Konstrukce s převažujícím ohybovým namáháním

Transkript

1 Konstrukce s převažujícím ohybovým namáháním

2 Statické působení konstrukcí s převažujícím ohybovým namáháním Účinek zatížení a svislé reakce na oddělené části vyvolává ohybový moment M, který musí být v rovnováze s ohybovým momentem M(x) v průřezu

3 Obecný princip - ohýbaná konstrukce dvojice sil na rameni daném výškou průřezu dva pásy nestačí - nezbytné je smykové spojovací prostředí smykové spojovací prostředí příhradové (příhradový nosník) rámové příčle (Vierendeelův nosník) smykové (plnostěnný nosník)

4 Vliv spřažení průřezu na tuhost a únosnost průřezu

5 Statická účinnost ohýbané konstrukce

6 Statická účinnost deskové konstrukce v závislosti na rozponu schopnost desky přenášet zatížení klesá nepřímo úměrně rozponu

7 Snížení vlastní hmotnosti jednosměrně pnutých ohýbaných konstrukcí snížení vlastní hmotnosti materiálu odhlehčení jádra průřezu (jádro přenáší převážně smyk) integrovaná pěna deska s otvory sendvičový panel T průřez, I průřez vícestupňová konstrukce a) deska lehčená v celé tloušťce, b) deska s lehčeným jádrem, c) deska s otvory, d) sendvičová konstrukce, e) T - průřez

8 Snížení vlastní hmotnosti dvousměrně pnutých ohýbaných konstrukcí homogenní deskové konstrukce roštové nosníkové konstrukce strukturální desky Pozn: obousměrně pnuté ohýbané konstrukce jsou uvedeny v přednášce zabývající se konstrukcemi s prostorovým působením

9 Konstrukční varianty konstrukcí s převažujícím ohybovým namáháním Jednostupňové konstrukce (deskové, lomenicové a skořepinové) Vícestupňové konstrukce (vazníkové)

10 Bezvazníkové konstrukce Jednostupňové soustavy tvořené jedním konstrukčním prvkem železobetonové dutinové železobetonové TT panely prizmatické lomenice lomenice vyztužené horizontální deskou skořepinové dílce (HP skořepiny) sendvičové profilovaný plech + PUR jádro sendvičové dřevěné desky

11 Železobetonové předepjaté dutinové panely výška mm použitelnost pro rozpony do 14 m (dle zatížení) pro halové systémy pro 2 a 3 stupeň konstrukce /

12 Železobetonové předepjaté TT panely

13 Profily nosníkových prvků konstrukční přechod mezi deskovými a vazníkovými soustavami spřažení betonové desky a žeber předepjatá konstrukce desky a žeber

14 Dotvarování soustav s plošnými nosníkovými dílci dotvarování betonu způsobuje navýšení dílců riziko porušení střešní tabule

15 Dotvarování soustav s plošnými nosníkovými dílci opatření: stejně staré dílce spojování dílců

16 Prizmatické lomenice velké rameno vnitřních sil (dané konstrukční výškou) účinná stabilizace proti vybočení (vodorovná tuhost stěny a spojení s taženou částí) výhoda oproti vysokému nosníku uložení na čelní desku nebo vložená čela

17 Příklady řešení

18 Hyperbolicko-parabolické skořepinové dílce

19 Vliv tvaru příčného řezu na statickou účinnost

20 Sendvičové konstrukce staticky účinný průřez, tepelně izolační jádro (EPS, PUR,..) rozpon do 13,5 m (Kingspan)

21 Vazníkové soustavy

22 Celkové schéma a prvky vazníkové soustavy Uspořádání systému dvoustupňový systém vazník, panel třístupňový systém vazník, vaznice, panel Opěrný systém sloupy sloupy + průvlaky podélné nosné stěny (zdivo, beton)

23 Vlastnosti vazníkových soustav Vazníkové soustavy jsou výrobně jednoduché (výroba, doprava i montáž) Oproti ostatním systémům (tlačené, tažené, rámové) se vyznačují menší statickou efektivností Příčné stability se dosahuje vetknutím sloupů (je nutné dostatečné svislé přitížení)

24 Statické působení vazníku Vazník působí jako prostý nosník podepření na sloupech se uvažuje vodorovně netuhé Jedná se o staticky určitou konstrukci s malou citlivostí vůči vynuceným deformacím od poklesu podpor, teplotních změn apod. Vnější svislé zatížení je přenášeno dvojicí sil působící v tažené a tlačené části vazníku. Velikost působících (tlakových, tahových) sil je dána výškou vazníku Vysoké vazníky ale spotřebují více materiálu na smykové spojovací prostředí (diagonály, stojina, příčle) a také jsou více citlivé na vybočení tlačené části z roviny vazníku

25 Optimalizace tvaru vazníku efektivní tvar nosníku vychází z vnějšího ohybového momentu hospodárnosti se dosahuje tvarem odpovídajícím ohybovému namáhání vhodnou výškou vazníku odstupňování pásových průřezů

26 Optimalizace průřezu nosníku efektivnost průřezu závisí na poměru průřezového modulu a plochy (únosnosti a ceny) statická účinnost průřezu vyjadřuje efektivnost využití materiálu průřezu pro ohybová namáhání statická účinnost je dán poměrem mezi délkou jádrové úsečky (c=w/a) a výškou průřezu h

27 Zakřivené vazníky charakter namáhání zakřivené konstrukce závisí na způsobu jejího podepření zakřivená konstrukce podepřená jako prostý nosník má i obdobný charakter namánání (nebráná-li podepření vodorovnému posuvu, nemůže vznikat ani vodorovná síla a vnější zatížení je přenášeno ohybovými účinky)

28 Stabilita vysokých vazníků horní pásnice vysokých vazníků je namáhána tlakovými napětími a proto je třeba ji stabilizovat proti vybočení ve vodorovném směru A. stabilizace vlastní ohybovou tuhostí B. stabilizace připojením ke střešnímu ztužidlu (vaznice, rozpěry) C. stabilizace tuhou střešní tabulí D. stabilizace připojením k tažené pásnici sousedního vazníku E. stabilizace v rámci prostorově působícího vazníku F. stabilizace prizmatické lomenice 1 horizontálně tuhá horní část vazníku, 2- střešní příhradové ztužidlo, 3 rozpěry nebo vaznice, 4- tuhá stropní tabule (propojené panely,..), 5-rozpěry

29 Příčná tuhost vazníkových soustav pro ztužení soustavy lze aplikovat princip branky A ztužení běžných vazeb vetknutím do patky B ztužení kloubově podepřených vazeb tuhou střešní tabulí opřenou do tuhého štítu 1 - běžná vazba s vetknutými sloupy, 2- tuhá střešní tabule, 3- tuhý štít (stěna, ztužidlo)

30 Tuhost střešní tabule netuhá stropní tabule (a) spolupůsobení v rámci vazby (b) spolupůsobení více vazeb (c) tuhá stropní tabule (d)

31 Ztužení vazníkové soustavy vetknutí sloupů do patky příčná tuhost vazníkové soustavy je zajištěna tuhostí jednotlivých vazeb vetknutím sloupu do patky patka je zpravidla pouze volně položena na základové půdě a proto musí být dostatečně přitížena (vlastní tíhou a tíhou konstrukce haly), aby v základové spáře nevznikalo tahové napětí

32 Ztužení vazníkové soustavy podepření vazníků na stěně příčná tuhost vazníkové soustavy je zajištěna pouze příčnou tuhostí stěny (zdivo, beton) zděná stěna musí být dostatečnou tlakovou rezervu (vlastní hmotností zastřešení a vlastní tíhou stěny) aby mohla přenášet tahová namáhání od větru poměr momentu od větru a normálové síly od vlastní hmotnosti závisí na šířce a výšce haly

33 Ztužení vazníkové soustavy tuhá stropní tabule opřená o štítové stěny podélná stěna přenáší hlavně svislé reakce zatížení větrem je přenášeno do stropní tabule opřené do štítových stěn 1 nosní průčelní stěna, 2- tuhá střešní tabule, 3- tuhá štítová stěna

34 Podélné ztužidlo ve střešní rovině ztužidlo zajišťuje spolupůsobení lokálně přetížených (A) či oslabených vazeb (B) 1- běžná vazba, 2- přetížená vazba (náraz vozidla, ráz jeřábu,..), 3- lokálně oslabená vazba, 4- podélné střešní ztužidlo

35 Obecný princip pojišťovna spolupůsobení umožňuje přenést zatížení lokálně přetíženého prvku nebo prvku lokálně oslabeného do ostatních vazeb

36 Varianty spolupůsobení příčných vazeb

37 Využití podélného ztužidla pro podepření podružných sloupů pro vynesení obvodového pláště u konstrukcí s větší vzdáleností hlavních vazeb lze podobně jako ve štítech pro podepření pláště použít podružné mezilehlé sloupy opřené do podélného ztužidla

38 Podélná tuhost vazníkových soustav

39 Štítové stěny vazníkové soustavy štítová stěna zpravidla vyžaduje umístění podružných sloupů pro uložení obvodového pláště varianta 1 štítová vazba je stejná jako vazba běžná, vložené sloupy připojeny posuvně varianta 2 štítová vazba je řešena nosníky uloženými na podružných sloupech první varianta umožňuje snadné jednodušší rozšíření haly v podélném směru

40 Příčné střešní ztužidlo Zatížení štítové stěny větrem je přenášeno do příčného střešního ztužidla, které zatížení přenese dále do podélný stěnových ztužidel nebo stěn (1. funkce) Příčné ztužidlo může také zajišťovat horní část vazníků vůči vybočení (2. funkce) 1- štítové sloupy podepírající obvodový plášť, 2- příčné střešní ztužidlo (přenáší reakci sloupů ve štítu), 3- stěnové podélné ztužidlo (podepírá střešní ztužidlo)

41 Konstrukční řešení příčného střešního ztužidla příčné ztužidlo je vodorovně položený nosník podepřený podélnými stěnovými ztužidly pásnice ztužidla jsou zpravidla tvořeny horními pasy vazníků, smykové propojení je tvořeno prutovými diagonálami nebo střešními panely A ztužidlo s tlačenými i taženými pruty, B- ztužidlo s dvojnásobnými diagonálami (tah či tlak podle orientace zatížení), C- ztužidlo s dvojnásobnými diagonálami (stabilizuje pouze střed vazníku), 1- tažená diagonála, 2- dvojnásobná diagonála, 3- dvojnásobná diagonála, 4- stěnové ztužidlo, 5 horní pás vazníku ve funkci tažené pásnice ztužidla, 6- horní pás vazníku ve funkci tažené pásnice ztužidla

42 Podélné stěnové ztužidlo svislé sloupy a střešní tabule jsou tyčové prvky tvořící nestabilní kinematický mechanizmus (A) k zajištění podélné tuhosti je třeba doplnit vazby normálové, momentové, smykové (viz princip branky ) A- neztužená sestava, B- ztužidlo s obousměrně namáhanou diagonálou, C- ztužidlo se zdvojenými štíhlými diagonálami (aktivuje se tahová, tlaková vybočí), D- ztužidlo se dvěma diagonálami (tah, tlak), E- rámové ztužidlo s dvojnásobnou diagonálou, F- příhradové

43 Využití podélného střešního ztužidla pro stabilizaci tlačeného pásu vysokých vazníků

44 Využití svislého ztužidla pro stabilizaci tlačeného pásu vysokých vazníků

45 Vazníkové haly na bázi dřeva

46 Plnostěnné vazníky na bázi dřeva a) vazník spřažený z hranolů, b) vazník sbíjený z hranolů, c) vazník sbíjený z fošen a prken

47 Plnostěnné vazníky lepené přímopasový vazník, sedlový vazník, sedlový vazník se zakřiveným spodním pasem, sedlový vazník lomený, vazník s převislými konci a s náběhy, lomený vazník se střední částí sepnutou táhlem tvarování příčného řezu průřezy lepené z lamel, průřezy se stojinou z aglomerovaných desek, průřezy se stojinou z vlnitého plechy, průřez s vlepenou výztuží

48 Vlastnosti lepených konstrukcí Výhody: účinné tvarování průřezu dostatečná smyková tuhost požární odolnost možnost uplatnění různě kvalitních materiálů (okolo neutrálné osy) možnost vyztužení Nevýhody: cena materiálu cca 3-4x vyšší než běžné dřevo

49 Příhradové vazníky na bázi dřeva a) příhradový vazník s lepenými styčníky b) příhradový vazník sbíjený z prken c) příhradový vazník spojovaný kovovými hřebíkovými deskami d) materiálově kombinovaná soustava (vzpěradlo a vzpinadlo=inverzní systémy) e) materiálově kombinovaný sedlový vazník (vzpěradlo a dvě vzpinadla) 1-tlačný pás, 2-tažený pás, 3-tlačená diagonála, 4-tažená diagonála, 5-vyztuha uložení, 6-sloupek, 7-vzpěra, 8-táhlo

50 Řešení styčníků dřevěné příhradové konstrukce sbíjený styčník (a) styčník s ocelovými styčníkovými plechy s prolisovanými trny (b) styčník se svorníkem (c) lepený styčník s překližkovou deskou (d)

51 Řešení podpor uložení pomocí vložené styčníkové desky (a) uložení mezi ocelové příložky (b) uložení do upraveného zhlaví sloupu (c)

52 Vazníkové haly na bázi betonu

53 Plnostěnné vazníky na bázi betonu Sedlový vazník průřezu I, T (a) Pultový vazník (b) Přímopasý vazník průřezu I, resp. U (c) jednoduchá výroba Obloukový vazník s táhlem (d) staticky efektivní Sedlový vazník se stojinou vylehčenou otvory (e) dobrá prostupnost

54 Příhradové vazníky na bázi betonu o o o o o o o o o o o o Příhradový vazník sestavený z dodatečně spínaných prvků (a) Příhradový sedlový vazník z předem předepjatého betonu (b) Příhradový vazník s lomeným horním pasem z předepjatého betonu (c) Styčníky vazníků

55 Vazníkové haly na bázi oceli

56 Plnostěnné a prolamované vazníky na bázi oceli o Přímopasový vazník z válcovaných, resp. tenkostěnných za studena tvar. průřezů (a) Přímopasový vazník složený z válcovaných průřezů (b) Přímopasový prolamovaný vazník (c) Pultový resp. sedlový vazník svařený z širokých pásových ocelí (d, e) Výroba prolamovaných nosníků

57

58 Příhradové vazníky na bázi oceli o přímopasový (a), o pultový (b) o sedlový přímopasový (c) o sedlový přímopasový s taženými diagonálami (d) o sedlový s taženými diagonálami (e) o sedlový s podružnými pruty (f) o sedlový s úpravou pro světlík (d,h) o pultový s různoběžnými pasy (i, j) o sedlový s parabolickým spodním pasem (k) o girlandový s táhlem (l) o sedlový s táhlem (m) o sedlový prostorový s předpínacími lany (n) o obloukový (o)

59 Styčníky ocelových příhradových vazníků o svařovaný styčník se styčníkovým plechem o napojení vzpěrkové vaznice k příhradovému nosníku Napojení diagonál na dolní pas: o s provedením prostorového řezu o zploštěním konců a svařením

60 Podepření ocelových vazníků Řešení podporového kloubu u příhradových vazníků: uložení trubkového vazníku (a) o uložení vazníku z válcovaných profilů (b) uložení vazníku z tenkostěnných profilů (c)

61 Příklady

62

63

64

65

66

67

68

69

70

71