Dřevěné konstrukce. Dřevo - od nepaměti. Zavedení výroby řeziva na pilách Výroba kovových spojovacích prostředků Lepené konstrukce

Transkript

1 Dřevěné konstrukce Dřevo - od nepaměti prosté přístřešky z větví kolové stavby srubové stavby hrázděné konstrukce Zavedení výroby řeziva na pilách Výroba kovových spojovacích prostředků Lepené konstrukce patent Otto Herzer 1901 v Plzni Kapsa - Műller (kaseinová lepidla) Zdokonalení výpočtů a návrhových pravidel Jediný obnovitelný zdroj materiálu Nosné konstrukce III 1

2 Jehličnaté stromy Smrk dorůstá výšky 60 m a tloušťky kmene do 2 m. Je u nás nejrozšířenější dřevinou vůbec. Dřevo má bez zřetelného jádra s dobře znatelnými letokruhy, dobře se zpracovává, je lehké, měkké, pružné a dobře štípatelné, mírně smolnaté, s pevně zarostlými suky. Barvy je žluté až žlutohnědé. Nosné konstrukce III 2

3 Jehličnaté stromy Jedle je podobného vzrůstu jako smrk, dřevo se zpravidla zaměňuje se smrkovým. Barva dřeva má šedý nádech, časem ve vlhku černá (např. nevhodné na podlahy), černé suky jsou vypadavé. Dřevo se hůře zpracovává, je méně trvanlivé a asi o 10% nižší pevnosti než smrkové. Nosné konstrukce III 3

4 Jehličnaté stromy Borovice dorůstá výšky 40 m a tloušťky až 1,2 m. Běl kmene je nažloutlá s načervenalým nádechem, jádro hnědé až červenohnědé. Jádro i běl jsou značně smolnaté. Dřevo je proti smrkovému tvrdší, houževnatější, těžší a jádro i trvanlivější, velké křídlaté suky však snižují především pevnost v ohybu. Nosné konstrukce III 4

5 Jehličnaté stromy Modřín má mohutné, téměř červenohnědé jádro. Z uvedených jehličnatých dřevin je modřín nejtvrdší, nejhouževnatější a nejtrvanlivější, s ohledem na nízký výskyt je jeho použití na konstrukce zanedbatelné. Nosné konstrukce III 5

6 Listnaté stromy Dub dorůstá výšky 20 až 30 m, tloušťky 1,2 až 1,8 m. Kmen má úzkou, nažloutlou běl, jádro je žlutohnědé. Dřevo je velmi tvrdé, dobře štípatelné, z našich dřevin nejtrvanlivější. Pro konstrukce se používá v omezené míře na podložky a podklady, hmoždíky, klíny apod, poměrně vysoká je i jeho cena. Nosné konstrukce III 6

7 Listnaté stromy Buk má načervenalé dřevo velmi pevné a pružné, s nižší trvanlivostí. Používá se jednak pro namáhané detaily jako dub, ale hlavně pro výrobu překližky. Nosné konstrukce III 7

8 Vlastnosti dřeva Dřevo je anizotropní látka - v různých směrech odlišné vlastnosti. Základní směry dány následující řezy: příčný (čelní) řez kolmo k vláknům, kolmo na osu kmene radiální (poloměrový) probíhající osou kmene tangenciální (tečný) řez rovnoběžně s osou mimo střed kmene. Směr a) rovnoběžný s vlákny, b) tangenciální kolmo na vlákna, c) radiální kolmo na vlákna Nosné konstrukce III 8

9 Objemová hmotnost Dřevo Objemová hmotnost kg/m 3 syrové suché podle ČSN suché nechráněné smrk jedle borovice modřín dub buk Objemová hmotnost závisí na druhu dřeva, vlhkost a lokalitě. Vlhkost dřeva podstatně ovlivňuje jeho vlastnosti, udává se v procentech váhy absolutně suchého dřeva. Z hlediska konstrukce rozlišujeme jednak chráněnou expozici (prostředí chráněné proti přímému působení vlhkosti, ve kterém vlhkost dřeva nepřekročí 18 %), jednak nechráněnou expozici s absolutní vlhkostí vyšší. Nosné konstrukce III 9

10 Moduly pružnosti Druh dřeva Moduly pružnosti dřeva podle způsobu namáhání [Mpa] tlak a tah rovnoběžně tlak kolmo na smyk rovnoběžně s vlákny, ohyb E II vlákna E T s vlákny G II jehličnaté dub a buk Nosné konstrukce III 10

11 Mechanické vlastnosti Mechanické vlastnosti vyjadřují chování materiálu při působení síly. Stanovují se zkouškami na normových vzorcích za určitých podmínek (teploty, vlhkosti, rychlosti zatěžování) vždy s ohledem na orientaci vláken. Z výsledků zkoušky - pracovního diagramu - se stanovují především modul pružnosti, mez pevnosti a mez úměrnosti. Mechanické vlastnosti jsou ovlivněny řadou podmínek a to zejména: - konstrukčním rozměrem - s většími rozměry klesají hodnoty mechanických vlastností; - objemovou hmotností, s jejím nárůstem se zvyšují i mechanické vlastnosti; - kazy dřeva - snižují zejména pevnost v tahu; - teplotou - konstrukce do C, při vyšší teplotě nižší pevnost, při nižší teplotě dřevo křehčí; - zvyšováním rychlosti zatěžování roste i pevnost; - trváním zatížení - s délkou trvání klesá pevnost a blíží se tzv. "trvalé pevnosti dřeva". Nosné konstrukce III 11

12 Sortiment materiálu -řezivo Konstrukční dřevo a) kuláč, b) polokuláč, c) polštář, d) poval, e) polohraněný trám, f) trám, g) hranolek, h) lať, i) lišta, j) prkno, k) fošna Nosné konstrukce III 12

13 Rozměry omítaného deskového řeziva Délka l [mm] Šířka b [mm] Tloušťka t [mm] , , 38, 45, Nosné konstrukce III 13

14 Rozměry jehličnatého hraněného řeziva Délka l [mm] Šířka b [mm] Tloušťka t [mm] 75, , 120, , 140, , 160, , 180, , Nosné konstrukce III 14

15 Rozměry jehličnatých latí a lišt Délka l [mm] Šířka b [mm] Tloušťka t [mm] 18, 24, 32, , 32, 38, 45, , 38, , , 24, 32, Nosné konstrukce III 15

16 Hmoty na bázi dřeva Nosné konstrukce III 16

17 Navrhování I Metodika navrhování - metoda mezních stavů podle ČSN EN 1990 Eurokód: Zásady navrhování konstrukcí Kritéria pro návrh se rozdělují do dvou skupin: - mezní stavy únosnosti obsahuje kritéria, jejichž splnění je podmínkou pro zajištění únosností konstrukce při maximálních (extrémních) definovaných účincích zatížení po dobu její životnosti - mezní stavy použitelnosti obsahuje kritéria vztahující se k provozním požadavkům na konstrukce za obvyklého zatížení. Nosné konstrukce III 17

18 Navrhování II ČSN EN 1995 Eurokód 5: Zásady navrhování konstrukcí Část 1-1: Obecná pravidla Společná pravidla a pravidla pro pozemní stavby Část 1-2: Obecná pravidla Navrhování konstrukcí na účinky požáru Část 2: Mosty Nosné konstrukce III 18

19 Charakteristické hodnoty pro konstrukční dřevo podle ČSN EN 338 Nosné konstrukce III 19

20 Posouzení metodou dílčích součinitelů Návrhová hodnota vlastností materiálu návrhová hodnota X d pevnostní vlastnosti návrhová tuhostní vlastnost Návrhová hodnota odolnosti Nosné konstrukce III 20

21 Dílčí součinitele γ M pro vlastnosti materiálů a únosnosti Základní kombinace: Rostlé dřevo 1,30 Lepené lamelové dřevo 1,25 LVL, překližovaná deska, OSB 1,20 Třískové desky 1,30 Vláknité desky tvrdé 1,30 Vláknité desky středně tvrdé 1,30 Vláknité desky, MFD 1,30 Vláknité desky měkké 1,30 Spoje 1,30 Kov. desky s prolisovanými trny 1,25 Mimořádné kombinace: 1,00 Nosné konstrukce III 21

22 Třídy trvání zatížení Třída. trvání Řád souhrnného trvání Příklady zatížení zatížení charakteristického zatížení Stálé déle než 10 let vlastní tíha Dlouhodobé 6 měsíců až 10 let skladové zatížení Střednědobé 1 týden až 6 měsíců užitné zatížení stropů, sníh Krátkodobé méně než 1 týden sníh, vítr Okamžikové vítr, mimořádná zatížení Nosné konstrukce III 22

23 Třídy provozu. Třídy provozu Třída provozu 1 Třída provozu 2 Třída provozu 3 Definice podmínek Vlhkost materiálů odpovídající teplotě 20 C a relativní vlhkosti okolního vzduchu přesahující 65% pouze po několik týdnů v roce Vlhkost materiálů odpovídající teplotě 20 C a relativní vlhkosti okolního vzduchu přesahující 85% pouze po několik týdnů v roce Klimatické podmínky vedoucí k vyšší vlhkosti než ve třídě provozu 2 Poznámka : Ve třídě provozu 1 nepřesahuje průměrná vlhkost u většiny jehličnatých dřevin 12%, ve třídě provozu 2 nepřesahuje 20%. Nosné konstrukce III 23

24 Vliv třídy provozu a délky trvání zatížení na únosnost - k mod Materiál Norma Třída provozu Třída trvání zatížení Rostlé dřevo EN ,60 0,70 0,80 0,90 1,10 2 0,60 0,70 0,80 0,90 1,10 3 0,50 0,55 0,65 0,70 0,90 Lepené lamelové dřevo EN ,60 0,70 0,80 0,90 1,10 2 0,60 0,70 0,80 0,90 1,10 3 0,50 0,55 0,65 0,70 0,90 Výběr hodnot neuvedeny hodnoty pro hmoty na bázi dřeva OSB, LVL, překližky, DVT atd. Nosné konstrukce III 24

25 Vliv trvání zatížení a vlhkosti na deformace - k def Materiál Norma Třída provozu Rostlé dřevo EN ,60 0,80 2,00 Lepené lamelové dřevo EN ,60 0,80 2,00 Výběr hodnot neuvedeny hodnoty pro hmoty na bázi dřeva OSB, LVL, překližky, DVT atd. Konečné průměrné hodnoty modulů pružnosti Nosné konstrukce III 25

26 Dostředně tažený prvek kde N d A nt σ t,0,d f t,0,d f t,0,k k mod γ M je osová síla od účinků návrhové hodnoty zatížení, plocha oslabeného průřezu tahové napětí v průřezu, vyvolané účinkem návrhové hodnoty zatížení návrhová pevnost v tahu podél vláken charakteristická hodnota pevnosti materiálu součinitel vlivu trvání zatížení a třídy provozu součinitel spolehlivosti materiálu Nosné konstrukce III 26

27 Dostředně tlačený prvek kde N d A σ c,0,d f c,0,d f c,0,k k mod γ M je osová síla od účinků návrhové hodnoty zatížení, plocha průřezu tlakové napětí v průřezu, vyvolané účinkem návrhové hodnoty zatížení návrhová pevnost materiálu v tlaku podél vláken charakteristická hodnota pevnosti v tlaku součinitel vlivu trvání zatížení a třídy provozu součinitel spolehlivosti materiálu Nosné konstrukce III 27

28 Dostředně tlačený prvek vzpěrný tlak kde N d A σ c,0,d f c,0,d k c je osová síla návrhové hodnoty zatížení, plocha průřezu tlakové napětí vyvolané účinkem návrhové hodnoty zatížení návrhová pevnost materiálu v tlaku podél vláken součinitel vzpěrnosti pro příslušný směr vybočení Nosné konstrukce III 28

29 Dostředně tlačený prvek vzpěrný tlak kde λ y = l ef /i štíhlost prutu pro vybočení ohybem kolem osy y, E 0,05 hodnota 5% kvantilu modulu pružnosti rovnoběžně s vlákny σ c,0,d tlakové napětí vyvolané účinkem návrhové hodnoty zatížení f c,0,k charakteristická pevnost v tlaku podél vláken součinitel 0,2 pro rostlé, 0,1 pro lamelové dřevo β c Nosné konstrukce III 29

30 Ohyb kde M d je ohybový moment od účinků návrhové hodnoty zatížení v odpovídající kombinaci, W průřezový modul v rovině ohybu nosníku σ m,d napětí v krajních vláknech průřezu od ohybu f m,k charakteristická hodnota pevnosti v ohybu γ M součinitel spolehlivosti materiálu U vysokých a štíhlých ohýbaných nosníků je nutné posoudit klopení, pokud není tlačená část průřezu zajištěny proti klopení. Nosné konstrukce III 30

31 Smyk za ohybu kde Q d je posouvající síla od účinku návrhové hodnoty zatížení v odpovídající kombinaci S statický moment připojované části I moment setrvačnosti průřezu b šířka průřezu v posuzovaném místě τ d napětí vyvolané smykem za ohybu f v,k charakteristická hodnota pevnosti ve smyku γ M součinitel spolehlivosti materiálu Nosné konstrukce III 31

32 Posouzení použitelnosti Největší průhyb od účinků charakteristických hodnot zatížení nesmí překročit mezní hodnotu, danou pro určitý prvek v tabulce, kde je w net,fin čistý konečný průhyb, w inst okamžitý průhyb, w creep průhyb od dotvarování, nadvýšení, pokud se použije. w c Nosné konstrukce III 32

33 Mezní hodnoty průhybů nosníků w inst w net, fin w fin Prostý nosník l/250 až l/350 l/150 až l/300 Vykonzolované nosníky l/150 až l/250 l/125 až l/175 l/75 až l/150 Nosné konstrukce III 33

34 Tesařské spoje Nosné konstrukce III 34

35 Kovové spojovací prostředky a) hřebíky stavební, zkroucený, kroužkovaný, b) vruty, c) sponka, d) svorník, e) kolíky, f) tesařská skoba, g) Tuschererův kroužek, h) typy desek s trny, i) různé hmoždíky Nosné konstrukce III 35

36 Použití Hřebíkové spoje a) jedno, b) dvoustřižné Použití spojovacích desek s prolisovanými trny Nosné konstrukce III 36

37 Spojovací prvky z plechu Nosné konstrukce III 37

38 Lepené spoje Zásady skladby lepeného lamelového prvku Lepené spoje lamel a) úkosový spoj b) tupý sraz c) zazubený spoj Nosné konstrukce III 38

39 Znehodnocení dřevěných konstrukcí Nosné konstrukce III 39

40 Ochrana dřevěných konstrukcí Nosné konstrukce III 40

41 Trvanlivost dřeva Druh dřevin A) Dřeviny velmi trvanlivé: dub, kaštan, jilm, habr, akát, modřín B) Dřeviny prostřední trvanlivosti: borovice C) Dřeviny málo trvanlivé: jasan, bříza, lípa, smrk, jedle, javor, vrba, topol Ve styku s půdou Oddělené od půdy pod otevřenou oblohou v prostorách suchých a větraných Ponořené stále do sladké vody méně než 50 Nosné konstrukce III 41

42 Nosné konstrukce III 42

43 Tlačené prvky Pruty a) celistvého průřezu, b) složený, c) členěný s neprůběžnými d) průběžnými vložkami, e) příhradový Nosné konstrukce III 43

44 Trámové rošty Trámové rošty spojené a) skobami, b) zazubením, c) svorníky, d) dřevěnými hmoždíky, e) hmoždíky Bulldog, f) destičkami Nosné konstrukce III 44

45 Sbíjené nosníky Sbíjené nosníky a) jednoduchého průřezu, b) se stěnou ze zkřížených prken Nosné konstrukce III 45

46 Lepené lamelované nosníky a) vaznice, b) vazníky Nosné konstrukce III 46

47 Vyztužené nosníky a) uložení výztuže, b) schéma výroby nosníku s předpínanou výztuží, c) účinek předpínací výztuže, d) lomené nosníky s průběžnou předpínací výztuží Nosné konstrukce III 47

48 Lepené vaznice a stropnice Nosné konstrukce III 48

49 Skříňové vazníky Lepené nosníky se stěnou na bázi dřeva Nosné konstrukce III 49

50 Příhradové nosníky Tvary příhradových nosníků Nosné konstrukce III 50

51 Konstrukční řešení styčníků a) sbíjený, b) se svorníky, c) s hmoždíky Bulldog, d) s deskami s trny, e) lepené s překližkami, f) s ocelovými deskami Nosné konstrukce III 51

52 Příklady Hromadně vyráběné příhradové nosníky (Německo) Kombinované nosníky a) Howe- Žuravského, b) systém STT (Švédsko), c) nosníky s ocelovými vzpínadly, d) systém Polonceau Nosné konstrukce III 52

53 Oblouky Oblouky a) L'Orme, b) Emyho, c) sbíjené, d) lamelové, e) příhradové Nosné konstrukce III 53

54 Rámy Dřevěné rámy a) sbíjené, b) lamelové, c) skříňový, d) smíšený, e) příhradový Nosné konstrukce III 54