Rámové konstrukce Konstrukce zastřešení namáhané převážně tlakem Vladimír Žďára, FSV ČVUT Praha 2012

Transkript

1 Rámové konstrukce

2 Ukázky rámových konstrukcí

3 Železobetonový rám - Henebique (1892)

4 Betonový předepjatý rám

5

6 Dřevěná rámová konstrukce Podle vazníky D.N.K s.r.o

7 Expo 2000 Hannover

8 Ocelová rámová konstrukce

9 Ocelová rámová konstrukce

10 Ocelový příhradový rám

11 Ocelový příhradový rám

12 Principy rámových konstrukcí

13 Uspořádání a prvky rámové soustavy Dvoustupňový systém rám, plošný prvek(panel) Trojstupňový systém rám, vaznice, plošný prvek (panel, pobití) Plnostěnné, příhradové rámy

14 Princip působení rámové konstrukce Konstrukce s působením převážně: ohybovým (nosník) tlakovým (lomený rám, oblouk) tahovým (visuté, zavěšené, pneumatické) Konstrukce se smíšeným působením rám, lomený rám

15 Rámová příčle jako pružně upnutý nosník Rámová příčle se chová jako pružně upnutý nosník Tuhost upnutí příčle závisí na tuhostech a délkách příčle a stojky

16 Vlastnosti rámových soustav Výhody: staticky efektivní (zmenšení momentů na příčlích) vyšší příčná tuhost (přenos vodorovných zatížení) Nevýhody: citlivost k vynuceným deformacím nutnost spojení v rámovém rohu a) průběh ohybových momentů od svislého rovnoměrného zatížení, b) průběh ohybových momentů od vodorovného rovnoměrného zatížení, 1- rámová příčle, 2- lomená rámová příčle, 3- krajní rámová stojka, 4- vnitřní rámová stojka, 5- převislý konec rámové příčle

17 Vynucené deformace rámových soustav Sedání a natočení podpor Oteplení horního pasu

18 Základní typy rámových konstrukcí Vetknutý rám bez vnitřních kloubů Dvou kloubový rám Trojkloubový rám Lomený rám Spojitý rám Vliv vnitřních kloubů u rámové konstrukce na vnitřní síly a vlastnosti rámu Klouby umožňují modifikovat vnitřní síly Snižují statickou neurčitost (menší citlivost na vynucené deformace) Umožňují snazší spojování prvků

19 Tvary rámových konstrukcí a) vetknutý rám, b) dvoukloubový rám se šikmými stojkami, c) trojkloubový lomený rám, d) rámová soustava s vloženou konstrukcí světlíku, e) konzolový rám s kyvnou stojkou, f) konzolový rám s úpravou vetknutí táhlem, g) rámová konstrukce s vloženou kyvnou stojkou a vzpěrkami, 1- rámová příčle, 2- rámová stojka, 3- kyvná stojka, 4- táhlo, 5- střední kyvná stojka, 6- obloukový rám, 7- podporový kloub, 8- vrcholový kloub, 9- rámový roh, 10-rámová konstrukce světlíku, 11- vzpěra

20 Vliv tuhosti dílčích částí rámové konstrukce na průběh ohybových momentů Náběhy rámových konstrukcí pasivní a aktivní působení náběhů Ohybová tuhost příčle a stojiny mezní stavy

21 Vliv tvaru rámu na rozdělení momentů na rámové konstrukci a) vliv sklonu rámové stojky a zalomení příčle, b) vliv zakřivení rámové příčle a sepnutí rámových rohů táhlem 1- táhlo

22 Předepnutí příčle a stojek a) předepnutí rámové příčle zakřiveným lanem, b) předpětí rámu táhlem ve spojnici podpor, c) předpětí rámové příčle a stojek zakřiveným lanem, 1- rámová příčle, 2- rámová stojka, 3- předpínací táhlo, 4- předpínací lano (kabel), 5- průběh ohybových momentů od svislého zatížení na rámu, 6- průběh ohybového momentu od předpětí, 7- průběh výsledného ohybového momentu

23 Předpětí rámu táhlem (v úrovni podpor) a) předepnutí rámové příčle zakřiveným lanem, b) předpětí rámu táhlem ve spojnici podpor, c) předpětí rámové příčle a stojek zakřiveným lanem, 1- rámová příčle, 2- rámová stojka, 3- předpínací táhlo, 4- předpínací lano (kabel), 5- průběh ohybových momentů od svislého zatížení na rámu, 6- průběh ohybového momentu od předpětí, 7- průběh výsledného ohybového momentu

24 Předpětí rámu táhlem (v úrovni rámových rohů)

25 Předepnutí rámové příčle přes rámový roh

26 Rámové konstrukce na bázi dřeva

27 Charakteristická řešení a) dvoukloubový plnostěnný rám z lepeného dřeva, b) dvoukloubový příhradový rám, c) trojkloubový plnostěnný rám z lepeného dřeva, d) trojkloubový plnostěnný rám z lepeného dřeva se zakřiveným rámovým rohem, e) trojkloubový plnostěnný rám z lepeného dřeva se svorníkovým spojením příčle a stojek, f) trojkloubový rám s plnostěnnou příčlí a materiálově kombinovanou členěnou stojkou, g) konzolový plnostěnný rám z lepeného dřeva s vloženým světlíkem, h) vícelodní lepený rám s kyvnými stojkami, 1- lepená rámová příčle, 2- lepená rámová stojka, 3- podporový kloub, 4- vnitřní kloub, 5- zakřivený rámový roh, 6- lepený rámový roh, 7- svorníkové spojení příčle a rámové stojky, 8- příhradová rámová příčle, 9- příhradová rámová stojka, 10- táhlo, 11- kyvná stojka, 12- plnostěnná konzola z lepeného dřeva, 13- vložený světlík

28 Průřezy dřevěných lepených rámů a b) obdélníkový plný průřez z lamel, c ) průřez "I" z lamel, d) skříňový průřez se stojinami z vodovzdorné překližky, e) průřez "I" z lamel se stojinou z vodovzdorné překližky, f) skříňový průřez se stojinami z vodovzdorné překližky

29 Charakteristické spoje lepené spoje (staticky tuhé) šroubované spoje (staticky poddajnější) popuštění a) rámový roh vytvořený zazubeným spojením, b) rámový roh vytvořený vlepením rohového prvku, c) rámový roh vytvořený spojením příčle a stojky svorníky, d) ohybově tuhé spojení rámové příčle a členěné stojky, e) rámový roh vytvořený zakřivenými lamelami, 1- lepená rámová příčle, 2- lepená rámová stojka, 3- zakřivený rámový roh, 4- zazubená lepená spára, 5- vložený prvek rámového rohu, 6, 7- pruty členěné rámové stojky, 8- svorníky, 9- zdvojená rámová stojka

30 Rámové konstrukce na bázi betonu

31 Železobetonové montované rámové soustavy a) rámová soustava se stykem v rámovém rohu, b) rámová soustava se stykem v místě nulového ohybového momentu na příčli, c) rámová vícelodní soustava pilového zastřešení, d) rámová soustava dvoupodlažní haly, e) vícelodní halová soustava, f) konzolový spínaný rám zastřešení tribuny, g) konzolový rám s kyvnou stojkou 1- rámová příčle, 2- vložená (zkrácená) rámová příčle, 3- rámová stojka, 4- rámová stojka s rámovým rohem, 5- montovaný styk rámového rohu, 6- montovaný styk rámové příčle, 7- vložený mezistrop, 8- vložené podpory mezistropu, 9- krajní rámová stojka s jednostrannou hlavicí, 10 - vnitřní rámová stojka s oboustrannou hlavicí, 11- lomená příčle, 12 - zakřivená příčle konzolového rámu, 13- kyvná stojka konzolového rámu, 14- vetknutý konzolový rám, 15- obrubní podélný nosník

32 Rámový roh železobetonového montovaného rámu a) šroubovaný styk rámového rohu s vertikální styčnou spárou, b) rámový roh se sférickou úpravou styčné spáry, c) šroubovaný styk rámového rohu s horizontální styčnou spárou, d) šroubovaný oboustranný styk rámového rohu se šikmou styčnou spárou 1- rámová příčle, 2- rámová stojka, 3- šroubové spojení, 4- svár stykových destiček, 5- vertikální styčná spára, 6- zazubená horizontální styčná spára, 7- otvor pro injektáž, 8- šikmá styčná spára, 9- hlavice stojky, 10- sférická úprava styčné spáry, 11- svařovaný spoj příložkou

33 Rámové konstrukce na bázi oceli

34 Tvarová a statická řešení rámových sestav na bázi oceli a) plnostěnný rám s lomenou příčlí, b) plnostěnný lomený rám s táhlem, c) konzolový plnostěnný rám, d) konzolový příhradový rám, e) rám s lomenou prolamovanou příčlí, f) rám s plnostěnnou stojkou a s lomenou příhradovou příčlí, g) příhradový lomený rám s kloubovým uložením stojek, h) ocelový plnostěnný rám pilové střechy 1- plnostěnná rámová stojka, 2- plnostěnná rámová příčle, 3- plnostěnná rámová příčle s náběhem, 4- vložený náběh, 5- příhradová rámová příčle, 6- příhradová rámová stojka, 7- rámová příčle prolamovaného průřezu, 8- plnostěnná konzola, 9- táhlo, 10- příhradová konzola, 11- lomená plnostěnná rámová příčle, 12- podélné ztužení (průvlak)

35 Příklady řešení rámových rohů na bázi oceli a úprava uložení stojek a) šroubovaný rámový roh se šikmou styčnou, b) svařovaný rámový roh s vloženou výztuhou, c) šroubovaný oboustranný rámový roh s vertikální styčnou spárou, d) oboustranný svařovaný rámový roh e) úprava vrcholového kloubu ocelového rámu, f) úprava rámového rohu v zalomení příčle, g) úprava uložení stojek, 1- rámová stojka, 2- rámová příčle, 3- výztuha, 4- šroubové spojení, 5- vaznice, 6- styková deska, 7- kotevní deska, 8- maltové lože, 9- kotevní šroub, 10- kotevní závlač

36 Obloukové konstrukce

37 Ukázky realizovaných konstrukcí

38 Výstavní pavilon A Brno (E. Králík, 1928)

39 Gateway arch (St. Louis, Missouri)

40 Hangáry na vzducholodě v Orly Francie (Freissynet, 1923) žebrovaná železobetonová skořepina, 75 m rozpětí

41 Předepnutý rákosový oblouk

42 Principy tlačených konstrukcí

43 Princip působení obloukové konstrukce Konstrukce s tlakovým působením

44 Rozklad vnitřních sil do výslednicové čáry P1 P2 P3 polygon of forces funicular polygon (curve) P1 H P2 P3

45 Vztah výslednicové čáry a tvaru oblouku P1 P2 P3 polygon of forces funicular polygon (curve) P1 H P2 P3

46 Vztah mezi výškou oblouku a velikostí vodorovné síly (vysoké oblouky) P1 P2 P3 polygon of forces funicular polygon (curve) P1 H P2 P3

47 Vztah mezi výškou oblouku a velikostí vodorovné síly (nízké oblouky) P1 P2 P3 polygon of forces funicular polygon (curve) H P1 P2 P3

48 Vztah tlačené a tažené konstrukce (inverzní princip) P1 P2 P3 polygon of forces funicular polygon (curve) P1 H P2 P3

49 Princip HUP CUK mechanizmus vhodný k vyvození velkých sil natáhnu lano (ocelové), příčně zatížím a dotáhnu...

50 Konstrukce s čistě tlakovým namáháním podmínkou čistě tlakového namáhání je soulad mezi výslednicovou čárou zatížení a tvarem střednice oblouku čistě ohybové namáhání nelze trvale zajistit vzhledem k proměnnosti zatížení H f M ( x) M( x) 0 Tvarování obloukové kosntrukce pro různá zatížení a) rovnoměrné zatížení po vodorovné (parabolický oblouk), b) rovnoměrné zatížení po délce konstrukce (řetězovka), zatížení poloviny oblouku (úsečka a parabola), dvě síly (polygon)

51 Stabilizace tlačených oblouků Stabilita obloukové konstrukce: v rovině oblouku (a) vzpěr prolomení (velmi nízká konstrukce) z roviny oblouku (b)

52 Vzpěrná délka obloukové konstrukce

53 Opatření k zajištění stability oblouku ve vlastní rovině zajištění stability zvýšením vlastní ohybové tuhosti tvarováním průřezu využitím cizí ohybové tuhosti spojení s ohybově tuhým prvkem táhly spojením čely, žebry apod

54 Hangár Itálie

55 Oblouková hala firmy Arch Global Most

56 Podélná tuhost obloukových soustav vlastní ohybovou tuhostí ohybovou tuhostí připojeného prvku a) zajištění tuhosti příhradovými prutovými ztužidly, b) zajištění tuhosti tuhými plošnými deskami, 1- oblouk, 2- vazničky, 3- diagonální ztužidla, 4- desky střešního pláště

57 Berlin Hauptbanhof efektivní tvarování oblouků s táhly snížením vrcholu oblouku a působením vlastní tíhy vznikne uprostřed kladný a na okrajích záporný moment zachycením tohoto momentu táhly lze docílit kombinované působení (tah+tlak) táhlo je trvale tažené

58 International Rail Terminal Waterloo London (Grimshaw 1988) vliv tvaru oblouku a polohy kloubu na napjatost (táhla a redukce reakce)

59 Působení kleneb

60 Principy zachycení vodorovných sil obloukových konstrukcí opěrné systémy uzavřené (a) opěrné systémy otevřené (b) opěrrné systémy spojité (c) výhody uzavřených a spojitých systémů vliv polohy oblouku na efektivnost podepření

61 Opěrné systémy obloukových konstrukcí halových objektů a) opěrná základová konstrukce, b) přitížení paty oblouku přístavkem (úprava směru reakce v podepření), c) opěrná konstrukce namáhaná osovými silami, d) alternativy opěrné konstrukce namáhané osovými silami, e) opěrná rámová konstrukce, f) zachycení vodorovné obloukové síly táhlem v úrovni základové konstrukce, g) zachycení vodorovné obloukové síly táhlem v úrovni zhlaví opěrné konstrukce 1- oblouk, 2- táhlo oblouku, 3- základová konstrukce, 4- opěrná rámová konstrukce, 5- sloupová podpěra, 6- přístavek, 7-táhlo, 8- vzpěra

62 Obloukové konstrukce na bázi dřeva

63 Dřevěné obloukové soustavy trojkloubový oblouk konstantního nebo proměnného lepeného průřezu l 100 m trojkloubový segmentový oblouk lepeného průřezu l 60 m dvoukloubový oblouk s táhlem, lepený průřez l f 0,1351 h l / 50

64 Dřevěné obloukové soustavy trojkloubový oblouk konstantního nebo proměnného lepeného průřezu trojkloubový segmentový oblouk lepeného průřezu l 100 m l 60 m dvoukloubový oblouk s táhlem, lepený průřez dvoukloubový oblouk konstantního nebo proměnného průřezu, lepený průřez l f 0,1351 h l / 50 l f = 1/4-1/6 h l / 50

65 dvoukloubový oblouk, příhradový /průřez se stojinami z překližky

66 Úpravy podporových a vrcholových kloubů oblouků na bázi dřeva a) úprava vrcholového kloubu pomocí ocelových deskových příložek, b) kloubové uložení paty oblouku pomocí ocelového čepu, c) kloubové uložení paty oblouku mezi pásové kotevní průřezy d) kloubové uložení paty oblouku mezi kotevní ocelové prvky průřezu 1- průřez dřevěného oblouku, 2- betonový základ, 3- ocelové kotevní profily průřezu U, 4- spojovací šrouby, 5- obrubní ocelová botka, 6- ocelové kotevní pásové profily, 7- ocelový roznášecí prvek, 8- ocelový kotevní prvek, 9- ocelový čep kloubu, 10- ocelové příložky

67 Obloukové konstrukce na bázi betonu

68 Charakteristická řešení obloukových konstrukcí na bázi betonu a) oblouk plného průřezu, popř. s prolamovanou stojinou, b) příhradový oblouk, c) oblouk ze zvlněných a prolamovaných skořepinových dílců, 1- plný průřez, 2- prolamovaný průřez, 3- příhradový průřez, 4- tenkostěnný zvlněný nebo zalamovaný průřez výhodné jsou trojkloubové oblouky s dodatečně zmonolitněnými spoji eliminace sedání staticky účinné

69 Obloukový vazník a) oblouk s táhlem v úrovni horního líce opěrné konstrukce, b) obloukový vazník s železobetonovým horním pásem1- oblouk, 2- táhlo, 3- závěs, 4- diagonální závěs, 5- rektifikační článek

70 Obloukové konstrukce na bázi oceli

71 Příklady ocelových oblouků a) plnostěnný oblouk truhlíkového průřezu a průřezu, b) trojkloubový příhradový oblouk rovinného průřezu, c) dvoukloubový příhradový oblouku s prostorovým uspořádáním příčného řezu, d) dvoukloubový příhradový oblouk rovinného průřezu, e) trojkloubový příhradový oblouk s táhlem, f) dvoukloubový plnostěnný oblouk s táhlem a závěsy, g) trojkloubový příhradový oblouk s prostorovým uspořádáním příčného řezu s mimostředně umístěným vrcholovým kloubem, h) dvoukloubový obloukový vazník s nadvýšením dolního pasu, i) dvouklobový oblouk s táhlem a diagonálními závěsy

72 Ice rink in Munich (Ackerman, K ) příklad superkonstrukce s nosnou obloukovou částí