KONSTRUKČNÍ SYSTÉMY POZEMNÍCH STAVEB STAVEBNÍ SOUSTAVY HALOVÝCH OBJEKTŮ NAMÁHANÉ PŘEVÁŽNĚ OHYBEM

Transkript

1 KONSTRUKČNÍ SYSTÉMY POZEMNÍCH STAVEB STAVEBNÍ SOUSTAVY HALOVÝCH OBJEKTŮ NAMÁHANÉ PŘEVÁŽNĚ OHYBEM Ústav stavitelství I Fakulta architektury České vysoké učení technické v Praze Ing.Vladimír Jirka, Ph.D. poslední aktualizace: rok

2 KONSTRUKCE OHÝBANÉ - VAZNÍKY, RÁMY A PROSTOROVÉ KONSTRUKCE Odlišnosti statického fungování prostého nosníku a rámu Základním prvkem v ohýbaném konstrukčním systému je ohybově namáhaný prostě uložený (a) nebo vetknutý (b) prvek přenášející především svislá zatížení. zatížení a) b) PROSTÝ NOSNÍK rámová příčel opěrná kce tlaková reakce profil prvků Veškeré zatížení na prostě uloženém prvku je přenášeno ohybovým namáháním uprostřed rozpětí. Únosnost závisí na průřezovém modulu nosníku a dovoleném namáhání materiálu (viz. vazníkové a bezvazníkové soustavy). Je-li nosníková konstrukce v podepření vetknuta (tuhá) vznikne v oblasti podpory ohybový moment, který je přenášen i opěrnou (svislou) konstrukcí vzniklé rámové soustavy. V důsledku spolupůsobení opěrné konstrukce se snižují ohybové momenty v rámové příčli. Horní pas nosníku i rámové příčle je tlakově namáhán, je třeba zajistit stabilitu před vybočením. Deskové soustavy Betonové bezvazníkové soustavy Střešní konstrukci tvoří desky s výztužnými žebry (a), zalamované lomenicové desky (b), zvlněné skořepinové dílce (c) nebo komůrkové tenkostěnné průřezy. V podélném směru mohou být prizmatické (výhoda kontinuální výroby) nebo zakřivené (d) (vzepnuté), sedlového tvaru apod. Navrhují se na rozpony m při šířkách prvků 1,2 3 m. hladké panely Spiroll (montovaný skelet) průběh momentu M tah tlak rozpon L RÁM tuhé spojení ohybový moment M a) desky s výztužnými žebry žebrové panely TT profilu 2

3 Pro zajištění tuhosti střešní tabule jsou prvky vzájemně stykovány. Bezvazníková soustava mezi rámy těžkého montovaného skeletu Integro m b) zalamované lomenicové c) zvlněné skořepinové d) prizmatické komůrkové tenkostěnné dvojí křivosti 3 50

4 Příhradové a strukturální deskové konstrukce Strukturální deskové útvary jednosměrně a zejména obousměrně pnuté střešní konstrukce. Přenáší zatížení obousměrným ohybem a někdy i tuhostí v kroucení. a) roštové desky z rovinných příhradových nosníků L = m h = 1/15 1/30 L b) soustavy s prostorovým uspořádáním diagonál Navrhují se převážně z kovových materiálů (ocel, dural, ) z tenkostěnných uzavřených trubkových nebo Jäcklových profilů, někdy z plastů a dřeva h = 1/15 1/30 L L = m příruby horní příruby dolní diagonály 4

5 Vazníkové soustavy Střešní konstrukce vazníkové soustavy sestává především ze střešních vazníků (nosníkových prvků) ukládaných na sloupy, průvlaky nebo stěny.vazníky lze členit podle: Tvaru: přímopasé, pultové, sedlové, lomené a obloukové Konstrukce: plnostěnné, příhradové, Virendeelovy Materiálu: železobetonové, ocelové, dřevěné A přímopasý B pultový C - sedlový D - obloukový táhlo E lomený pas horní příčel diagonála pas dolní styčník F - vícepasý (s prostorově uspořádanou strukturou) 5

6 Soustavy s betonovými vazníky Železobetonové vazníky jsou zpravidla navrhovány z předpjatého prefabrikovaného železobetonu. Betonové vazníky mají velkou životnost a nevyžadují údržbu. Smykové propojení obou pásnic bývá řešeno: Plné vazníky jsou výrobně jednodušší, ale často brání prostupu technických instalací. Rozpony 12 plnou stěnou stěnou vylehčenou otvory Příhradové vazníky výrobně montážní styk pracnější, vyžadují větší kon- těžiště strukční výšku pruty příhradové soustavy haly. Pro větší rozpony je nutno je dělit a na stavbě dodatečně spojit předpínacími kabely. Z důvodu montážní stability se ukládají nad svým těžištěm. Rozpony m táhlo Vazníky jednolodních hal jsou ukládány na sloupy, u vícelodních jsou vnitřními podporami průvlaky. Sloupy bývají profilu obdélného, I, nebo členěné, uložené na monolitické či prefabrikované patky (na sraz či do kalichu). Vierendeel příčlemi ohyb vzpěra tlak táhlo rozpon až 30 m tlaková reakce 6

7 Soustavy s ocelovými vazníky a) plnostěnné vazníky s prolamovanou stojinou menší rozpony 6 9 m, větší zatížení Plnostěnné vazníky z válcovaných nosníků nebo složených svařovaných průřezů (z plechů a širokých ocelí). Snadná výroba i údržba, těžké, menší rozpony ocelový Ι nosník - rozřezaný, o ½ vlny posunutý a svařený b) plnostěnné průřezy složené větší rozpony m L h = 1 / 15 L c) příhradové vazníky rovinné velké rozpony ( 32) m h = 1 / 10 L d) girlandové sedlové vazníky vytvářející trojovou soustavu s ocelovým táhlem na rozpony až 80 m. Typické parabolickým tvarem dolního pasu a taženými diagonálními prvky. Příhradovina bývá z prutových prvků válcovaných, tenkostěnných profilů nebo z trubek. Lehčí, umožňují i větší rozpětí. dolní parabolický pas tažené diagonály táhlo 7

8 Podpůrné konstrukce betonové či ocelové sloupy, zděné stěny. Ocelové sloupy ze svařovaných profilů (otevřených či uzavřených), válcovaných profilů, či jako členěné průřezy. Ukládají se pomocí kotevních desek na základovou konstrukci. kotevní deska základová patka vetknutí ové uložení Spojování prutů ve styčnících (styčníkový plech) pomocí svarů. Montážní styky se šroubují. Dříve se také nýtovaly. styčníkový plech kulový styčník Střešní plášť je navrhován s plnostěnnými vaznicemi prostě uloženými. Při větších roztečích bývají vaznice příhradové, spojité: vzpěrkové (a) nebo zavěšené (b). a světlík vaznice b vazník Při bezvaznicové skladbě se na vazníky přímo ukládají plošné dílce: profilované plechy, žebírkové železobetonové desky, kovoplastické a dřevěné kompletizované panely: vazník vaznice 8

9 Soustavy s dřevěnými vazníky Vazníky jsou plnostěnné nebo příhradové, celodřevěné nebo materiálově kombinované. Horní a dolní pasy dřevěných vazníků jsou z hranolů a prken. Plná stojina je prvek sbíjený nebo lepený z prken (a,c), vodovzdorných překližek (b) nebo dřevotřískových desek. Příhradové stojiny se navrhují z prken nebo hranolů (d,e) a) h = 1 / 8 1 / 12 L L = 6 15 m b) c) h 2 = 1 / 30 L h 1 = 1 / 16 L L = m h = 1 / 5 L d) h = 1 / 5 1 / 7 L e) L = m L = m Výhodou lepených konstrukcí (c) je jejich větší odolnost, únosnost a požární bezpečnost. Dřevěné vazníky se ukládají na zděné stěnové nebo pilířové konstrukce na dřevěnou pozednici. Malé rozpony bezvaznicová soustava s dřevěným bedněním, větší rozpony užívají dřevěných vaznic lepených nebo příhradových. vazníky lepené vazníky příhradové Lze užít i dřevěných žebrových panelů, kde žebra nahrazují profily vaznic. Tuhost v rovině střešního pláště se zajišťuje diagonálním zavětrováním. 9

10 Průřezy dřevěných vazníků se tvoří spojováním konstrukčních částí různými spojovacími prostředky: svorníky svorníky hřebíky či vruty styčníkové ocelové desky hladké lepením styčníkové ocelové desky s prolisovanými trny hmoždíky (bulldogy) 10

11 RÁMOVÉ SOUSTAVY Vetknutí střešního nosníku do sloupové podpory v rámovém rohu (tuhé spojení) vede ke zmenšení ohybových momentů uprostřed rozpětí. V důsledku tuhého spojení se přenáší rámový moment do rámové stojky. Nevýhodné namáhání stojek rámu ohybem (a) lze částečně eliminovat návrhem spojité rámové konstrukce (b): a) tuhý styčník rám zatížení rámová příčel průběh momentu M Výstavní pavilon ČR Expo 2000 v Hannoveru, SRN rámová stojka b) spojitá rámová konstrukce vetknutí rozpon L Průběh ohybového namáhání v konstrukci je závislý na ohybové tuhosti stojky a příčle, je ovlivňován také náběhy. Pak se koncentruje v místech s vyšší ohybovou tuhostí. náběhy lze vytvořit tuhý styčník c) vetknutý rám velká míra statické neurčitosti, citlivost konstrukce na deformace, např. účinky poklesu podpor, teplotních a objemových změn h = 1/12 1/15 rozpětí L b = 1/3 2/3 h rozpětí L = m h C = h ( ); b C = b vetknutí 11

12 d) dvojový rám vložením ů do patek, menší citlivost na deformace, pokles základů (sedání stavby) h = 1/10 1/6 L e) trojový rám přidáním u i do příčle, ještě menší citlivost na deformace f 1 ) konzolový rám tah kotevní lano ohybový moment vetknutí tlaková reakce ohybový moment vetknutí tlaková reakce subtilní vzpěra f 2 ) konzolový rám spojitý vložením u do rámového rohu, stejně jako trojový není citlivý na vynucené deformace subtilní ová vzpěra ohybový moment tlaková reakce 12 vetknutí

13 Rámové soustavy železobetonové Železobetonové rámové konstrukce se realizují jako monolitické (a) nebo prefabrikované (montované) (b). Pro celomontované rámové soustavy se užívají subtilní prutové dílce z betonů vysoké pevnosti, skořepinové (c) a lomenicové (d) rámové prvky. Prutové soustavy mohou vytvářet rovinné vazby. a) monolitické Paris Church Riola, Italy, Alvar Aalto 1978 b) prefabrikované c) skořepinové a lomenicové jsou to plošné konstrukce čelící zatížením membránovými tahovými a tlakovými silami působícími v tenké stěně skořepiny. Lomenicová konstrukce je trojrozměrná nosná soustava z prostorově uspořádaných tenkých desek, jejichž zalomením se podstatně zvýší únosnost celé konstrukce. Konstruují se ze železobetonu nebo předpjatého betonu monolitickým nebo montovaným způsobem. Při prefabrikovaných soustavách se lomenice zpravidla montují z více pravoúhlých konstrukčních prvků. L = 9 36 m tl mm, h = 1/40 1/50 L modely studentských prací fakulty architektury King Monguts Institute of Technology Ladkrabang 13

14 Tuhé spojení rámové příčle a stojky se v monolitické železobetonové konstrukci docílí uspořádáním výztuže v rámovém rohu (a). Totéž v montované konstrukci se řeší prostřednictvím šroubovaných nebo svařovaných stykovacích desek (b,c). Spoje jsou přímo v rohu nebo v místech s malými ohybovými momenty (vkládání zkrácených příčlí mezi sloupy s konzolami) (d). Řešení střešního pláště obdobné jako u vazníkových zastřešení (e). a) tuhý roh v monolitické konstrukci b) šroubový styk v montované konstrukci c) d) tuhé rohy (styčníky) vloženy mezi zkrácené stojiny a příčel e) vaznice 24 m Ocelové rámové soustavy Pro lehké ocelové haly malých a středních rozponů tenkostěnné profily tvářené za studena (např. [ ), válcované plnostěnné a prolamované profily, příhradové z tenkostěnných trubek, betonářské oceli apod. Pro těžké haly plnostěnné svařované průřezy otevřené (I) nebo uzavřené (truhlíkové ) ev. příhradové trubkové nebo z válcovaných profilů. Tuhost v příčném směru je zajištěna vlastní tuhostí vazníků, v podélném směru se vkládají příhradová, rámová ap. ztužidla. Střešní a obvodový plášť v bezvaznicové či vaznicové skladbě jako u hal vazníkových. h = 1/35 1/40 L L = 9 60 m 14

15 střešní plášť s vaznicemi bezvaznicová skladba táhlo ztužidlo ové uložení ztužidlo cca 18 m Tenkostěnné, otevřené, za studena tvarované ocelové profily v tříovém tlačeném nosníku s táhlem užívá soustava HARD. Průřezy nosných prvků ve tvaru [ 20% vzpěra táhlo profil sloupu patka sloupu m Provedení rámového rohu (styčníku) v ocelové konstrukci a) rám plnostěnný svary šroubové spoje 15

16 b) rám příhradový c) kotvení rámové stojky do základové konstrukce se provádí ocelovou kotevní deskou a kotevními šrouby Dřevěné rámové soustavy Rámová příčle i stojky plnostěnné (a) nebo příhradové (b). Konstrukční návrh sbíjeného nebo lepeného průřezu je obdobný jako u dřevěných vazníkových soustav. Zvýšení únosnosti plnostěnného vazníku lze dopomoci vlepovanou ocelovou výztuží. V praxi rámy 2- či 3-ové: příznivé statické působení, výhody dopravní a montážní. H = a) 1 / 23 L H = 1 / 25 L b) L = m b) H = 1 / 25 L R = 5 10 m L = m L = m 16

17 Pozornost nutno věnovat rámovému rohu a přenosu smykových sil. Příklady řešení rámového rohu: (b) příhradový sbíjený (předchozí strana); (c) plnostěnný lepený; (d) smíšený. Vnitřní a podporové y jsou řešeny jako kovové (d),(e). c) lepený prvek d) svorníky tlak tah e) ový styčník Rámový roh lze zjednodušit užitím ocelového táhla zachycujícího tahovou složku momentu v rámovém rohu. f) H = 1 / 25 L rozpon L = m táhlo 17