pouze tam, kde základová pda je ve vodorovném smru málo stla- itelná (nap. skála, ulehlý štrk na skalním podkladu). Zatímco svislé posuvy (sedání) patních prez oblouku neovlivní jeho píznivé statické psobení, došlo by pi vodorovném posuvu podpor k vodorovnému roztažení oblouku, zmn tvaru jeho stednice a tím i jeho statické psobení by bylo stejné jako u prostého nosníku. Pokud by ml být takový oblouk navržen na poddajné základové pd, musely by se patní prezy oblouku stáhnout táhlem umístným pod podlahou. Tvar stednice je v optimálním pípad shodný s výslednicovou arou od stálého zatížení; pi zatížení rozdleném po pdoryse (tj. u stech na malá rozptí) je to kvadratická parabola, pi zatížení rozdleném rovnomrn po oblouku (tj. stechy na velká rozptí) jde o etzovku. Pi menších rozponech u plochých oblouk jsou však rozdíly mezi tvarem paraboly, etzovky a kružnice tak malé, že se z dvod snadnjší výroby pílí volí tvar kružnicový (78) -

12 Betonové konstrukce I CS1 Dimenzování a vyztužování obloukového nosníku Prezovou plochu výztuže v obloukovém vazníku lze pedbžn uvažovat: A s 0,01bh (.4) Táhlo lze v orientaním návrhu dimenzovat na dostedný tah; vodorovnou sílu prost podepeného oblouku zatíženého plným rovnomrným zatížením, lze vypoítat z výrazu kde ( g + q) l H α, (.5) 8h l je rozptí obloukového vazníku, h 1 vzeptí stednice obloukového nosníku, g (q) svislé spojité rovnomrné zatížení stálé (nahodilé), α souinitel vyjadující pružnost táhla (α 0,9). U stešních konstrukcí do rozptí 30 m není teba vyšetovat úinky nahodilého zatížení píinkovými arami, protože rozhodujícími zatžovacími stavy jsou zatížení stálé, úinek snhu na celé steše, úinek snhu na jedné polovin stechy a úinek tlaku nebo sání vtru z jedné nebo druhé strany oblouku. Pi výpotech obloukových nosník je však teba zohlednit protažení táhla, stlaení stednice oblouku a objemové zmny betonu (tj. smršování a dotvarování betonu a zmny teploty). U skoepinových stech jsou obloukové píle (vazníky) zatíženy též silami psobícími smrem teen ke stednici klenby. Pi dimenzování tlaených oblouk je nutno zvážit i vliv vzpru a to jak v rovin stednice oblouku, tak v rovin k ní kolmé. Vzprná délka pro vybo- ení oblouku kolmo na rovinu jeho stednice se zavádí do výpotu stejným zpsobem jako u prvk pímých. Vztahy pro stanovení statických veliin obloukových vazník s obloukovými nosníky, tvaru kruhových segment nebo parabol, jsou uvedeny nap. v Technickém prvodci [5]. Vliv objemových zmn betonu souasn s dotvarováním oceli táhla na chování obloukových vazník lze vyšetovat nap. pomocí výpo- etních program NEXIS [6] nebo ANSYS [7]. Vyztužit obdélníkový prez oblouku je nutno v každém rohu nejmén jednou vložkou. U vazník lehkých stech vychází obvykle nutná plocha výztuže obloukových nosník malá (stupe vyztužení od 0,4 do 0,6%), takže postaí vyztužit prez pouze tymi vložkami. Nkdy je však teba ve vnitní polovin rozptí výztuž pi dolnímu povrchu oblouku zesílit. Tmínky v obloukovém nosníku mají dvojí úel: jednak obdobným zpsobem jako u pímých nosník penášejí úinky smyku, jednak musí zachytit radiální složku výslednice tahových sil od ohybu. Psobí-li v ohnuté výztuží tahová síla F s - viz obr..9, vznikají pi zmn smru vložek výsledné radiální síly snažící se hlavní výztuž pi spodním povrchu nosníku odtrhnout a je zejmé, že tenká krycí vrstvu betonu tomu nezabrání. Tyto síly musí být peneseny pomocí tmínk do tlaené ásti prezu. Na jednotku délky oblouku pipadá radiální výslednice (smující do stedu zakivení) 1-1 (78) -

13 Prmyslové jednopodlažní haly Obr..9: K návrhu tmínk proti odtržení hlavní tažené výztuže oblouku F dϕ F = ds s = které vzdorují tmínky A s f r yd, (.6) As f yd = f ywd Asw. (.7) r Tedy nutná prezová plocha tmínk, které je nutno pidat na každý 1 m délky oblouku, se vypote ze vztahu A Ve vztazích (.6) až (.8) je A s (f yd ) f s yd A sw =. (.8) rf ywd prezová plocha (návrhová mez kluzu) hlavní výztuže pi spodním povrchu nosníku, A sw (f ywd ) prezová plocha (návrhová mez kluzu) tmínk, r polomr zakivení nosníku..3.4 Táhlo obloukového vazníku Velikost vodorovné síly v táhle je ovlivnna zejména vzeptím, tj. vzdáleností mezi stednicí obloukového nosníku a osou táhla. Pi zatížení oblouku se táhlo úinkem naptí protáhne a tím poklesne vrchol oblouku o délku, která bývá až dvakrát vtší než protažení táhla. Pokud by protažení táhla zpsobilo v oblouku vtší tahy pi jeho spodním povrchu, musel by se úinek protažení táhla zmírnit nebo vylouit jeho rektifikací, tj. umlým zkrácením. U obloukových vazník o rozptí do 30 m bylo oveno, že úplná rektifikace táhel není hospodárná. Vtší výška prezu oblouku se navrhuje zejména proto, aby oblouk nebyl nepízniv namáhán vzprem. U stešních obloukových vazník vzniká nejvtší namáhání obloukových nosník zpravidla v blízkosti tvrtiny rozptí, je zpsobeno hlavn nesoumrným zatížením (jednostranným snhem a tlakem vtru). K jeho zachycení obvykle postaí výztuž s minimálním stupnm vyztužení. Náronou rektifikací by se tedy uspoilo jen nepatrn na výšce prezu oblouku, avšak bylo by teba znan zesílit táhlo. V obvyklých pípadech se tedy táhlo rektifikuje jen ásten. Nepíznivý úinek protažení táhla na sloupy, podporující obloukový vazník, lze eliminovat nap. tím, že se sloup pi jedné stran oblouku provede jako kyvný. Po protažení táhla od stálého zatížení lze kloub zrušit dodateným zmonolitnním kloub, takže oba podprné sloupy mohou spolupsobit pi zachycení vodorovných sil, nap. od úinku vtru. Táhla jsou namáhána kombinací tahu s ohybem (na tah od vodorovné síly oblouku, na ohyb od vlastní hmotnosti nebo od hmotnosti instalací a strop, na nich upevnných). Na oblouky se táhla zavšují po 4 až 6 m. Závsné pruty, obvykle φ 10 až 14 mm, obepínají dole pruty táhla a vedou se až k hornímu povrchu obloukového nosníku, kde se ukoní háky (78) -

14 Betonové konstrukce I CS1 Táhla se navrhují, s ohledem na to, jak se penáší vodorovná složka obloukového tlaku z oblouku do táhla, ve dvou alternativách: Obr..10: Detail spojení obloukového píle s obetonovaným táhlem Obr..11: Obloukový píel s ocelovým táhlem a závsy s rektifikací Táhla obetonovaná (železobetonová) se vytváí z nkolika slabších prut φ 16 až mm, které jsou v pat oblouku zakotveny a po celé délce obetonovány - viz obr..10. Pruty jsou betonem chránny ped korozí a požárem. Pokud se táhlo obetonuje ped odskružením oblouku, vzniknou nutn v obetonovaném táhle trhlinky. Proto je výhodné volnou ást táhla obetonovat v ase, kdy oblouk již penáší plné stálé zatížení; zvtšení protažení od nahodilého zatížení je již malé, takže beton nebude porušen trhlinami. Nevýhodou tchto táhel je, že se nedají dodaten rektifikovat. Kotvení táhla je teba navrhnout tak, aby pruty byly kotveny za prseíkem stednice oblouku s osou táhla. Uspoádání výztuže v tomto styníku se musí vnovat mimoádná pozornost. Táhla ocelová se skládají bu z jedné až ty tyí kruhového prezu, nebo z ocelových válcovaných nosník profil I nebo U; v obou pípadech jsou jejich konce opateny kotevními deskami. Nevýhodou ocelových táhel je, že jsou drahá a jejich osazení je pracnjší; táhla z válcovaných profil jsou navíc tžká a nedají se rektifikovat. Výhodou táhel z tyí kruhového pr- ezu je jejich snadná rektifikace. Rektifikaní lánky se umisují bu na každém táhlovém prutu (do prut samých je teba vnést velké síly) nebo na závsech - viz obr..11. Ped odskružením oblouku se táhlo napne tak, aby oblouk pestal zatžovat podprné bednní (tj. do táhla se vnese vodorovná síla vypotená pro vlastní tíhu konstrukce). Pi uspoádání táhla a závs podle obr..11, je délka protaženého táhla tj. táhlo se protáhne o délku l = l c + c + v, (.9) - 14 (78) -

15 Prmyslové jednopodlažní haly v v v l = l l = c + c c + c (.10) c Toto protažení l vznikne na táhle o délce l pi vnesení naptí σ do táhla, tj. takže po dosazení σ s = f yd a úprav vychází: s l = σ E l, (.11) s cf yd v = l. (.1) le Kdyby táhlo bylo vzepjato nkolika závsy tak, aby vytvoilo parabolický oblouk, vyjde obdobným odvozením výraz s 3 f yd v = l. (.13) 8E Pruty táhla musí být navrženy z dostaten tažné oceli, aby pi napínání nedocházelo k jejich poruše pi ohybu. Táhla je teba chránit ped korozí nátrem a zamezit jejich pímému vystavení pípadným úinkm požáru. s.4 Konstrukce jednopodlažních rám bezvazníkových hal U obdélníkového pdorysu hal lze podélné nosné zdi nahradit podélnými sdruženými rámy, vynášejícími stešní konstrukci. Vodorovná tuhost betonových rám se v podélném smru zvtšuje vtšinou ztužujícími stnami. Pokud je souástí rámu také jeábová dráha, mže rámový píel tvoit betonový nosník pod jeábovou kolejnicí a rámové sloupy mohou vytváet souasn podprnou konstrukci nosník jeábové dráhy. V tomto pípad se rámové stojky prodlužují nad píle - viz obr..1. Pi orientaním návrhu hal lze rozmry prez sloupu stanovit z tchto nerovností: H h H H H 14; 5; 5; 50, (.14) b h b 1 1 kde význam znaek H, H 1, b, h je zejmý z obr..1. Délka polí sdruženého rámu se navrhuje obvykle od 4,5 do 9,0 m. Statické ešení Podélné sdružené rámy tvoí nosnou konstrukci, jejíž chování lze vyšetovat samostatn, ale vždy s pihlédnutím k prostorové tuhosti haly jako celku. Rámy nejsou v píném smru spojeny tuhou konstrukcí, která by bránila jejich vyboení v píném smru (stešní vazníky jsou na sloupech uloženy jako prosté nosníky) (78) -

16 Betonové konstrukce I CS1 Obr..1: Bezvazníková hala s mostovými jeáby: a) píný ez halou, b) zatížení rámové stojky - spodní ást sloupu ve smru podélném - spodní ást sloupu ve smru píném - horní ást sloupu v obou smrech kde význam znaek H, H 1 je zejmý z obr..1b. Sloupy podle obr..1b jsou v píném smru haly (kolmo k rovin rámu) namáhány: svislými akcemi stešních vazník N vaz a jeábové dráhy N j, vodorovnými složkami H sp tlaku vtru na stechu a na podélné obvodové stny, boními rázy je- ábu H jp a momenty od mimostedného psobení tlak jejich kol. V podélném smru se vodorovné síly - od podélného tlaku vtru na stechu H sl a na pínou obvodovou stnu a od podélných brzdných sil je- ábu H jl - roznesou do celého sdruženého rámu. Prezy sloup jsou proto v píném smru budovy širší než ve smru podélné osy jeábu. Sloupy pod jeábovými dráhami jsou vždy namáhány kombinací tlaku se šikmým ohybem a jsou vtšinou i kroucené. Pi dimenzování sloup je nutno zohlednit i úinek vzpru. Úinná délka sloup se uvažuje takto: l o = H 1, (.15) l o = H 1, (.16) l o = (H - H 1 ), (.17) Podpory jeábových drah, tj. nosníky jeábové dráhy, se vyšetují jako nosníky zatížené pevným a volným zatížením, psobícím nejen v rovin svislé, ale také v rovin vodorovné. Mimoádnou pozornost je teba vnovat krátkým konzolám, vynášejícím nosníky jeábových drah..5 Autotest 1. Jaký je rozdíl v konstrukcích betonových vazníkových a bezvazníkových hal? (odst..1). Pro se v nkterých pípadech provádí rektifikace táhel betonových obloukových vazník? (odst..3.4) - 16 (78) -

17 Konstrukce vícepodlažních budov 3 Konstrukce vícepodlažních budov V dob ped. svtovou válkou se stavly vtšinou objekty o nižším potu podlaží. Pro svislé konstrukní prvky se užívaly cihelné stny, nkdy kombinované s litinovými nebo ocelovými sloupy. Stropní konstrukce se navrhovaly devné nebo z cihelných kleneb. Svislé nosné konstrukce vytváely vtšinou podélný stnový systém. Pi psobení vtru pín na objekt, devné stropy s voln uloženými trámy do stn nebo s nefunkními kleštinami (v dsledku hniloby deva) nezajišují spojitost vodorovných petvoení mezi podélnými stnami - viz obr Obr. 3.1: Statické schéma zdné budovy s devnými stropy a nefunkními kleštinami Stavební ád pedepisoval minimální tloušku obvodové cihelné stny 450 mm pro nejvyšší podlaží a v každém z nižších podlaží tloušku vtší o 75 mm; pro stední stny budov nad ti podlaží pedepisoval minimální tloušku zdiva 600 mm. Je zejmé, že mezi úinky zatížení psobícími na tyto pomrn hmotné objekty pevažovala vlastní tíha konstrukce. Statický výpoet tchto konstrukcí se vtšinou neprovádl. V ticátých létech došlo k rozvoji železobetonových skeletových konstrukcí. Byly navrhovány podélné, píné a obousmrné rámové soustavy. Odhmotnní nosných konstrukcí vyžadovalo pi statických výpotech pihlédnout i k úinkm vodorovných zatížení. V dob po. svtové válce doznaly uvedené konstrukní systémy, vzhledem k tendencím zvtšovat výšku objekt a zavádt efektivnjší materiály, postupný vývoj k novodobým konstrukním systémm. 3.1 Konstrukní ešení budov s ohledem na úinky vodorovných zatížení Spolupsobení nosných prvk a konstrukcí U vícepodlažních objekt se zvtšuje závažnost vodorovných úink zatížení (vítr, seismicita) a proto se zvtšují i nároky na prostorovou tuhost a stabilitu celého objektu. Úelem konstrukcí je vzdorovat úinkm zatížení co nejefektivnji. Mítkem efektivity konstrukního systému mže být nap. pomr hmotnosti všech nosných prvk systému (pokud ásti systému neplní i jinou funkci než statickou) k celkové hmotnosti budovy. K zajištní prostorové tuhosti a stability objektu by ml projektant v maximální míe využít obvodového plášt, komunikaních jader, požárních zdí, stropních, píp. i jiných konstrukcí a vhodným návrhem jejich spojení zajistit vzájemné spolupsobení. Úelem svislých prvk (stn, sloup) je vzdorovat úinkm vodorovných zatížení. Úelem vodorovných konstrukcí je zajistit spojitost vodorovných petvo (78) -

18 Betonové konstrukce I CS1 ení (posuv) mezi svislými prvky Ohybová tuhost B S =I S E S (tj. souin momentu setrvanosti a modulu pružnosti stny) stny je v jejím podélném smru výrazn vtší než tuhost B C sloupu - viz obr. 3.. Je-li tuhost stny n krát vtší než sloupu, potom prhyb stny je n krát menší než sloupu. Za pedpokladu, že pro vodorovn psobící zatížení F je zajištno spolupsobení stny a sloupu, potom stna penáší podstatnou ást - pibližn FB S /(B S +B C ) násobek zatížení, kdežto sloup penese pouze FB C /(B S +B C ) násobek zatížení F. Uvedené spolupsobení svislých prvk se zabezpeí stropní (stešní) konstrukcí s dostatenou tuhostí ve vodorovné rovin, zajišující spojitost vodorovných deformací svislých prvk. Obr. 3.: Deformace a ohybové tuhosti stny a sloupu pi vodorovném zatížení Spažení sloup Obr. 3.4: Deformace a naptí sestavy dvou svislých prvk: a) vzájemn nespojených, b) vzájemn ve svislém smru spojených - 18 (78) - Obr. 3.3: Pdorysn lomená stna Je-li stna pdorysn lomená, nebo pímá stna je spojena s pínou stnou - viz obr. 3.3, zvtšují se ohybové tuhosti tchto konstrukních celk a to pro jakýkoliv smr psobícího vodorovného zatížení. Spažením mezi svislými prvky konstrukce se vytvoí ztužující prostedí, které zabezpeuje jejich vzájemné spolupsobení. Podstata spažení pi penášení vodorovných zatížení je znázornná na obr V pípad podle obr. 3.4a se jedná o dva stejné sloupy tvercového prezu, jednostrann vetknuté, které se vzájemn pouze dotýkají. Pi vodorovné deformaci (prhybu) se však vzájemn posouvají ve styných plochách. Jediným dsledkem spolupsobení je stejný prhyb. O zatížení se tedy sloupy rozdlí stejným dílem. Jejich celková ohybová tuhost je dána soutem tuhostí každého sloupu. Nap. v pat sloup jsou extrémní normálová naptí od ohybu ±σ a a extrémní smyková naptí τ a.

19 Konstrukce vícepodlažních budov V pípad podle obr. 3.4b jsou sloupy vzájemn dokonale spojené tak, že se pi vodorovné deformaci nemohou vzájemn ve styných (svislých) plochách posunout. Brání jim v tom spojovací prostedí mezi stynými plochami; spojovací prostedí penáší smykové naptí τ. Naptí se v obou sloupech realizuje jako normálová síla - v levém sloupu tahová, v pravém tlaková. Spojením vzniká celistvý - spažený prvek, jehož ohybová tuhost je vyšší, v daném pípad tynásobná. Proto se prhyb zmenší na jednu tvrtinu. Spažením se zmenší i normálové naptí σ, v daném pípad na polovinu, σ a = σ b. Spažení se uplatuje i pi psobení jiných než vodorovných úincích zatížení a nemusí psobit vždy pízniv. Nap. pi dotvarování a smršování betonu, zmnách teploty nebo pi nerovnomrném sedání objektu vznikají v prvcích úinkem jejich spažení sekundární namáhání, které je nutno zohlednit pi návrhu konstrukce. Problém spažení se vyskytuje i u stnových prvk, pedevším v místech jejich styku. Spažení sloup (svislých prvk) lze konstrukn dosáhnout nkolika zpsoby: a) Stropní deskou lokáln podporovanou sloupy. Úinky spažení jsou však malé v dsledku malé tuhosti stropní desky. Pi vzdálenosti sloup vtší jak 5 m se obvykle uvažuje spojení sloupu s deskou za kloubové. b) Rámovou pílí, která v dsledku vtší ohybové tuhosti než je u desky, penáší pi vodorovném zatížení výraznjším zpsobem smykové síly. c) Diagonálními prvky, které jsou namáhány tlakem, tahem a spolu se sloupy vytváejí píhradovou soustavu. Diagonální prvky (ocelové, betonové) sice zajišují úinné spolupsobení sloup, ale vzhledem k obtížnosti výroby styk tchto prvk se sloupy je v betonovém stavitelství navrhujeme spíše výjimen. d) Stnovými výplnmi z betonu monolitického, z betonových dílc nebo ze zdiva. Dsledek tohoto zpsobu spažení je nejinjší. Úinnost spažení závisí na schopnosti spoj prvk vzdorovat smykovým naptím a naptím normálovým v tlaku a tahu. Pi dokonalém spažení stnové výpln s prvky pilehlými k celému obvodu výpln - viz obr. 3.5a, psobí prvky a výpln jako konstrukní celek, vzdorující úinkm vodorovných zatížení i úinkm svislých zatížení psobících na stropní konstrukci. Píkladem dokonalého spažení je stnová výpl z betonových dílc, kdy dílce jsou spojeny svarovými spoji jak vzájemn mezi sebou, tak ke sloupm a pílím. Je-li stnová výpl od stropní konstrukce odsazena (obr. 3.5b), ale je zajištno její dokonalé spojení se sloupy, psobí jako tuhá píel, vzdorující pouze úinkm vodorovných zatížení. Sloupy jsou spaženy s výplní neposuvn ve všech rozích tehdy (obr. 3.5d), je-li výpl vložena do rámového pole pi jeho výrob. Výpl se aktivuje již pi malých vodorovných petvoeních rámu a psobí pibližn jako dvojice diagonál namáhaných tlakem a tahem. Navíc výpl penáší úinky svislých zatížení psobících na stropní i stešní konstrukci. Píkladem tohoto spažení je nap. psobení cihelného zdiva se sloupy a paždíky ve štítové stn objektu, kdy betonáské i zednické práce pi výrob sloup a stny byly - 19 (78) -

20 Betonové konstrukce I CS1 provádny soubžn a betonáž paždík byla provádna na již provedené stnové výpln. Schopnost zdiva vzdorovat tah je však malá. Sloupy jsou spaženy s výplní pouze ve dvou po diagonále protilehlých rozích (obr. 3.5.c) a to neposuvn tehdy, je-li výpl do rámového pole voln vložena. Výpl se aktivuje až po petvoení rámového pole, tj. s uritou prodlevou, a psobí jako tlaená diagonála. Píkladem tohoto spažení je psobení cihelného zdiva na sloupy a píle, kdy výpl byla provedena dodaten. Spažení stn S problémem zajistit úinné spažení stn se setkáváme pedevším u stn z betonových dílc; u stn betonových monolitických je spažení dokonalé. Psobíli na soustavu stn podle obr. 3.6 zatížení svislé i vodorovné, vznikají úinkem spažení stn ve Obr. 3.6: Soustava nedokonale spažených stn Obr. 3.7: Soustava dokonale spažených stn (obr. vpravo) Obr. 3.5: Spažení sloup stnovými výplnmi styných spárách smyková (τ) a normálová (σ) naptí. Vzdorují-li styky styné spáry dokonale smykovým i normálovým silám, potom pozitivní úinek spažení stn je patrný z prbhu normálových naptí σ podél stednice úložné spáry spažených stn - viz obr Únosnost styku je závislá na tvaru a provedení styné spáry. Ocelovými montážními deskami pivaenými k zabudovanému kování stn z dílc lze realizovat styk, který vzdoruje jak úinkm sil smykových, tak úinkm sil normálo- - 0 (78) -

21 Konstrukce vícepodlažních budov vých v tlaku i tahu. Styk vzdorující smykovým silám se navrhuje s profilovanou stynou spárou nebo s ozuby ve styné spáe dílc. Hladké spáry dílc vzdorují pouze úinkm normálových sil tlakových; úinkm smykových sil vzdorují pouze tehdy, je-li spára dostaten namáhána tlakem. Jako spažení svislých prvk lze posuzovat i pípady, jsou-li stny oslabeny otvory - viz obr. 3.8; jedná se o soustavu stnových prvk (z ásti mezi otvory) spažených vodorovnými prvky. Obr. 3.8: Stna oslabená otvory V projekní praxi se tuhost konstrukního systému vi vodorovným zatížením zajišuje: - stnovými výplnmi u rámových konstrukcí, - ztužujícími jádry, obepínajícími vtšinou vertikální komunikaní prostory objekt, - návrhem kombinovaného systému vytvoeného vhodným uspoádáním uvedených svislých prvk, - tuhostí rám u skeletových konstrukcí s menším potem podlaží. Spojitost vodorovných deformací svislých prvk objektu se zajišuje (jak již bylo uvedeno) stropními tabulemi. Potom lze svislému prvku pisoudit ást z celkového zatížení psobícího na objekt; tato ást zatížení je úmrná tuhosti prvku s pihlédnutím k umístní a orientaci prvku v pdoryse objektu. Svislé ztužující prvky penášejí úinky vodorovn zatížených stropních konstrukcí konzolovým zpsobem do konstrukcí základ. Je-li vodorovným zatížením vítr, potom podle tohoto pístupu jsou jeho úinky penášeny obvodovým pláštm, který se chová jako spojitý nosník nebo soustava prostých nosník (s ohledem na konstrukci plášt) jejichž podporové reakce psobí na stropní konstrukce Druhy a charakteristiky konstrukních systém Protože zejména svislé konstrukní prvky zajišují vodorovnou tuhost objekt, vychází se pi tídní konstrukních systém práv z charakteristik svislých konstrukcí. - Podle smru v nmž jsou stny nebo sloupy pevážn v objektu orientovány, rozlišují se konstrukní systémy podélné (obr. 3.9a, obr. 3.10), píné a obousmrné. - Podle druhu pevažujících svislých prvk se rozlišují systémy stnové, sloupové, kombinované (tj. systémy stn a sloup). - Stny mohou být rozmístny pevážn po obvodu budovy nebo soustedny Obr. 3.9: Konstrukní systém: a) podélný sloupový (sloupy jsou spaženy pílemi), b) obvodový stnový (sloupy podporují stropní desky pouze lokáln), c) jádrový - 1 (78) -

22 Betonové konstrukce I CS1 nap. do ztužujícího jádra; potom se rozlišují systémy obvodové (obr. 3.9b) a jádrové (obr. 3.9c) Konstrukní systém podélný má svislé stny nebo spažení sloup orientováno podéln, tj. rovnobžn s delší stranou obdélníkové budovy. V tomto smru je tuhost svislých prvk podstatn vtší než tuhost ve smru píném. Naopak výslednice od vtru psobícího ve smru podélném je menší než ve smru píném. Z tohoto dvodu je obvykle nutno tento systém v píném smru doplnit stnami (na obr štítovými stnami) nebo ztužujícími jádry. Mezní výška objektu je úmrná tuhosti tchto píných prvk. Obr. 3.10: Konstrukní systém stnový podélný využívající v píném smru tuhosti štítových stn Uvedené dodatené ztužující prvky mohou zajistit potebnou tuhost objektu v píném smru i u vyšších budov; pokud jsou však prvky do disposice objektu navrhovány pouze z hlediska statického, potom obvykle komplikují projektantovi vhodné uspoádání disposice objektu. Jestliže nelze pro píné ztužení objektu využít štítových stn, nebo ztužujících jader kolem vertikálních komunikaních prostor, je vhodné volit podélný konstrukní systém pro budovy do pti podlaží. Konstrukní systém píný má svislé stny nebo spažení sloup orientováno pín, tj. kolmo k delší stran budovy. Proto i vodorovná tuhost svislých prvk je ve smru píném podstatn vtší než ve smru podélném. Protože u tohoto systému je lepší soulad mezi výslednicemi úink vtru a tuhostmi svislých prvk (ve smru píném a podélném), je ze statického hlediska píný systém výhodnjší než systém podélný. Zvýšení tuhosti konstrukce ve smru podélném lze zajistit opt stnami, ztužujícími jádry (obr. 3.11), píp. dílím spažením svislých prvk ve smru podélném. Systém je vhodný pro budovy o více než pti podlažích. Navrhuje-li se tento systém ze spažených sloup (rám), je vtšinou nutno u objekt o více než pti podlažích zvtšit vodorovnou tuhost v píném smru doplujícími ztužujícími prvky - stnami, jádry. Navrhuje-li se píný systém stnový, zajišují stny v píném smru dostaující vodorovnou tuhost budov až do ticeti podlaží. Obr. 3.11: Konstrukní systém píný sloupový využívající ve smru píném tuhosti rám, štítových stn, jádra výtahu; ve smru podélném tuhosti stn a jádra výtahu Konstrukní systém obousmrný, je-li tvoen stnami, dosahuje velké vodorovné tuhosti konstrukce v obou smrech. Tato varianta je však obvykle nevýhodná z hlediska uspoádání dispozice - (78) -

23 Konstrukce vícepodlažních budov pdorysu. Je-li zvolena varianta s obousmrn spaženými sloupy (tj. s obousmrnými rámy) podle obr. 3.1, je nutno pro objekty o více než pti podlažích zajistit požadovanou vodorovnou tuhost objektu stnami orientovanými obousmrn nebo ztužujícími jádry. Konstrukní systém jádrový zajišuje vodorovnou tuhost v obou smrech objektu ztužujícími jádry. Ztužující jádro tvoí spažené svislé prvky, jejichž rozmístní je v pdoryse objektu soustedno do jistých oblastí - jader. Konstrukní prvky jádra musí být po výšce spojeny tak, aby spoje vzdorovaly smykovým i normálovým silám, a zajišovaly spolupsobení všech prvk jádra. Potom lze moment setrvanosti jádra vyjádit pro celý píný prez jádra a nikoliv jako souet dílích moment setrvanosti svislých konstrukních prvk. Je-li prez jádra uzavený, potom jeho tuhost v kroucení je výrazn vtší než jádra neuzaveného. Jádra, tj. výtahové šachty, stny schodiš aj., jsou vtšinou zdná nebo betonová monolitická nebo z dílc. Navrhují se bu jako doplující ztužující prvek pro konstrukní systémy s nedostatenou vodorovnou tuhostí nebo jako dominantní ztužující prvky pro konstrukní systémy s vodorovnou tuhostí zanedbatelnou (nap. pro systémy se stropními betonovými deskami lokáln podporovanými). Ztužující jádra jsou asto navrhovány, protože nejsou staticky samoú- elné. Jádra se rozmísují v pdoryse objekt tak, aby nebyla namáhána kroucením. Jestliže pipustíme, aby byla kroucením namáhána, potom tmto úinkm musí jádra bezpen vzdorovat. Obr. 3.13: Rozmístní ztužujících jader a stn u konstrukních systém s nedostaující vodorovnou tuhostí Obr. 3.1: Konstrukní systém obousmrný sloupový využívající: ve smru píném tuhosti rám, štítových stn, jádra výtahu a pilehlých stn, ve smru podélném zejména stn pilehlých ke štítovým stnám Proto u objekt s tvercovým nebo kruhovým pdorysem je nejlépe umístit jádro do tžišt pdorysu - viz obr. 3.13a. Pi excentrickém umístní jádra (obr. 3.13b) bude jeho namáhání v kroucení znané. Snížíme je vhodn umístnou jednou nebo dvma ztužujícími stnami - viz obr. 3.13c. - 3 (78) -

24 Betonové konstrukce I CS1 U objekt s výrazn obdélníkovým pdorysem se vtšinou navrhuje více jader (obr. 3.13d), a pokud by mlo docházet k jejich kroucení, opt se ztužující systém doplní ztužujícími stnami - viz obr. 3.13e. U betonových konstrukcí se asto stává, že ztužující jádro je od úink svislých zatížení podstatn mén tlaeno než pilehlé sloupy. V dsledku rozdílu svislých petvoení tchto prvk vznikají nepíznivá dodatená namáhání stropních konstrukcí v okolí jádra, která lze snížit tím, že sloupy se nerozmísují v nejbližším okolí ztužujících jader. Navrhování jádrového konstrukního systému je omezeno vodorovnou tuhostí jader a splnním požadavku nepipouštjícího vznik trhlin v betonu jádra. Pi nesplnní druhého požadavku by totiž pi zmn smru vtru docházelo k otevírání a zavírání trhlin v betonu a tím i k ochabnutí pevnosti v tlaku na trhlinkami porušeném betonu. Jádro staticky psobí jako konzola (obr. 3.14) vynášející svislá zatížení F i od pilehlých stropních konstrukcí; ve smru vodorovném je zatžována úinky vtru H i. Vychází-li normálová naptí ve stn jádra tahová, potom lze vhodným uspo- ádáním konstrukního systému podle obr výhodn jádro Obr. 3.14: Statické psobení jádrového konstrukního systému pitížit úinky svislých zatížení. Konstrukní systém obvodový je zvláštním pípadem systému jádrového. Na rozdíl od nj jsou však spažené konstrukní prvky rozmístny po obvodu objektu. Pi zatížení objektu vodorovným zatížením psobí konstrukní systém jako komrkový nosník - viz obr Ten je tvoen nosným železobetonovým pláštm, jehož deplanaci stn brání výztuhy - ve vodorovné rovin tuhé stropní konstrukce. Systém v maximální míe vzdoruje vodorovným zatížením, umožuje optimáln využít vlastní hmotnost ke zvýšení stability proti pevržení a snížení tahových namáhání svislých prvk. Úinnost obvodového systému se snižuje zárove se zmenšováním smykové tuhosti vylehovaného obvodového plášt. Tím je velikost okenních otvor ponkud omezena. Zvtšení smykové tuhosti obvodového plášt se provádí v úrovních technických podlaží pílemi o výšce tchto podlaží. - 4 (78) -

25 Konstrukce vícepodlažních budov Obr. 3.15: Píklady ešení systém zajišujících vtší pitížení jádra; 1- stnový nosník Obr. 3.16: Konstrukní systém obvodový, staticky psobící jako komrkový nosník Obr. 3.17: Píklady pdorysného tvaru vysokých budov Výšky H budov s tvercovým nebo obdélníkovým pdorysem se navrhují maximáln do pibližn sedmi násobku jejich šíky B viz obr Pi konstruování vyšších než uvedených budov se navrhují pyramidální konstrukce, volí se píný tvar budovy bu vhodnjší vzhledem k psobení vtru (nap. kruhový) nebo staticky úinnjší vzhledem k minimální šíce b píného ezu. Dvoustupový konstrukní systém je tvoen primární konstrukcí, která je zatžována konstrukcemi sekundárními. Na obr je primární konstrukcí mohutný prostorový rám, jehož pedpjaté píle jsou umístny v úrovních technických podlaží a sloupy tvoí komunikaní jádra nebo instalaní šachty; výška pílí odpovídá výšce technických podlaží. Sekundární konstrukní systém je na konstrukním systému primárním nezávislý a musí být konstruován tak, aby každá prostorová buka mezi technickými podlažími byla na pílích primárního rámu uložena nebo zavšena. Tento systém je výhodný z hlediska objemových zmn betonu a umožuje navrhovat vtší okenní otvory než systém obvodový. Podrobnjší informace o uvedených konstrukních systémech lze nalézt nap. v [8] až [10]. - 5 (78) -

26 Betonové konstrukce I CS1 Obr. 3.18: Dvoustupový konstrukní systém Doporuení pro orientaní návrh svislých ztužujících prvk u budov do 0 podlaží 1. Stropní konstrukce se navrhují tak, aby byly schopny penášet síly psobící také ve své rovin. Potom ve vodorovné rovin tuhá stropní (stešní) konstrukce zajišuje spolupsobení svislých prvk pi zatížení objektu vtrem. Proto u strop z dílc betonových, keramických nebo z keramických vložek ukládaných do ocelových nosník se provádí zalití spár cementovou zálivkou a pozední vnce navrhujeme tak, aby vytvoily tuhou obrubu tchto strop - obr Zde pi píném zatížení objektu vtrem psobí stropní konstrukce jako prostý nosník s podporami v místech ztužujících štítových stn. Tahovým normálovým naptím, vznikajícím od ohybových moment, nejsou schopny vzdorovat spáry stropních panel. Proto se navrhuje tahová výztuž v tažené obrub - pozedním vnci. V extrémn namáhaném prezu se nutná plocha A s výztuže vnce stanoví z momentové podmínky rovnováhy vnjších (M E ) a vnitních sil (M R ) Obr. 3.19: Pozední vnec pro stropní konstrukci z dílc - 6 (78) -

27 Konstrukce vícepodlažních budov kde M Ed M = M = F A =,.(3.1) Rd s ( b b ) = A f ( b b ) v s yd ; v s f yd v Ed ( b b ). F s je síla ve výztuži pi návrhové mezi kluzu f yd, b-b v rameno vnitních sil (tj. vzdálenost výslednice tlakového normálového naptí betonu v tlaeném vnci od výslednice normálových tahových naptí v tažené výztuži v taženém vnci), b v šíka pozedního vnce; M Ed ohybový moment pro prez l/, tj. M Ed =1/8 w d l ; zde w d je návrhové zatížení od vtru psobící na jednotku délky prostého nosníku na obr Zde se pedpokládalo, že jeden z vnc je tlaen a protjší vnec je tažen. Ve skutenosti tlaenou plochu prezu tvoí také tlaená ást podélné spáry mezi panely. Tuhost monolitických stropních konstrukcí je v rovin jejich stednicové plochy znaná. Proto pokud se pozední vnec provádí, nemusí mít charakter tuhé obruby. Není-li vytvoena dostaten tuhá stropní konstrukce, je nutno vzdálenost l svislých ztužujících prvk zmenšit pibližn na polovinu.. U budov zdných s konstrukním systémem podélným nebo píným je vhodné, aby vyšší budovy byly v obou smrech vyztuženy betonovými stnami nebo 300 (50) mm tlustými zdmi o prmrné pevnosti malty alespo,5 MPa, vzdálenými od sebe: - nejvýše 15 (1) m, jestliže stropy nejsou schopny penášet síly ve své rovin; - nejvýše 30 (15) m, jestliže stropy jsou schopny penášet síly ve své rovin. Uvedená doporuení platí pi splnní podmínky h 3b, (3.) kde h je výška objektu od úrovn terénu až po heben stechy nebo po horní hranu atiky vodorovných stech a b je šíka budovy. Není-li podmínka (3.) splnna, je nutno uvedené maximální vzdálenosti stn zmenšit. Zdné objekty se v bžných pípadech navrhují maximáln do výšky odpovídající asi deseti podlažím. 3. U budov s konstrukním systémem z betonových prvk je vhodné pi orientaním návrhu ztužujících stn je navrhovat tak, aby byla v každé z úrovni stropní konstrukce splnna podmínka Bv h Fk I, tj. pro 1 n 4; (3.3) BE ( 0,1n + 0,) cm Obr. 3.0: K návrhu ztužujících stn,8h I E Fk B B cm kde n je poet podlaží budovy a v, tj. pro n > 4; (3.4) - 7 (78) -

28 Betonové konstrukce I CS1 B (B v ) je pdorysný rozmr budovy rovnobžný (kolmý) se smrem (ke smru) psobícího vtru, h výška budovy nad uvažovanou stropní konstrukcí, viz obr. 3.0, I souet moment setrvanosti pln psobících betonových prez svislých ztužujících prvk; pro návrh stn lze použít tab. 3.1, F k souet všech (stálých i promnných) svislých charakteristických zatížení psobících na horní povrch uvažované stropní konstrukce, E cm základní modul pružnosti betonu podle EN [1], Objekty s betonovými skelety ztužené navíc stnami, rámovými výplnmi i jádry se v bžných pípadech navrhují do více než dvaceti podlaží. Tab. 3.1: Momenty setrvanosti I stny tloušky 0,10 m a délky L L [m],4 3,0 3,6 4, 4,8 5,4 6,0 6,6 7, I [m 4 ] 0,115 0,5 0,389 0,617 0,9 1,31 1,800,396 3, Pi orientaní návrhu svislých ztužujících prvk je teba zohlednit zejména tyto skutenosti: Vodorovná tuhost stn je ve smru kolmém k jejich tloušce mnohonásobn vtší než tuhost sloup. Nap. ohybová tuhost 500 sloup tvercového pr- ezu 0,4 m x 0,4 m je stejná jako tuhost betonové stny o délce 4 m a tloušce 0, m: 1 4 E 0,4 BC EIC 1 1 = =. (3.5) B EI 1 S S E 0, 4 1 Proto tuhosti sloup, píp. sloup spažených pílemi, se využívá pouze u nižších budov nebo v nkolika nejvyšších podlažích vyšších budov. Ztužující svislé prvky je nutno co nejvíce zatížit tak, aby výsledná normálová naptí od úink svislých stálých zatížení a vodorovných zatížení vtrem byla tlaková, a nikoliv tahová. Toto doporuení platí zejména pro zdivo, protože jeho únosnost v tahu je zanedbateln malá; navíc pi svislém odleh- ení vodorovné spáry zdiva se podstatn snižuje schopnost zdiva vzdorovat ve spáe vodorovným úinkm smyku. U ztužujících betonových prvk není vhodné aby beton byl porušen tahem (vznik trhlin), protože pi otevírání a zavírání trhlin (následkem zmn smru vtru) dochází ke zhoršení mechanickofyzikálních vlastností betonu. Je-li vodorovná tuhost ztužujících stn, rám s výplnmi nebo ztužujících jader podstatn vtší než vodorovná tuhost ostatních svislých prvk konstrukce v podlaží budovy, je vhodné uvažovat pro ztužení pouze prvky s dominantní tuhostí. Rozmístní dominantních ztužujících prvk po pdorysu ve všech podlažích musí být provedeno tak, aby nedocházelo ke zkrutu po výšce konstrukce. Prvky se tedy rozmísují tak, aby tžišt jejich ohybové tuhosti leželo pi- - 8 (78) -