České vysoké učení technické v Praze Fakulta stavební

Transkript

1 Jednotný programový dokument pro cíl 3 regionu (NUTS2) hl. m. Praha (JPD3) Projekt DALŠÍ VZDĚLÁVÁNÍ PEDAGOGŮ V OBLASTI NAVRHOVÁNÍ STAVEBNÍCH KONSTRUKCÍ PODLE EVROPSKÝCH NOREM Projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem (ESF), státním rozpočtem České republiky a rozpočtem hlavního města Prahy. České vysoké učení technické v Praze Fakulta stavební

2 Dřevo Vzhled/Konstrukční vlastnosti /Trvanlivost Vzhled Kresba a barva Vady Rozměrová stabilita & emc% Konstrukční vlastnosti Významné např. pevnost a tuhost Funkčnost např. rozměrová stabilita - sesychání a bobtnání/emc Přímost- zborcení Trvanlivost Biologické ohrožení Přirozená trvanlivost / ochrana

3 Vlhkost v buňkách dřeva 100% Rostoucí strom Nevysušené dřevo Částečně vysušené dřevo 25% Vysušené dřevo 15% Nasycení vláken volná voda vázaná voda odstraněná vázaná voda

4 Trvání zatížení - Dotvarování Tuhost: Dotvarování (přídavná deformace od zatížení) funkce pohybu vlhkosti, velikosti a trvání zatížení objeví se u všech zatížení modelováno součinitelem dotvarování Spirálovitá vlákna Přímá vlákna Dotvarování důležité pro architekty a inženýry při stanovení mezních deformací

5 Trvání zatížení - Ztráta pevnosti Pevnost: s růstem doby trvání a velikosti zatížení se snižuje pevnost modelována pomocí modifikačního součinitele funkce trvání extrémů zatížení v průběhu životnosti konstrukce různé kombinace zatížení mají rozdílné trvání účinků zatížení Krátkodobé 1.5 Okamžikové 1 k mod 0.5 (Všechny kompozity se takto chovají) sec 5 min 5 hrs 5 day 5 mth 50 yr Trvání zatížení

6 Produkceřeziva příčné podélné ve směru tloušťky Stromy jsou předepnuty Řezáním prken z kmenů se uvolní vnitřní napětí a nastane pomalá změna tvaru řeziva Ohnuté stromy vykazují velký odklon vláken šroubové podélné ve směru šířky Výrobci minimalizují problémy kvalitním řezáním kontrolou kvality - tříděním

7 Suky diskontinuita vláken na okraji odklon vláken na okraji většinou redukce pevnosti a tuhosti Přirozené vady dřeva Pryskyřičné kapsičky ztráta spojení napříč vláken menší pevnost ve smyku a tuhost Trhliny menší spojení napříč vláken snížení pevnosti ve smyku a tuhosti Dřeň a jádrové dřevo obsahuje slabé juvenilní dřevo Reakční dřevo tlakové dřevo

8 Průkazné zkoušky k s 1,0 0,9 0,8 0,7 0,6 0 A ČSN EN 384 ČSN EN 408 S0 = S13 SΙ = S10 SΙΙ = S B Modul Způsob namáhání Ohyb Tah Tlak Smyk Modul pružnosti E pružnosti G Hustota fm,k ft,0,k ft,90,k fc,0,k fc,90,k fv,k E0,me an E0,05 E90,m ean E90,05 Gmea n G05 ρ k S ,3 22 5,1 2, Třída konstrukčního dřeva podle ČSN Jehličnaté dřeviny (smrk, jedle, borovice, modřín) SΙ ,3 20 5,1 2, SΙΙ ,3 17 4,6 1, Listnaté dřeviny (dub, buk, jasan) SΙ ,

9 Vyšetřování vlastností dřeva Malá bezvadá tělíska - data vystihují pouze pevnost dřevní hmoty pro konstrukční dřevo musíme redukovat pevnost s ohledem na růstové vady Konstrukční tělesa řezivo konstrukčních rozměrů při reálných podmínkách zatížení Konstrukční dřevo pevnost v tahu < pevnost v tlaku tahové poruchy - třískové, křehké, náhlé, hlasité tlakové poruchy - záhybové, duktilní, vleklé, nehlučné

10 Vizuální třídění ČSN (idt DIN ) splňuje podmínky ČSN EN 518 třídy S7, S10 a S13 ČSN EN 338 ( C22, C24 atd.) ČSN EN 1912 (S10 = C24)

11 Příklad měření Těleso ρ 12 [kg/m 3 ] Suk poměr [mm/mm ] Tloušťka letokruh [mm] Odklon vláken [mm/m] E stat [MPa] f m [MPa] ,17 0,88 42, , ,22 1,43 2, , ,22 1,59 19, , ,26 2,65 27, , ,24 1,80 14, , ,12 1,00 14, , ,30 1,51 43, , ,10 1,45 44, , ,30 3,72 60, , ,25 3,53 59, , ,20 2,10 15, ,88

12 Vliv kritérií třídění % ,6 93,8 96,3 95,5 6,9 6,3 15 9,1 3,4 3,7 0 2,3 Suk Odklon vláken Tloušťka let. A B C Průměr

13 Četnost tříd pevnosti ,2 % ,5 31,2 C16 C ,5 1,6 A B C Průměr C27

14 Strojní třídění

15 Nedestruktivní zkoušky Vlhkost Penetrace Vytažení vrutu Ultrazvuk Ozvučení

16 Příklad použit ití nedestruktivní zkoušky ky Ultrazvuk Tlaková vlna

17 Porovnání pevností dřeva v ohybu Třídy podle ČSN idt DIN (Třídy podle ČSN ) Pevnost podle ČSN P EN a ČSN P EN [MPa] Hustota [kg/m 3 ] Pevnost výpočet [MPa] Pevnost zkouška [MPa] S 10 (SΙ) ,983 40,04 S 10 (SΙ) ,221 41,50 S 13 (S0) ,282 49,37 S 10 (SΙ) ,040 50,90 S 13 (S0) ,775 55,41 S 13 (S0) ,395 77,22

18 Nelineárn rní chování dřeva Zplastizování tlačeného okraje nosníku

19 Bilineární pracovní diagram konstrukčního dřeva namáhaného ohybem

20 Hodnoty pevností dřeva v ohybu f m, tahu f t, tlaku f c, tahu za ohybu f t,m a tlaku za ohybu f c,m v MPa f m f t f c podle rovnic (1) a (2) podle rovnic (3) a (4) f t,m f c,m f t,m f c,m

21 Materiály na bázi dřeva paralelní / prutové vícesměrné / plošné Kulatina Deskové řezivo (prkna, fošny) Hraněné řezivo (hranoly) Řezivo LEPENÉ PRVKY (Duo/Trio, Duomax/Triomax) Řezivo LEPENÉ LAMELOVÉ DŘEVO LAŤOVKA 3-, 5- a 7-vrstvé desky Dýhy VRSTVENÉ DŘEVO PŘEKLIŽKY Podélné velké třísky Parallam Třísky TŘÍSKOVÉ DESKY (Štěpky) OSB Třískové desky Třískové desky spojované cementem nebo sádrou Dřevěná vlna / Vlákna měkké) Vláknité desky (tvrdé, polotvrdé, střední hustoty (MDF),

22 Výrobky ze dřeva s omezením velikosti průřezu Výrobky ze dřeva s rozšířenými možnostmi velikosti průřezu Řezivo Lepené lamelové dřevo Nastavené řezivo Lepené lamelové dřevo Délka už není závislá na původní surovině

23 Druhy dřevin: Vlhkost dřeva: Jehličnaté dřeviny: Smrk Jedle Listnaté dřeviny: Borovice Buk Modřín Dub Douglaska Jasan Akát Kaštan jedlý Dřevo na nosné konstrukce má být zabudované suché s hodnotou průměrné vlhkosti < 20%. Aby se zabránilo tvoření výsušných trhlin, má být hodnota vlhkosti zabudovaného dřeva taková, jaká bude v konstrukci.

24 Třídění dřeva: Třídění podle: Pevnosti (nosné konstrukce) Vzhledu (truhlářská výroba) vizuální třídění - sklon vláken (lokální, globální) - sukovitost - šířka letokruhů strojní třídění - modul pružnosti v ohybu E, příp. dynamický modul E / rychlost ultrazvuku - sukovitot - hustota

25 Spojování po délce Dvojnásobné využití: Vyloučení vad dřeva Výroba potřebných délek (použití lepidla typu I alebo II podle EN 301:1992) Geometrie zubovitého spoje a jeho výroba viz EN 385:2001 l l t p b t

26 Zubovitý spoj musí splňovat následující požadavky: Pevnost v tahu Pevnost v ohybu f t,j,k 5 + f t,0,l,k f m,j,k f t,0,l,k

27 Bezchybné zajištění kvality online prostřednictvím proof loading Každý prut je zkoušený na definovanou pevnost: proof level tuhost: střední hodnota modulu pružnosti E v tahu Protokol o zkoušce: Napětí při zkoušce: xx N/mm² Tuhost: xxxxx N/mm²

28 Princip proof loading Nastavení zařízení na: proof level : 7,0 N/mm² ( napětí v tahu pro S10) trvání proof loading : asi 15 sekund

29 Řez kmene latě / prkna,fošny lepené prvky vyso ká do 150 mm do 150 mm do 300 mm do 450 mm nízka do 400 mm do ~ 450 mm 500 až 600 mm Kvalita dřeva vyso ká nízka do 240 mm do 100 mm do 200 mm do 300 mm Systémový efekt 1,0 ~ 1,1 ~ 1,15

30 Lepené lamelové dřevo lepené nosníky homogénní lepené nosníky kombinované do 300 mm napr. 300 mm do 240 mm do 240 mm do 400 mm do 400 mm do 400 mm do 240 mm do 240 mm Větší hodnoty tuhosti do 450 mm

31 zubovitý spoj řezivo nekonečná lamela plošné slepení EN 14080:2000

32 Rozměry průřezů d d 30 mm listnaté dřeviny a modřín ~ 30 mm zakřivené prvky (závisí od poloměru zakřivení) = 40 mm přímé prvky běžné rozměry b 45 mm maximálna dovolená tloušťka lamely podle EN 386:1995 h b = 60 mm až 240 mm h = 100 mm až 600 mm l 18 m odstupňování: 20 mm odstupňování : 20 mm a 40 mm standard

33 Lepené lamelové dřevo-model nosníku Základní hodnoty pro lepené lamelové drevo Pevnost v ohybu a modul pružnosti v ohybu E zatřídění do pevnostní třídy podle EN 1194: pevnost v tahu jednotlivých lamel. Zkouška v ohybu nosníku z LLD Tahová zkouška lamely

34 Festigkeitsklasen-Trägermodel Lepené lamelové dřevo-model nosníku Třídy pevnosti podle EN 1194:1999 Pevnost v ohybu nosníku z LLD [N/mm²] GL42 BS 18 GL36 BS 16 GL32 BS 14 GL28 BS 11 GL N/USA A/CH A/CH A/CH 23,7 90/91 93/ ,7 S10 / MS10 f m,g,k : f t,0,l,k 32,3 29,8 35, Pevnost v tahu lamel [N/mm²] 36,9 41,5 S13 MS 13 MS 17 14,5 18,0 22,0 26,0 30,0 43,3 fm,g,k = 7 + 1,15* f t,0,l,k Colling / Falk, 1993 EN 1194:1999

35 Laťovka prkna (zbytky z lepených nosníků,jinak nevyužitelné prvky) tloušťka prkna : d=17 až 34 mm (40) poměr b:d 4:1 šířka prkna: b=80 až 240 mm lamela nosný zubovitý spoj profilované kónické paralelní lamely spojené zubovitým spojem

36 jednovrstvá jednovrstvá deska odstup nosný zubovitý spoj boční lepení podélných hran Plošné slepení jednovrstvých desek příčné vrstvy obvykle S7 až S13 podélné vrstvy obvykle S10 a S13 Šírka prvku okolo 3m Omezené možnostmi transportu a montáže, možné až do 4,8m vícevrstvá tloušťka desky 42 až 500 mm Délka prvku až do 16,5m s použitím zubovitého spoje možné až do 30m (transport)

37 OSB deska Závislost mechanických vlastností na orientaci desky a zatížení Vedejší osa příčně α Síla OSB umožňuje přenos zatížení v obou směrech (deskové působení) výrazná závislost mech. Vlastností (tuhost, pevnost) od směru zatížení: Hlavní osa podélně Síla α úhel mezi vlákny desky vnějších vrstev a směrem namáhání Při deskovém namáhání: L : Q ~ 2 až 2,5 : 1 Při stěnovém namáhání: L : Q ~ 1,3 : 1

38 Typické VLASTNOSTI desek OSB Vlastnosti v různých směrech a profil hustoty hustota [kg/m³] Střední vrstva vlivem výroby existují velké rozdíly hustoty krajních vrstev a střední vrstvy. tvrdé krajní vrstvy, měkké jádro. OSB je materiál na bázi dřeva s vysokou stabilitou rozměrů v rovině desky, určený zejména na namáhání ohybem k rovině desky.

39 PLATNÉ ČESK ESKÉ TECHNICKÉ NORMY PRO NAVRHOVÁNÍ DŘEV EVĚNÝCH KONSTRUKCÍ ČSN P ENV 1995: ČSN EN 1995: 2006 ČSN : 2007 (modifikovaná DIN 1052:2004)

40 HISTORIE ČSN 1052 (1929) ČSN 1052 (1941) ČSN (1950) ČSN (1969) ČSN (1983) Předpisy Předpisy Projektování (D.N.) Navrhování (M.S.) Navrhování (M.S.)

41 ČESKÉ TECHNICKÉ NORMY PRO DŘEVĚNÉ KONSTRUKCE materiály, zkoušky atd. ČSN např. ČSN (idt DIN ) ČSN EN např. ČSN EN 518, ČSN EN 338 ( C22, C24 atd.) ČSN EN 1912 (S10 = C24)

42 Historie vzniku Eurokódu založena komise W18 CIB pro sjednocení norem pro navrhování DK 1978 modelová norma Eurocode modelová norma publikována v ČR 1993, 1994, 1997 vydána ENV 1996, 1997, 1998 ENV publikována v ČR

43 ČSN EN Eurokód 5: Navrhování dřevěných konstrukcí Část 1-1: 1 1: Obecná pravidla Společná pravidla a pravidla pro pozemní stavby 123 stran

44 Obsah Národní předmluva 1. Všeobecně 2. Zásady navrhování 3. Vlastnosti materiálu 4. Trvanlivost 5. Základy analýzy konstrukce 6. Mezní stavy únosnosti 7. Mezní stavy použitelnosti 8. Spoje s kovovými spojovacími prostředky 9. Dílce a složené soustavy 10. Konstrukční zásady, provádění a kontrola Příloha A: Porušení blokovým a zátkovým smykem Příloha B: Mechanicky spojované nosníky Příloha C: Složené a členěné tlačené pruty Příloha D: Bibliografie Národní příloha

45 Rozdíly EN oproti ENV podrobnější škála dílčích součinitelů pro vlastnosti materiálu vyhraněnější použití různých hodnot modulů pružnosti možnost úpravy pevnosti v ohybu a v tahu součinitelem výšky, šířky a u LVL i délky podrobnější škála součinitelů dotvarování upravená pravidla pro kroucení, stabilitu prutů a nosníků, spolupůsobení prvků, lepené nosníky různých tvarů

46 upravená pravidla pro tlak kolmo k vláknům

47 upravená pravidla pro tah kolmo k vláknům

48 podrobnější pravidla pro stropní a stěnové deskové konstrukce

49 nová pravidla pro navrhování spojovacích prostředků kolíkového typu a prstencových a talířových hmoždíků

50 plastické chování kovových desek s prolisovanými trny Rezerva : cca 12% r τ M r τ M C C A ef A ef

51 blokový a zátkový smyk

52 PŘES 100 EN!!! ZHRUBA 45 SOUVISÍ PŘÍMO S EN Tvorba evropských norem je v rámci Evropské normalizační organizace CEN zajišťována těmito komisemi: TC 38 TC 112 TC 124 TC 175 TC 193 TC 250/SC 5 Trvanlivost dřeva a výrobků na bázi dřeva; Desky na bázi dřeva; ; Kulatina a řezivo; Lepidla; Eurokódy pro stavební konstrukce/.

53 EN :A1 1:A1 Eurokód 5: Navrhování dřevěných konstrukcí Část 1-1: 1 1: Obecná pravidla EUROPEAN STANDARD Společná pravidla a NORME EUROPÉENNE EUROPÄISCHE NORM pravidla pro pozemní stavby ICS ; EN :2004/A1 June 2008 English Version Eurocode 5: Design of timber structures - Part 1-1: General - Common rules and rules for buildings Eurocode 5: Conception et calcul des structures en bois - Partie 1-1 : Généralités - Rčgles communes et rčgles pour les bâtiments Eurocode 5: Bemessung und Konstruktion von Holzbauten - Teil 1-1: Allgemeines - Allgemeine Regeln und Regeln für den Hochbau This amendment A1 modifies the European Standard EN :2004; it was approved by CEN on 10 April CEN members are bound to comply with the CEN/CENELEC Internal Regulations which stipulate the conditions for inclusion of this amendment into the relevant national standard without any alteration. Up-to-date lists and bibliographical references concerning such national standards may be obtained on application to the CEN Management Centre or to any CEN member. 18 stran This amendment exists in three official versions (English, French, German). A version in any other language made by translation under the responsibility of a CEN member into its own language and notified to the CEN Management Centre has the same status as the official versions. CEN members are the national standards bodies of Austria, Belgium, Bulgaria, Cyprus, Czech Republic, Denmark, Estonia, Finland, France, Germany, Greece, Hungary, Iceland, Ireland, Italy, Latvia, Lithuania, Luxembourg, Malta, Netherlands, Norway, Poland, Portugal, Romania, Slovakia, Slovenia, Spain, Sweden, Switzerland and United Kingdom. EUROPEAN COMMITTEE FOR STANDARDIZATION C O MIT É EUROPÉE N D E N O R M A LI S A T I ON EUR O PÄI SCHES KO MITEE FÜR NOR MU NG Management Centre: rue de Stassart, 36 B-1050 Brussels 2008 CEN All rights of exploitation in any form and by any means reserved worldwide for CEN national Members. Ref. No. EN :2004/A1:2008: E

54 Rozdíly EN:A1 oproti EN nový seznam souvisejících evropských norem upřesnění rovnice pro konečné deformace u rostlého dřeva již není odkaz na kulatinu změna tab. 3.1 pro modifikační součinitel a tab. 3.2 pro součinitel dotvarování (upřesnění norem pro deskové materiály)

55 tlak kolmo k vláknům Rozdíly EN:A1 oproti EN a l l 1 l 1 l h h (a) σ c,90,d kc,90 fc,90,d b a l σ = c,90,d 1,25 1,5 (b) F c,90,d A ef b

56 smyk Rozdíly EN:A1 oproti EN b = k b ef cr k = 0,67 cr možná národní volba

57 Rozdíly EN:A1 oproti EN nově seřazeny rovnice (8.10) pro jednotlivé tvary porušení (c), (d) a (e) u hřebíků předvrtání nikoliv až od průměru překračujícího 8 mm, ale již 6 mm (mezní hustota bez předvrtání se nemění) částečně upraveny rozteče pro svorníky v tab. 8.4 částečně upravena možnost použití výpočetních vztahů pro hřebíky v případě sponek

58 Rozdíly EN:A1 oproti EN upravena pravidla pro osově zatížené vruty

59 Rozdíly EN:A1 oproti EN opraven odkaz na článek pro zjištění výztužné únosnosti stěnového panelu podle metody A opraveny části výpočtu pro zjištění výztužné únosnosti stěnového panelu podle metody B mírně upravena pravidla pro provádění spojů kde jsou použity vruty správně popsány odkazy na tvary porušení u rovnic (A.3) a (A.7) zátkového a blokového smyku a výpočtu složených a členěných prutů

60 Vzorové příklady Posouzení sloupu na vzpěr Posouzení prutu na vzpěr a ohyb Posouzení nosníku na ohyb a vzpěr Posouzení okapové vaznice na smyk a kroucení Posouzení čepu nosníku Návrh spoje pláště a sloupku stěny na vytažení Posouzení šikmého jednoduchého zapuštění Posouzení nosníku na průhyb Posouzení výztužné stěny Posouzení pultového nosníku Posouzení sedlového nosníku Posouzení zakřiveného nosníku Určení přípustného zatížení přípoje diagonály