NOVÉ MOŽNOSTI V NAVRHOVÁNÍ VELKOROZPONOVÝCH DŘEVĚNÝCH KONSTRUKCÍ PODLE PLATNÝCH EVROPSKÝCH NOREM

Transkript

1 ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE FAKULTA STAVEBNÍ NOVÉ MOŽNOSTI V NAVRHOVÁNÍ VELKOROZPONOVÝCH DŘEVĚNÝCH KONSTRUKCÍ PODLE PLATNÝCH EVROPSKÝCH NOREM PETR KUKLÍK

2 VELKOROZPONOVÉ DŘEVĚNÉ stropy 12 m KONSTRUKCE!!! střechy 80 m haly 160 m mosty 70 m

3 EVROPSKÉ NORMY Eurokódy Evropské normy Technické Výrobkové

4 Historie vzniku Eurokódu 1973 založena komise W18 CIB pro sjednocení norem pro navrhování DK 1978 modelová norma Eurocode modelová norma publikována v ČR 1993, 1994, 1997 vydána ENV 1996, 1997, 1998 ENV publikována v ČR 2004 vydána EN 2006 EN publikována v ČR

5 V OBORU DŘEVĚNÝCH KONSTRUKCÍ JE PŘES 100 ČSN EN! Tvorba evropských norem je v rámci Evropské normalizační organizace ace CEN zajišťována těmito komisemi: TC 38 TC 112 TC 124 TC 175 TC 193 TC 250/SC 5 Trvanlivost dřeva a výrobků na bázi dřeva; Desky na bázi dřeva; Dřevěné konstrukce; Kulatina a řezivo; Lepidla; Eurokódy pro stavební konstrukce ce/dřevěné konstrukce.

6 ČSN EN Eurokód 5: Navrhování dřevěných konstrukcí Část 1 1: 1 1: Obecná pravidla Společná pravidla a pravidla pro pozemní stavby 123 stran

7 Přínos ČSN EN podrobnější škála dílčích součinitelů pro vlastnosti materiálu vyhraněnější použití různých hodnot modulů pružnosti možnost úpravy pevnosti v ohybu a v tahu součinitelem výšky, šířky a u LVL i délky podrobnější škála součinitelů dotvarování upravená pravidla pro kroucení, stabilitu prutů a nosníků, spolupůsobení prvků, lepené nosníky různých tvarů

8 Spojovací prostředky kolíkového typu

9 Možnosti použití F = n F v,ef,rk ef v,rk Tah kolmo na vlákna!

10 Účinný počet např. hřebíků n ef = n k ef Rozteče a k ef Nepředvrtáno Předvrtáno a 1 14d a 1 = 10d a 1 = 7d a 1 = 4d 1,0 0,85 0,7 1,0 0,85 0,7 0,5 a Pro mezilehlé rozteče je dovoleno pro k ef použít lineární interpolaci.

11 Tvary porušení a střižnost spoje

12 Únosnost střihu F h,1,k f 1 t d (g) 0,5 h,2,k f 2 t d (h) f t d 4 β(2 + β ) M F ax,rk = min 1,05 2 β(1 + β ) + β + (j) β F ax,rk 1,15 2 My,Rk h,1,k f d + (k) 1+ β 4 h,1,k 1 y,rk v,rk β 2 h,1,k f d 1 t

13 Metody zvyšování pevnosti v otlačení

14 Blokový a zátkový smyk u spojů ocel dřevo

15 Spojovací prostředky povrchového typu desky s prolisovanými trny

16 Pevnostní parametry desek potřebn ebné pro zjištění návrhových hodnot pevnosti připojen p ipojení desky (trny) f a,a,b,d a pevnosti desky (materiálu) R x/y /y,rd (nutno určit zkouškami kami podle EN 1075 a EN 14545!!!) EN 14592!!! f a,0,0 f a,90,90 pevnost přp ipojení desky na jednotku plochy pro α = 90,, β = 90 t,0 pevnost desky v tahu na jednotku šířky v x x směru (α( = 0 ) 0 c,0 pevnost desky v tlaku na jednotku šířky v x x směru (α( = 0 ) 0 v,0 pevnost desky ve smyku na jednotku šířky v x x směru (α( = 0 ) 0 t,90 pevnost desky v tahu na jednotku šířky v y y směru (α( = 90 ) c,90 pevnost desky v tlaku na jednotku šířky v y y směru (α( = 90 ) v,90 pevnost desky ve smyku na jednotku šířky v y y směru (α( = 90 ) f t,0 f c,0 f v,0 f t,90 f c,90 f v,90 pevnost přp ipojení desky na jednotku plochy pro α = 0, 0, β = 0 0 γ 0, k, k v 1, k 2, α 0 konstanty (určuj ují se také zkoušek desek podle EN 1075 a EN 14545) f a,α,β,d = k mod f a,α,β,k / γ M R x/y,rd = k mod R x/y,rk / γ M γ M, dílčí součinitel vlastnosti materiálu k mod, modifikační součinitel, zohledňující délku trvání zatížení a vlhkostní parametry

17 Zkoušky desek BV15 a BV20

18 Únosnost připojení desky s prolisovanými trny τ F, d = τ M, d = F A, Ed A ef M A, Ed W p Aef y γ FM,Ed l FM,Ed MEd FEd α x W p = A ef rda W p je plastický průřezový modul připojované plochy β

19 Únosnost připojení desky s prolisovanými trny τ M, d I p = = M r I p = I + I x A ef A, Ed r I 2 y p da max r A ef M el C τ M r A ef M pl C τ M τ M, d = W pl = M A, Ed A W pl ef rda Možný přenášený elastický moment M el vychází ze vztahu M el = 1 2 τ M r 2 r 2 π 3 2 r = 3 4 π r 9 Plastický moment M pl při využití plastických nosných rezerv je dán vztahem M pl = 3 τ M τ M r 1 2 r 2 π 1 2 r = 1 2 π r 3 τ M Rezerva : cca 12%

20 Únosnost připojení desky s prolisovanými trny Přesnější řešení numerickou integrací přes plochu A : W p = A ef rda hef d ef 2 Aef d + h Přibližné řešení plastického modulu plochy připojení : 2 A = W p = A ef ef d h 4 ef 1 A ef/h ef Výpočet vždy na bezpečné straně!

21 Vyhodnocení zkoušek desek % % fa,00,00 fa,90,90 ft,00 ft,90 fc,00 fc,90 fv,00 fv,90 0 Bova BV 15 (1,5) Aginco DM 1000 fa,00,00 (1,0) Mitek M20 Fe350 (1,0) Alpine A9 (0,9) Alpine A13 (1,25) Wolf 126 (1,25) Wolf 101 (1,0) Eur otruss (1,0) 10 fa,90,90 ft,00 ft,90 fc,00 fc,90 fv,00 fv,90 Bova BV 20 (2.0) MiTek M 14 (2,0) Wolf 20 N (2,0) Porovnání pevnostních vlastností desek BOVA BV20 s deskami vyhodnocenými podle DIN 1052 Porovnání pevnostních vlastností desek BOVA BV15 s některými deskami u kterých vyhodnocení proběhlo také podle EN použit přepočet hodnot 1.25*1.65 pro pevnosti připojení 1.25*1.4 pro únosnosti materiálu

22 Spojovací prostředky povrchového typu hmoždíky

23 Typy hmoždíků prstencový talířový A3 B3 ozubený speciální C6 D1

24 Stahovací svorníky Typ hmoždíku podle EN 912 d c d minimum d maximum mm mm mm A1 A A1, A4, A6 > 130 0,1 d c 24 B d 1 1 d 1

25 Rozměry spojů Vnější prvek 2,25 h e Vnitřní prvek 3,75 h e

26 Redukované vzdálenosti k a1 1 ( ka1) + ( k a2 ) 1 s 0 k a2 1

27 Připravované změny Smyk za ohybu b ef = k cr b (k cr = 0,67); Předvrtání u hřebíků pro průměry větší než 6 mm a nikoliv 8 mm; Vruty na vytažení.

28 ČSN EN Eurokód 5: Navrhování dřevěných konstrukcí Část 1 2: 1 Obecná pravidla Navrhování konstrukcí na účinky požáru 67 stran

29 Přínos ČSN EN jednorozměrné a nominální zuhelnatění nové postupy pro výpočet prvků s plášti požární ochrany zpřesněné výpočetní metody

30 Průběh zuhelnatění pro t ch = t f a t a = min.25 mm

31 POŽÁRNÍ ODOLNOST nechráněných spojů s bočními prvky ze dřeva

32 POŽÁRNÍ ODOLNOST nechráněných spojů s bočními prvky ze dřeva

33 POŽÁRNÍ ODOLNOST nechráněných spojů s bočními prvky z oceli

34 POŽÁRNÍ ODOLNOST nechráněných spojů s bočními prvky ze dřeva Doba požární odolnosti d,fi t min Opatření a Hřebíky Vruty Svorníky Kolíky Hmoždíky podle EN d 2,8 mm d 3,5 mm 1 t 45 mm 1 t 45 mm 1 t 45 mm d průměr spojovacího prostředku a t 1 tloušťka prvku

35 POŽÁRNÍ ODOLNOST nechráněných spojů s bočními prvky ze dřeva zvláštní tloušťka a vzdálenost spojovacího prostředku od konce a okraje a fi

36 a fi POŽÁRNÍ ODOLNOST chráněných spojů (zátkami) jako u nechráněného spoje

37 a fi POŽÁRNÍ ODOLNOST chráněných svorníků jako u nechráněného spoje

38 POŽÁRNÍ ODOLNOST spojů s vnitřními ocelovými deskami, s tloušťkou minimálně 2 mm a) nechráněných, b) chráněných dutinami, c) chráněných vlepenými pásky, d) chráněných deskami

39 POŽÁRNÍ ODOLNOST spojů s nevystupujícími vnitřními ocelovými deskami, s tloušťkou minimálně 2 mm, požadované šířky ocelových desek s nechráněnými okraji pro R 30 a R 60 b st Nechráněné okraje všeobecně Nechráněné okraje na jedné nebo dvou stranách R 30 R 60 R 30 R mm 280 mm 120 mm 280 mm

40 POŽÁRNÍ ODOLNOST chráněné ocelové desky užší než dřevěný prvek pro desky s tloušťkou ne větší než 3 mm, kde je hloubka dutiny d g větší než 20 mm pro dobu požární odolnosti 30 minut a větší než 60 mm pro dobu požární odolnosti 60 minut; pro spoje s vlepenými pásky nebo ochrannými deskami na bázi dřeva, kde je hloubka vlepeného pásku d g, nebo tloušťka desky h p větší než 10 mm pro dobu požární odolnosti 30 minut a větší než 30 mm pro dobu požární odolnosti 60 minut.

41 USPOŘÁDÁNÍ POŽÁRNÍ ZKOUŠKY SPON

42 ČSN EN Eurokód 5: Navrhování dřevěných konstrukcí Část 2: Mosty 29 stran

43 Přínos ČSN EN Podrobnější škála dílčích součinitelů pro vlastnosti materiálu Mění se úhel roznášení zatížení u desek mostovek z překližek Zavádí se nový materiál křížem lamelované dřevo (KLH) Větší pozornost věnována dřevobetonovým prvkům Uvedena je přesnější metoda pro určení spolupůsobící šířky desky mostovky Podrobněji zpracována pravidla pro předpjaté mostovky

44 VELKOROZPONOVÉ STROPY kompozitní dřevobetonové

45 Výhody zvýšení únosnosti stropů; zvýšení tuhosti stropů na průhyb a kmitání; zvýšení vzduchové a kročejové neprůzvučnosti stropů; zvýšení požární odolnosti stropů; nepříliš vysoká vlastní tíha stropní konstrukce (přitížení základů) dů); jednoduchá technologie provedení. Nevýhody použitelnost pouze u dřeva bez biologického poškození; nevhodnost použití u konstrukcí vystavených vysoké vlhkosti a teplotě.

46 Zjišťování hustoty konstrukčního dřeva

47 Vztah mezi hustotou dřeva a hloubkou vniku rázového kolíku ρ 12 [g/cm 3 ] 0,7 0,6 w = w 12 0,5 0,4 t p, 12 = t p ( 1 0, 007 w ) 0,3 0, t p, 12 [mm] ρ 12 = 0, t p, ,

48 Závislost hustoty a pevnosti v ohybu konstrukčního dřeva f m = 36, , ρ 12 ρ 12 [ kg / m 3 ]

49 Závislost hustoty a modulu pružnosti konstrukčního dřeva E stat = , , ρ 12 ρ 3 [ kg / m ] 12

50 Porovnání pevností dřeva v ohybu Třídy podle ČSN idt DIN (Třídy podle ČSN ) Pevnost podle ČSN P EN a ČSN P EN [MPa] Hustota [kg/m 3 ] Pevnost výpočet [MPa] Pevnost zkouška [MPa] S 10 (SΙ) ,983 40,04 S 10 (SΙ) ,221 41,50 S 13 (S0) ,282 49,37 S 10 (SΙ) ,040 50,90 S 13 (S0) ,775 55,41 S 13 (S0) ,395 77,22

51 ÚNOSNOST SPŘAHOVACÍHO PROSTŘEDKU KOLÍKOVÉHO TYPU [Poštulka a Koželouh ]

52 Únosnost spřahovacího prostředku kolíkového typu se dvěma plastickými klouby ve spoji dřevo beton s mezivrstvou beton dřevo R v 2 2 β 2 M y β t β = f h, t d λ t = f h, t d + t 1 + β f h, t d 1 + β β R = 1, 15 R v + R 4 ax

53 Únosnost spřahovacího prostředku kolíkového typu s jedním plastickým kloubem R v = f h, t d λ t = f h, t d L t t + β β β ( 2 + β ) M y L t β ( ) + 2 L + 2 t f d 4 h, t t R = 1, 05 R v + R ax 4

54 Porovnání únosností příčně namáhaných kolíků bez mezivrstvy, zjištěných zkouškou a výpočtem Typ betonu Počet zk. d mm ρ kgm 3 f u MPa f cm MPa R 1) mean zk. kn R 2) k zk. kn R výp. kn HSC ,8 10,1 9,55 NWC ,3 9,2 9,05 LWC ,3 8,6 8,55 NWC ,8 6,1 6,05 Poznámka: 1) průměrná hodnota, 2) charakteristická hodnota

55 PARAMETRICKÁ STUDIE Geometrie kompozitního dřevobetonového nosníku

56 Vliv geometrie kompozitního dřevobetonového nosníku na jeho ohybovou tuhost 4,0 3,5 3,0 EI max /EI min 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0 n b c /b t = ,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 h c /h t

57 Vliv rozpětí a modulu prokluzu na jednotku délky na součinitel spřažení kompozitního dřevobetonového nosníku γ 1,0 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0, l [mm] k = 200 N/mm/mm k = 100 k = 50 k = 25

58 VELKOROZPONOVÉ STŘECHY Konstrukce zastřešení průmyslové haly

59 Česká technologie včetně software

60 Obecná analýza havárií v zimě 2005/ Možné příčiny * Chyby v projektu * Chyby při provádění * Tlak investora * Zanedbaná údržba a kontrola * Přetížení sněhem

61 Prostorová stabilita a ztužení lehkých střešních konstrukcí ze dřeva Ztužení v rovině střechy Diagonální prvky ze dřeva Příhradové vazníky, tuhé desky Doplnění zavětrovacími ocelovými pásy (BOVA, BV/ZP)

62 Prostorová stabilita a ztužení lehkých střešních konstrukcí ze dřeva Ztužení spodních pasů Ztužení v místě spojů Ztužení pro přenos sil od působení větru

63 Prostorová stabilita a ztužení lehkých střešních konstrukcí ze dřeva Ztužení horních pasů, konstrukce dělené pro přepravu

64 Trvalé ztužení rovina výplňových prutů * Zajištění stability tlačených prutů Zkrácení vzpěrné délky výplňových prutů Systém diagonál a Příložky podélných výztuh

65 Trvalé ztužení ztužení štítu * Zkrácení vzpěrných délek * Přenos vodorovného zatížení do podpor (stěn, ztužidel)

66 ČSN pro navrhování DK ČSN : 1984 ČSN P ENV : 1: 1996 ČSN EN : 1: 2OO6 ČSN : 2007 (modifikovaná DIN 1052:2004)

67 Publikace

68 Produkty projektu TEMTIS: Metodická příručka 1 Dřevěné konstrukce (předpokládaný rozsah 100 stran). Metodická příručka 2 Navrhování dřevěných konstrukcí podle Eurokódů (předpokládaný rozsah 100 stran). Případové studie 12 případových studií obsahujících základní informace o zajímavých dřevěných konstrukcích, dále části projektové dokumentace, fotografie a vizualizaci celého procesu realizace spolu s instrukčním manuálem pro lektory. Instrukční manuál k vypracovaným případovým studiím Databáze dřevěných staveb databáze různých typů dřevěných staveb a konstrukcí postavených v zemích Evropské unie. Šablona pro vkládání dat do databáze dřevěných staveb. Webová stránka projektu v angličtině a třech místních jazycích (češtině, němčině, polštině). Seminář e se zaměřením na tématiku dřevěných konstrukcí a staveb na bázi dřeva. Metodické přír učky ve třech jazykových mutacích Materiály budou k dispozici v elektronické podobě na webových stránkách projektu a také na DVD nosičích.

69 DĚKUJI VÁM ZA POZORNOST