Rámové konstrukce Tlačené a rámové konstrukce Vladimír Žďára, FSV ČVUT Praha 2016

Transkript

1 Rámové konstrukce

2 Obsah princip působení a vlastnosti rámové konstrukce statická a tvarová řešení optimalizace tvaru rámu zachycení vodorovných sil stabilita rámu prostorová tuhost

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

4 Základní typy rámových konstrukcí Vetknutý rám bez vnitřních kloubů (A) Dvou kloubový rám (B) Trojkloubový rám (C) Spojitý rám (D)

5 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

6 Statické působení rámových konstrukcí Účinek zatížení a svislé reakce na oddělené části vyvolává ohybový moment M, který musí být v rovnováze s účinkem dvojice sil vodorovné reakce a vodorovné tlakové síly na rameni f(x) a ohybového momentu M(x) v průřezu konstrukce

7 Vztah tvaru výslednicové ( tlakové ) čáry a střednice oblouku výslednicová čára prochází klouby a místy nulových momentů velikost zbytkového ohybového momentu v konstrukci závisí na vzdálenosti mezi tlakovou čárou a střednicí konstrukce

8 Ohybový moment od svislého zatížení 1-rámová příčle, 2- rámová stojka, 3- rámový roh, 4- vnitřní kyvná stojka

9 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

10 Vliv tuhosti dílčích částí rámové konstrukce na průběh ohybových momentů Rámová příčle se chová jako pružně upnutý nosník, velikost ohybového momentu závisí na relativním poměru tuhosti příčle a stojek

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

12 Příčná tuhost rámových soustav vůči příčnému zatížení větrem je rám ve své rovině zpravidla dostatečně tuhý díky tuhosti rámového rohu (A) případné podélné ztužidlo má zpravidla pouze pomocnou funkci v případě přetížení dílčí vazby (B) (např. jeřáby) nebo jejím oslabení (C) 1 - podélné ztužidlo, 2- běžná vazba, 3- přetížená vazba, 4_ oslabená vazba

13 Porovnání příčné tuhosti vazníkových a rámových konstrukcí vetknutí sloupu vazníkové soustavy vyžaduje dostatečné přitížení k eliminaci tahových napětí od větru lehká vysoká vazníková hala vyvozuje velký ohybový moment a malé přitížení = problém

14 Rámový roh

15 Podélné ztužidlo

16 Podélná tuhost rámových soustav Vodorovné zatížení větrem působící na štít je přeneseno příčně zatíženými sloupky opřenými do příčného střešního ztužidla (A) nebo tuhého střešního pláště (B) Střešní ztužidlo nebo tuhá střešní tabule je podepřena stěnovými ztužidly, nebo jinou tuhou konstrukcí 1- sloupky obvodového pláště (svisle kluzně podpepřené), 2- příčné střešní ztužidlo, 3 svislé stěnové ztužidlo, 4- tuhá střešní tabule, 5- tuhý obvodový plášť (vyzdívky apod.),

17 Principy řešení štítové vazby Nepodepřená štítová vazba štítové sloupy jsou kluzně uložené variabilní řešení Podepřená štítová vazba štítové sloupy podepírají vazbu (rám, vazník, oblouk)

18 Detaily kluzného uložení sloupu a stropní tabule styk sloupu a stropní tabule umožňuje svislý posun (nepřenáší reakci) styk horizontálně podepírá zhlaví sloupu

19 Stěnová ztužidla a) ztužení příhradovými ztužidly, b) ztužení účinkem vetknutí stojek, c) ztužení účinkem rámových rohů, d) ztužení stěnovým účinkem, 1- rámová vazba, 2- podélné svislé ztužení, 3- ztužení v rovině střechy, 4- tlačená diagonála, 5- tažená diagonála, 6- rámové ztužidlo, 7- vetknutá stojka, 8- stěnové ztužidlo, 9- propojení ztužidla s netuhými vazbami (stropní panel, vaznice ap.)

20 Vliv stěnových ztužidel na napjatost střešních tabulí Charakter napjatosti stropní tabule ovlivňuje umístění ztužidel

21 Příklad ztužení rámové konstrukce

22 Stabilita rámů (vybočení v rovině rámu) Stabilita se zpravidla zajišťuje vlastní ohybovou tuhostí rámu

23 Stabilita rámů (vybočení v rovině rámu) Stabilita se zpravidla zajišťuje ohybovou tuhostí připojených příčných vodorovných ztužidel (B) u vysokých příhradových profilů i svislými střešními ztužidly (A)

24 Příčné ztužidlo a propojení ostatních rámů vzpěrami

25 Materiálové varianty rámových konstrukcí konstrukce oblouku přenáší zatížení tlakem a ohybem - je nutná ohybová tuhost materiál musí umožnit vytvoření rámového rohu Materiály přenášející tah i tlak - dřevo, ocel, železobeton výhodné použití pro všechny typu konstrukcí (oblouky, strukturální i skořepinové konstrukce)

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 o lepené spoje (staticky tuhé) o 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 Dřevěná rámová konstrukce

31 Dřevěná rámová konstrukce

32 Expo 2000 Hannover

33 Rámové konstrukce na bázi betonu

34 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

35 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

36 Betonový předepjatý rám

37

38 Rámové konstrukce na bázi oceli

39 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)

40 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

41 Ocelová rámová konstrukce

42 Ocelová rámová konstrukce

43 Ocelový příhradový rám

44 Ocelový příhradový rám

45 Výhody, nevýhody a požití rámových konstrukcí Výhody: oproti vazníkovým konstrukcím účinnější působení při přenášení svislých zatížení zatížení přenáší kombinací tlaku a ohybu velké rameno vnitřních sil dané výškou konstrukce, ale značná odchylka od tlakové čáry výhodný tvar konstrukce pro běžná i náročná použití Nevýhody: nutno stabilizovat proti vybočení v konstrukci působí normálová síla nutnost zachytit vodorovné reakce výrobně složitější rámový roh, doprava citlivost vůči vynuceným deformacím (staticky neurčité varianty rámů) Použití: konstrukce s malými a středními rozpony tvarově komplikované konstrukce