PŘÍČNÉ LISOVANÉ ZTUŽIDLO VE STŘEŠNÍ ROVINĚ KONSTRUKCÍ Z DŘEVĚNÝCH

Transkript

1 PŘÍČNÉ LISOVANÉ ZTUŽIDLO VE STŘEŠNÍ ROVINĚ KONSTRUKCÍ Z DŘEVĚNÝCH VAZNÍKŮ S KOVOVÝMI DESKAMI S PROLISOVANÝMI TRNY Petr Kukík 1, Micha Grec 2, Aeš Tajbr 3 Abstrakt Timber trusses with punched meta pate fasteners are designed as pane structures oaded ony in their pane. Horizonta actions appied perpendicuary to the truss pane must be transferred by engineered bracing system. Correct design of the bracing system is considered to be one of the essentia conditions providing required reiabiity of the whoe roof structure. The artice is focused on design of a fat bracing truss ocated in the roof pane. Úvod Dřevěné vazníky s kovovými deskami s proisovanými trny se navrhují jako rovinné konstrukce zatížené výhradně ve své rovině. Vodorovné zatížení, které působí komo na rovinu vazníků, musí být přeneseno systémem ztužide do podpor. Správný návrh ztužení je jednou z nezbytných podmínek zajištění požadované spoehivosti ceé střešní konstrukce. Příčné isované ztužido ve střešní rovině Dřevěné konstrukce s kovovými deskami s proisovanými trny musí být vždy vyztuženy ve střešní rovině. Systém ztužení střešní roviny (roviny horních pásů) se skádá z podéných a diagonáních prvků resp. isovaných zavětrovacích nosníků. Podéné prvky (bednění, atě) především stabiizují horní pásy, zatímco zavětrovací nosníky zajišťují přenos vodorovných si od větru a stabiizačního zatížení do podpor. Při větších rozponech bývají příčná ztužida dopněna oceovými zavětrovacími páskami napnutými od hřebene k podporám [1]. V případě, že výška nad podporou nedovouje přenos si ze ztužida do podpory pomocí vožené fošny, je třeba navrhnout isované nadpodporové ztužido. Obr. č. 1 Princip fungování ztužida a příkad reaizace Z isovaných ztužide se sestavují tzv. "tuhé dvojice", které jsou tvořeny dvěma sousedními vazníky, ztužidy horních a doních pásů, nadpodporovými ztužidy a Ondřejskými kříži v rovinách vybraných výpňových prutů. Tyto dvojice se hojně využívají při montáži, protože s nimi může být manipuováno jako s "tuhými ceky" a poskytují vodorovnou podporu ostatním vazníkům. 1 Doc. Ing. Petr Kukík, CSc. Katedra Oceových a dřevěných konstrukcí, FSv, ČVUT v Praze 2 Ing. Micha Grec, PhD. Kontrakting Krov Hrou, s.r.o., Žiina, Sovenská repubika 3 Ing. Aeš Tajbr Katedra Oceových a dřevěných konstrukcí, FSv, ČVUT v Praze

2 Návrh příčného ztužida střešní roviny Při vobě typu ztužení ve střešní rovině ze využít tabuku č. 1, která doporučuje systém ztužení s ohedem na rozpětí. Navržená řešení jsou odvozena z anaýzy střešních konstrukcí jednoodních ha zatížených těžkou krytinou, podhedem, sněhem a větrem. Předpokádá se skon střechy 10-25, rozteče vazníků max mm a příčné zavětrování v každém desátém poi. Tab.č. 1 Doporučení pro ztužení střešní roviny v závisosti na rozpětí Pro správný návrh příčného zavětrovacího vazníku umístěného ve střešní rovině je důežité zvoit odpovídající rozměry a uspořádání diagoná, vybrat vhodný statický mode, stanovit správně zatížení a v neposední řadě také navrhnout vyrobitenou a přepravitenou konstrukci. Statický mode ztužida Příčné isované ztužido ve střešní rovině může být modeováno jako: a) Příhradový nosník na rozvinutou déku ztužidového poe b) Příhradový nosník na rozvinutou déku s využitím zavětrovací pásky c) Prostorová konstrukce Obr. č. 2 Ztužido navržené jako prostě podepřený příhradový nosník

3 Ad A: Nejjednodušší mode (obr. č. 2) spočívá v nahrazení prostorové konstrukce rovinným, prostě podepřeným (2x pevná podpora, 2x posuvná podpora), příhradovým nosníkem o rozpětí rovnající se rozvinuté déce horních pásů v místě ztužidového poe. Tato aproximace představuje vemi obíbené a bezpečné řešení, které ze s výhodou apikovat zejména na konstrukce o rozpětích do 14 m (de tab. č. 1). Nosník je rozděen v místě vrchoů ztužovaných vazníků konstrukčním řezem. Dvojice dékových spojů umístěná mezi odsazené středové svisice zůstane bez styčníkových desek. Spojení obou částí ztužida, které musí přenést vypočtenou tahovou normáovou síu, může být reaizováno napříkad oceovou páskou s přísušným počtem hřebíků. Tak se přenese kontaktem prvků. Tento mode ze použít i pro větší konstrukce, ae při větších zatíženích a rozponech bývá návrh nehospodárný. Ad B: Druhý mode se vemi podobá předcházejícímu případu (A), jen do vrchou ztužida je přidána dvojice pružných podpor, které simuují působení zavětrovacích pásek napnutých mezi vrchoem ztužida a obvodovými nosnými stěnami. Tyto pružné podpory, umístěné většinou uprostřed rozpětí douhého ztužidového nosníku významným způsobem snižují jeho deformaci. Na zákadě anaýzy chování příčného ztužida by odvozen vztah pro výpočet tuhosti této pružné podpory: EA K = 0,6 sin γ K tuhost pružné podpory ztužida [N/mm] E - Youngův modu pružnosti pro oce [MPa], A - průřezová pocha pásky [mm 2 ], - déka pásky [mm], γ - úhe sevřený půdorysným průmětem pásky a osy nosné stěny [ ], koeficient 0,6 zohedňuje prokuz hřebíků a kvaitu provedení. Vzhedem k tomu že zavětrovací páska přenáší pouze tah, tak při vodorovném zatížení působícím na ztužido funguje pouze jedna dvojice těchto pásek. Proto se vždy zadávají pouze dvě pružné podpory. Havní výhoda tohoto řešení spočívá v jeho hospodárnosti při zachování poměrně jednoduchého zadávání konstrukce do programu pro výpočet dřevěných konstrukcí s deskami s proisovanými trny. Ad C: Pro přesnější představu, jak se vastně konstrukce chová, ze modeovat ceou "tuhou dvojici" v prostoru v některém z programů pro statickou anaýzu konstrukcí. Průřezy a materiáy všech prvků by měy odpovídat běžným rozměrům používaným v praxi. Pásové prvky jsou obecně modeovány jako průběžné a koubově uožené, výpňové pruty se chovají jako koubově uožené tyče přenášející pouze osovou síu. "Tuhá dvojice" je prostě podepřena, navíc může být modeována i oceová zavětrovací páska. Zatížení ztužida Stanovení zatížení působící na ztužido ve střešní rovině představuje jednu ze zákadních podmínek jeho správného návrhu. Na ztužido ve střešní rovině přenáší násedující zatížení: a) stabiizační zatížení b) zatížení větrem

4 Ad A: Stabiizační zatížení ztužida se určí pode normy [2] a simuuje snahu tačených prvků (horních pásů vazníků) vybočit z roviny vazníku. V případě skupiny n vazníků vyžadujících ztužení pomocí podéných prvků (atí) v bodech A,B atd., ze pode uvedených vzorců tento jev aproximovat jako rovnoměrné návrhové zatížení q d působící na ztužido: q d = k nn d, AVG 30, k = min 1; 15 Obr. č. 3 Výpočet stabiizačního zatížení q d návrhová hodnota rovnoměrného stabiizačního zatížení ztužida [kn/m], k součinite zohedňující kvaitu výroby a montáže, n počet ztužovaných vazníků, N d,avg průměrná návrhová sía v horních pásech ztužovaných vazníků [kn], rozvinutá déka ztužidového poe [m]. Hodnotu stabiizačního zatížení je třeba získat pro každý zatěžovací stav zvášť (stáé zatížení, sníh) a tyto hodnoty pak dáe kombinovat. Maximání vodorovná deformace ztužida činí v případě zatížení větrem i stabiizačním zatížením /500. Pokud na ztužido působí pouze stabiizační zatížení, je tato hodnota snížena na /700. Limitní hodnoty musí být dodrženy, aby byy spněny zákadní předpokady tohoto zjednodušeného ineárního výpočtu. Ad B: Zatíženo větrem je stanoveno pode normy [3] a zahrnuje: 1) vodorovné zatížení štítů objektu v případě, že nejsou zděné 2) zatížení způsobené třecí sožkou podéného větru Ad 1: Pro účey stanovení zatížení rovnoramenného trojúheníkového štítu větrem je pocha štítu rovnoměrně rozděena mezi spodní a horní pás vazníku resp. mezi krajní ztužido horního a doního pásu, které musí být de tab. č. 1 isované. Pro zjednodušení se toto trojúheníkové zatížení nahrazuje rovnoměrným zatížením o stejném výsedném účinku. Jeho hodnota je vypočtena ze vzorce: 1 q we = L. w e.tanα. cosα 8 Obr. č. 4 Zatížení štítu větrem q we náhradní iniové rovnoměrné zatížení [kn/m] L rozpětí běžného vazníku [m] w e pošné zatížení štítu [kn/m 2 ], de [3] α - skon střešní roviny [ ]. Ad 2. Zatížení vyvozené třecí sožkou podéného větru se de [3] uvažuje pouze pro douhé střechy. Hodnota náhradního iniového zatížení ztužida střešní roviny je vypočtena ze vzorce:

5 qref. c e( z ). c fr. A fr.cosα q w, fr = L q w,fr náhradní iniové rovnoměrné zatížení [kn/m] q ref referenční tak větru [kn/m 2 ] c e(z) souč. expozice určený na zákadě kategorie terénu a výšky nad povrchem c fr součinite tření - pro hadké oceové pechy a epenky 0,02 - pro ostatní střešní krytiny 0,04 A fr zatěžovací pocha jednoho ztužida [m 2 ] L rozpětí běžného vazníku [m] α - skon střešní roviny [ ] Vnitřní ztužido ve střešní rovině je namáháno stabiizačním zatížením a zatížením třecí sožkou podéného větru. Krajní ztužida v objektech bez zděných štítů jsou navrhována na zatížení větrem působícím na štít, přísušnou část zatížení třecí sožkou podéného větru a stabiizačního zatížení. Rovněž při jejich návrhu nemůže být uvažováno se zavětrovací páskou, protože je namáhána takem, který není schopna přenášet. Jednotivá zatížení se kombinují de normy [4]. Výsedky Bya navržena konstrukce příčného ztužida. Všechny předpokady výpočtu (podepření a vrcho ztužida, spojení s vazníkem, páska) musí být zajištěny vhodným návrhem a správnou montáží isovaných konstrukcí, prvků a detaiů. Pro epší představu, jak se ceá konstrukce "tuhé dvojice" se zavětrovací páskou chová, jsou ukázány některé výsedky získané jejím prostorovým modeováním. Obr. č. 5 Reakce a deformace "tuhé dvojice" pouze od vodorovného zatížení Jeden z nejdůežitějších poznatků vypývající z 3D anaýzy "tuhé dvojice" spočívá v odhaení dvojice svisých reakcí vyvozených pouze vodorovným zatížením ztužida. Výsednice zatížení působí na rameni h, které reprezentuje svisou vzdáenost působiště výsednice k podpoře viz obr. č. 5. Tento moment je vyjádřen dvojicí si resp. reakcí, které je třeba zohednit při návrhu kotvení, který se zejména v případě ehkých krytin může stát probematickým. Rovnost momentů ze zapsat vztahem: F. h = R z. r F výsednice vodorovného zatížení pásu ztužida [kn] h svisá vzdáenost působiště výsednice zatížení k podpoře [m] R z svisá reakce v podpoře [kn] r rozteč vazníků [m] Daší zajímavé informace může poskytnout stabiitní výpočet. Ten spočívá v hedání kritického zatížení konstrukce, tedy v postupném zvyšování zatížení a sedování chování konstrukce z hediska vybočení tačených prvků (pásů a diagoná). Při stabiitní anaýze se vždy pracuje s charakteristickými hodnotami zatížení působícího na konstrukci tzn. svisé zatížení vazníků a vodorovné zatížení ztužida ve vhodné kombinaci mezního stavu

6 použitenosti. Výsedky jsou representovány vastními tvary vybočení vykresenými jako deformace (obr. č. 6) a bezrozměrnou veičinou K, která vyjadřuje podí zatížení potřebného k vybočení prvku(ů) konstrukce a zatížení zadaného: K = f crit / f f crit kritické zatížení konstrukce vedoucí k vybočení některého prvku [kn/m], f zatížení konstrukce jednou z kombinací mezního stavu použitenosti [kn/m], K kritický násobek zatížení [-]. Obecně musí být K >1, aby nedošo ke ztrátě stabiity konstrukce. Pro hodnoty 1,0< K <4,0 se doporučuje důkadně zkontroovat ceý návrh ztužida i vazníku. Při K >4,0 ze konstrukci považovat za stabiní a návrh za vyhovující [5]. Pokud se hodnota K nachází v oboru záporných číse, znamená to, že tento tvar vybočení nastane při K násobku daného zatížení, ae s opačnou orientací. Stabiitní anaýza konstrukcí v prostoru nebývá standardní součástí statického výpočtu ztužida, ae pro větší a omené konstrukce s vekým svisým zatížením však může mnoho napovědět o jejich chování. Obr. č. 6 Výsedek stabiitní anaýzy konstrukce "tuhé dvojice" Závěr Střechy haových objektů středních a vekých rozpětí mohou při špatně navrženém systému ztužení vykazovat značné poruchy, které mohou vést až k haváriím. Zákadní stavební kámen tohoto systému tvoří ztužení ve střešní rovině, proto je jeho návrhu i reaizaci věnovat značnou pozornost a péči. By ukázán postup návrhu ztužida od stanovení zatížení a vobu statického modeu až po interpretaci výsedků. Poznámka Tento příspěvek by vytvořen za podpory projektu výzkumu a vývoje ČVUT v Praze MSM Udržitená výstavba a ve spoupráci s firmou Kontrakting Krov Hrou s.r.o. se sídem v Žiině. Literatura: [1] TAJBR, A. Ztužení dřevěných střešních konstrukcí s deskami s proisovanými trny [dipomová práce], 2007, FSv ČVUT [2] ČSN EN Eurokód 5: Navrhování dřevěných konstrukcí, ČNI, Praha, 2006 (včetně NA) [3] ČSN EN Eurokód 1, Zásady navrhovaní a zaťažení konstrukcí, Část 2-4: Zatížení konstrukcí Zatížení větrem, ČNI, Praha, 2007 (včetně NA) [4] ČSN EN Eurokód, Zásady navrhovaní konstrukcí, ČNI, Praha, 2004 (včetně NA a pozdějších změn) [5] Nápověda k programu TRUSS 2D (verze 4.0.h). FINE. Praha