Před zahájením vlastních výpočtů je potřeba analyzovat konstrukci a zvolit vhodný návrhový

Transkript

1 2 Zásady navrhování Před zahájením vlastních výpočtů je potřeba analyzovat onstruci a zvolit vhodný návrhový model. Model musí být dostatečně přesný, aby výstižně popsal chování onstruce s přihlédnutím předpoládané úrovni výroby a e spolehlivosti informací, ze terých návrh vychází. Celové chování onstruce se má stanovit výpočtem účinů zatížení při použití lineárního modelu materiálu (pružné chování). Pro onstruce, u terých může dojít přerozdělení vnitřních sil prostřednictvím přiměřené poddajnosti spojů, se mohou použít pružně-plasticé metody pro výpočet vnitřních sil v prvcích. Model pro výpočet vnitřních sil v onstruci nebo její části musí vzít v úvahu účiny deformací spojů. Všeobecně platí, že vliv deformací ve spojích se má zohlednit prostřednictvím jejich tuhostí (např. rotační či translační), nebo prostřednictvím předepsaných hodnot proluzu jao funce úrovně zatížení spoje. Analýza prvů onstruce musí zohlednit následující: odchyly od přímosti; nehomogenity materiálu. Odchyly od přímosti a nehomogenity jsou uváženy implicitně návrhovými metodami, uvedenými v této příručce. Oslabení plochy průřezu se musí uvážit při pevnostním posouzení prvu. Oslabení plochy průřezu se může zanedbat v následujících případech: hřebíy a vruty o průměru 6 mm nebo méně, použité bez předvrtání; otvory v tlačené oblasti prvů, jestliže jsou otvory vyplněny materiálem o vyšší tuhosti než dřevo. Když se stanovuje účinný průřez u spoje s něolia spojovacími prostředy, mají se všechny otvory v rozmezí poloviční minimální rozteče spojovacích prostředů měřeno rovnoběžně s vlány od daného průřezu považovat za otvory vysytující se v tomto průřezu. Únosnost spojovacích prostředů se musí posuzovat s uvážením sil a momentů mezi prvy, stanovených z celové analýzy onstruce. Deformace spoje musí být slučitelná s deformací předpoládanou v celové analýze. Analýza spoje musí zohlednit chování všech prvů, teré tvoří spoj. 11

2 2.1 Požadavy Dřevěná onstruce musí být navržena a provedena taovým způsobem, aby byla s přijatelnou pravděpodobností schopna užívání požadovanému účelu, a to se zřetelem předpoládané životnosti a pořizovacím náladům; aby s odpovídajícími stupni spolehlivosti odolala všem zatížením a vlivům, jejichž výsyt lze během provádění a užívání očeávat, a měla přiměřenou trvanlivost ve vztahu náladům na udržování Záladní normativní požadavy Navrhování dřevěných onstrucí musí být ve shodě s N 1990:2002. Musí se ale taé použít doplňující ustanovení pro dřevěné onstruce, uvedená v této apitole. Záladní požadavy N 1990:2002, apitola 2, jsou považovány u dřevěných onstrucí za splněné, poud se použije navrhování podle mezních stavů ve spojení s metodou dílčích součinitelů, při využití N 1990:2002 a N 1991 pro zatížení a jejich ombinace a pravidla N 1995 pro únosnost, použitelnost a trvanlivost Management spolehlivosti Když jsou požadovány různé úrovně spolehlivosti, mají se tyto úrovně přednostně dosáhnout vhodnou volbou řízení jaosti při navrhování a provádění podle N 1990:2002 přílohy C Návrhová životnost a trvanlivost Pro návrhovou životnost a trvanlivost platí N 1990:2002, člány 2.3 a Zásady navrhování podle mezních stavů Mezní stavy jsou stavy, po jejichž přeročení již onstruce nesplňuje návrhové podmíny spolehlivosti. Rozlišují se tyto mezní stavy: mezní stavy únosnosti (únosnost, přelopení, posunutí a nadzdvihnutí onstruce); mezní stavy použitelnosti (přetvoření a mitání onstruce) Návrhové modely Návrhové modely pro různé mezní stavy musí příslušně zohlednit následující: rozdílné vlastnosti materiálů (např. pevnost a tuhost); rozdílné na čase závislé chování materiálů (déla trvání zatížení, dotvarování); rozdílné limaticé podmíny (teplota, olísání vlhosti); rozdílné návrhové situace (stadium výstavby, změny podmíne uložení). 12

3 2.2.2 Mezní stavy únosnosti Analýza onstrucí se musí provést s použitím následujících hodnot tuhostních vlastností: pro první řád lineárně pružné analýzy onstruce, dy rozdělení vnitřních sil není ovlivněno rozdělením tuhosti po onstruci (např. všechny prvy mají stejné na čase závislé vlastnosti), se musí použít průměrné hodnoty; pro první řád lineárně pružné analýzy onstruce, dy rozdělení vnitřních sil je ovlivněno rozdělením tuhosti po onstruci (např. ompozitní prvy obsahují materiály, teré mají rozdílné na čase závislé vlastnosti), se musí použít onečné průměrné hodnoty, přizpůsobené složce zatížení, způsobující největší napětí ve vztahu pevnosti; pro druhý řád lineární pružné analýzy onstruce se musí použít návrhové hodnoty, teré nejsou upraveny s ohledem na délu trvání zatížení. Pro onečné průměrné hodnoty upravené s ohledem na délu trvání zatížení platí ap Pro návrhové hodnoty tuhostních vlastností platí ap Modul proluzu spojů pro mezní stav únosnosti K u se má uvažovat tato: 2 Ku Kser (2.1) 3 de K ser je modul proluzu, viz obr Mezní stavy použitelnosti Deformace onstruce způsobená účiny zatížení (jao jsou osové a posouvající síly, ohybové momenty a proluz spoje) a vlhosti nesmí přeročit příslušné meze. Pozornost je třeba věnovat možnosti pošození materiálů povrchových úprav, podhledů, stropů, příče a omíte a funčním potřebám, stejně jao všem požadavům na vnější vzhled. Oamžitá deformace u inst (viz obr. 7.1) se má vypočítat pro charateristicou ombinaci zatížení (viz N 1990, článe 6.5.3) s použitím průměrných hodnot příslušných modulů pružnosti, modulů pružnosti ve smyu a modulů proluzu. Konečná deformace u fin (viz obr. 7.1) se má vypočítat pro vazistálou ombinaci zatížení - viz N 1990, článe Jestliže se onstruce sládá z prvů nebo dílců s rozdílným dotvarováním, onečná deformace se má vypočítat s použitím onečných průměrných hodnot příslušných modulů pružnosti, modulů pružnosti ve smyu a modulů proluzu, viz. ap Pro onstruce, teré jsou složeny z prvů, dílců a spojů se stejným dotvarováním a za předpoladu lineární závislosti mezi zatížením a odpovídající deformací, se může onečná deformace u fin, uvažovat tato: u =u u u (2.2) fin fin, fin,q1 fin,qi de u =u 1 fin, inst, def pro stálé zatížení, (2.3) 13

4 fin,q,1 inst,q,1 2,1 def u =u 1 pro hlavní proměnné zatížení, Q 1 (2.4) fin,q,i inst,q,i 0,i 2,i def u =u pro ostatní proměnná zatížení, Q i (i > 1) (2.5) de u inst,, u inst,q,1, u inst,q, i jsou oamžité deformace pro příslušné zatížení, Q 1, Q i ; 2,1, 2,i součinitele pro vazistálou hodnotu proměnných zatížení; 0,i součinitele pro ombinační hodnotu proměnných zatížení; def je uveden v tab. 3.2 pro dřevo a materiály na bázi dřeva a v ap pro spoje. Jestliže se použijí vztahy (2.3) až (2.5), součinitele 2 ve vztazích (6.16a) a (6.16b) N 1990:2002 se mají vynechat. Ve většině případů je vhodné použít zjednodušenou metodu. Pro mezní stavy použitelnosti týající se mitání se mají použít průměrné hodnoty příslušných modulů tuhosti. 2.3 Záladní proměnné Záladní proměnné jsou zatížení, vlastnosti materiálu a geometricé údaje Zatížení a vlivy prostředí Pro dřevěné onstruce je typicé, že vedle zatížení je jejich únosnost významně ovlivněna i limaticými vlivy oolního prostředí, teré na ně působí Normy pro zatížení Zatížení používaná při navrhování mohou být převzata z příslušných částí N Příslušné části N 1991 zahrnují: N Objemové tíhy, vlastní tíhu a užitná zatížení N Zatížení sněhem N Zatížení větrem N Zatížení teplotou N Zatížení během provádění N Mimořádná zatížení Trvání zatížení a vlhost ovlivňují pevnostní a tuhostní vlastnosti prvů ze dřeva a materiálů na bázi dřeva a musí se uvážit při navrhování na mechanicou odolnost a použitelnost. Musí se taé uvážit zatížení způsobená účiny změn vlhosti ve dřevu Třídy trvání zatížení Třídy trvání zatížení jsou charaterizovány účinem onstantního zatížení, působícího po určitou dobu během doby životnosti onstruce. Pro proměnné zatížení se musí určit příslušná třída na záladě odhadu typicého olísání zatížení v čase. 14

5 Ve výpočtech pevností a tuhostí se musí zatížení zařadit do jedné ze tříd trvání zatížení uvedených v tab Tab. 2.1 Třídy trvání zatížení Třída trvání zatížení Stálé Dlouhodobé Střednědobé Krátodobé Oamžiové Řád souhrnného trvání charateristicého zatížení déle než 10 let 6 měsíců 10 let 1 týden 6 měsíců méně než 1 týden Přílady zařazení trvání zatížení jsou uvedeny v tab Klimaticá zatížení (sníh, vítr) se mezi zeměmi liší. V ČR se doporučuje sníh uvažovat jao rátodobé zatížení, v oblastech s velým zatížením sněhem po delší časové období se doporučuje část tohoto zatížení uvažovat jao střednědobé zatížení. Vítr se doporučuje uvažovat jao rátodobé zatížení. Tab. 2.2 Přílady zařazení trvání zatížení Třída trvání zatížení Stálé Dlouhodobé Střednědobé Krátodobé Oamžiové Přílady zatížení vlastní tíha sladové zatížení užitné zatížení stropů, sníh sníh, vítr vítr, mimořádné zatížení Třídy provozu Konstruce musí být zařazeny do jedné ze tříd provozu uvedených dále. Systém tříd provozu je především zaměřen na určování hodnot pevností a na výpočet deformací při daných podmínách prostředí. Třída provozu 1 je charaterizována vlhostí materiálů odpovídající teplotě 20 C a relativní vlhosti oolního vzduchu, přesahující 65 pouze po něoli týdnů v roce. Ve třídě provozu 1 nepřesahuje průměrná vlhost u většiny dřeva jehličnatých dřevin 12. Třída provozu 2 je charaterizována vlhostí materiálů odpovídající teplotě 20 C a relativní vlhosti oolního vzduchu, přesahující 85 pouze po něoli týdnů v roce. Ve třídě provozu 2 nepřesahuje průměrná vlhost u většiny dřeva jehličnatých dřevin 20. Třída provozu 3 je charaterizována limaticými podmínami, vedoucími vyšší vlhosti než ve třídě provozu Vlastnosti materiálů a výrobů Vlastnosti materiálů a výrobů jsou ovlivněny relativní vlhostí oolního vzduchu a délou trvání zatížení. 15

6 Vliv trvání zatížení a vlhosti na pevnost Modifiační součinitele pro vliv trvání zatížení a vlhosti na pevnost, viz ap , jsou uvedeny v ap U spoje složeného ze dvou dřevěných prvů majících rozdílné, na čase závislé chování, se má výpočet návrhové únosnosti provést s následujícím modifiačním součinitelem mod : mod mod,1 mod,2 (2.6) de mod,1 a mod,2 jsou modifiační součinitele dřevěných prvů Vliv trvání zatížení a vlhosti na deformace Jestliže se onstruce sládá z prvů nebo dílců majících rozdílné, na čase závislé vlastnosti, potom se pro mezní stavy použitelnosti onečné průměrné hodnoty modulu pružnosti,fin, modulu pružnosti ve smyu,fin a modulu proluzu K ser,fin, teré se používají pro výpočet onečné deformace, mají určovat podle následujících vztahů: K,fin,fin ser,fin 1 def 1 K ser 1 def def (2.7) (2.8) (2.9) Pro mezní stavy únosnosti, dy je rozdělení sil a momentů v prvu ovlivněno rozdělením tuhosti v onstruci, se onečné průměrné hodnoty modulu pružnosti,fin, modulu pružnosti ve smyu,fin a modulu proluzu K ser,fin mají vypočítat podle následujících vztahů: K,fin,fin ser,fin 1 2 def 1 K ser 1 2 def 2 def (2.10) (2.11) (2.12) de je průměrná hodnota modulu pružnosti; průměrná hodnota modulu pružnosti ve smyu; K ser modul proluzu; def součinitel pro zjišťování dotvarování s uvážením příslušné třídy provozu; 2 součinitel pro vazistálou hodnotu zatížení vyvolávajícího největší napětí ve vztahu pevnosti (jestliže toto zatížení je stálé zatížení, 2 se má nahradit 1). Hodnoty def jsou uvedeny v ap Hodnoty 2 jsou uvedeny v N 1990:

7 U spoje složeného z dřevěných prvů se stejným, na čase závislým chováním se má hodnota def zdvojnásobit. U spoje složeného ze dvou prvů na bázi dřeva, majících rozdílné, na čase závislé chování, se má výpočet onečné deformace provést s následujícím deformačním součinitelem def : 2 (2.13) def def,1 def,2 de def,1 a def, jsou součinitele deformace pro dva dřevěné prvy. 2.4 Posouzení metodou dílčích součinitelů Ověření spolehlivosti dřevěných onstrucí je založeno na metodě dílčích součinitelů zatížení a materiálů Návrhová hodnota vlastnosti materiálu Návrhová hodnota X d pevnostní vlastnosti se musí vypočítat tato: X d X mod (2.14) M de X je charateristicá hodnota pevnostní vlastnosti; M dílčí součinitel vlastnosti materiálu; mod modifiační součinitel zohledňující vliv trvání zatížení a vlhosti. Hodnoty mod jsou uvedeny v ap Doporučené dílčí součinitele pro vlastnosti materiálu ( M ) jsou uvedeny v tab Tab. 2.3 Doporučené dílčí součinitele M pro vlastnosti materiálu a únosnosti Záladní ombinace: Rostlé dřevo 1,3 Lepené lamelové dřevo 1,25 LVL, přeližovaná desa, OSB 1,2 Třísové desy 1,3 Vlánité desy, tvrdé 1,3 Vlánité desy, středně tvrdé 1,3 Vlánité desy, MDF 1,3 Vlánité desy, měé 1,3 Spoje 1,3 Kovové desy s prolisovanými trny 1,25 Mimořádné ombinace 1,0 M 17

8 Návrhová tuhostní vlastnost prvu se musí vypočítat tato: d M (2.15) d de M je průměrná hodnota modulu pružnosti; průměrná hodnota modulu pružnosti ve smyu. (2.16) Návrhová hodnota geometricých údajů eometricé údaje pro průřezy a soustavy se mohou brát jao nominální hodnoty z výrobových norem hn nebo prováděcích výresů. Návrhové hodnoty geometricých imperfecí uvedené v této normě zahrnují účiny: geometricých imperfecí prvů; účinů onstručních imperfecí z výroby a montáže; nehomogenity materiálů (např. v důsledu suů) Návrhové odolnosti Návrhová hodnota R d M R d odolnosti (únosnosti) se musí vypočítat tato: R mod (2.17) de R je charateristicá hodnota únosnosti; M dílčí součinitel vlastnosti materiálu; mod modifiační součinitel zohledňující vliv trvání zatížení a vlhosti. Hodnoty mod jsou uvedeny v ap Dílčí součinitele viz ap Ověření rovnováhy (QU) Použije se způsob ověření staticé rovnováhy uvedený v tab. A1.2 (A) v příloze A1 N 1990:2002, poud je to při navrhování dřevěných onstrucí vhodné, napřílad při navrhování přidržovacích otev nebo ověření ložise vystavených nadzdvihnutí od spojitých nosníů. 18