VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY FAKULTA STAVEBNÍ ÚSTAV KOVOVÝCH A DŘEVĚNÝCH KONSTRUKCÍ FACULTY OF CIVIL ENGINEERING INSTITUTE OF METAL AND TIMBER STRUCTURES ZASTŘEŠENÍ SPORTOVNÍHO OBJEKTU THE ROOFING OF THE SPORTS HALL TECHNICKÁ ZPRÁVA TECHNICAL REPORT BAKALÁŘSKÁ PRÁCE BACHELOR'S THESIS AUTOR PRÁCE AUTHOR VEDOUCÍ PRÁCE SUPERVISOR Tomáš Tichák Ing. STANISLAV BUCHTA BRNO 2014
OBSAH 1. Úvod... 3 2. Použité normy... 3 3. Popis stavby... 4 4. Varianty řešení... 5 5. Konstrukční řešení... 7 6. Materiál... 9 7. Zatížení... 11 8. Ochrana konstrukce... 11 9. Doprava... 12 10. Montáž... 12 11. Výkaz materiálu... 13 12. Literatura... 14 Tomáš Tichák 2014 Strana 2
1. Úvod TECHNICKÁ ZPRÁVA ZASTŘEŠENÍ SPORTOVNÍHO OBJEKTU Předmětem projektu je návrh nosné konstrukce zastřešení víceúčelové sportovní haly. Konstrukce je zhotovena z lepeného lamelového dřeva, smrkového rostlého dřeva, ocelových spojovacích prostředků a ocelových táhel. Hala se nachází v lokalitě Ostrava v Moravskoslezském kraji. Půdorysné rozměry haly jsou 39 x 49 m. Výška 15,6 m. Konstrukce je navržena a posouzena dle příslušných norem s ohledem na prostorové uspořádání haly. Pro všechny mezní stavy je uvažována třída prostředí 2, vlhkost dřeva při montáži je stanovena na 20 %. 2. Použité normy [1] ČSN EN 1990 Eurokód 1: Zásady navrhování konstrukcí, Český normalizační institut, 2004 [2] ČSN EN 1991-1-1 Eurokód 1: Zatížení konstrukcí Část 1-1: Obecná zatížení Objemové tíhy, vlastní tíha a užitná zatížení pozemních staveb, Český normalizační institut, 2004 [3] ČSN EN 1991-1-3 Eurokód 1: Zatížení konstrukcí Část 1-1: Obecná zatížení Zatížení sněhem, Český normalizační institut, 2004 [4] ČSN EN 1991-1-4 Eurokód 1: Zatížení konstrukcí Část 1-1: Obecná zatížení Zatížení větrem, Český normalizační institut, 2007 [5] ČSN EN 1991-1-3 Eurokód 3: Navrhování ocelových konstrukcí Část 1-1: Obecná pravidla a pravidla pro pozemní stavby, Český normalizační institut, 2006 [6] ČSN EN 1991-1-8 Eurokód 3: Navrhování ocelových konstrukcí Část 1-8: Navrhování styčníků, Český normalizační institut, 2006 [7] ČSN EN 1995-1-1 Eurokód 5: Navrhování dřevěných konstrukcí - Část 1-1: Obecná pravidla a pravidla pro pozemní stavby [8] ČSN EN 1194 Dřevěné konstrukce- Lepené lamelové dřevo Pevnostní třídy a stanovení charakteristických hodnot, Český normalizační institut, 2013 [9] ČSN EN 338 Konstrukční dřevo, Český normalizační institut, 2010 [10]ČSN 73 1401 Navrhování ocelových konstrukcí, Český normalizační institut, 1994 [11] ČSN ISO 690 Bibliografické citace, 2011 Tomáš Tichák 2014 Strana 3
3. Popis stavby Jedná se o víceúčelovou sportovní halu v lokalitě Ostrava v Moravskoslezském kraji. Celkové půdorysné rozměry objektu jsou 39 x 52,6 metrů. Objekt má tvar valené klenby nad obdélníkovým půdorysem s vzepjetím 15,6 metrů. Hlavním pohledovým materiálem je dřevo a sklo, na bočních stranách jsou zevnitř přiznané betonové patky a pod střešní konstrukcí jsou viditelná ocelová ztužidla. Hala je určena hlavně ke sportovnímu využití, prostorové uspořádání haly je řešeno s ohledem na rozměry největšího hřiště házené (seznam sportů vč. rozměrů hřišť viz Tab.1). Hala je vybavena teleskopickou tribunou firmy Kovostal na jedné straně hřiště. Konstrukce tribun je vytvořená z ocelových nosníku typu U,L a uzavřených profilů, zajišťujících potřebnou pevnost a tuhost celé sestavy. Vysunutí jednotlivých dílů je mechanické s aretací ve výchozí a konečné poloze. Tribuna je segmentová pro lehčí manipulaci a rozvinutí do potřebného taru se schodišťovými výstupy. Pojezdy jsou usazeny na vysokozátěžových kolech s ložiskovým uložením a nešpinivým gumovým povrchem, který zabraňuje degradaci podlahy. užitná plocha hřiště ochranná zóna celková plocha světlá minimální standardní výška nad na sport rozměry rozměry na čele délka hrací boku šířka[m] délka délka [m] [m] plochou [m] [m] šířka[m] [m] šířka[m] [m] badminton 134 61 134 61 2 15 174 91 9 basketbal 24 13 28 15 1 1 30 17 7 florbal 36 18 40 20 2 1 44 22 5 futsal 28 16 40 20 2 1 44 21 6 házená 40 20 40 20 2 1 44 22 7 gymnastika 13 13 13 13 1 1 15 15 8 zápas 9 9 12 12 2 2 16 16 4 inline hokej 34 17 40 20 - - 40 20 4 tenis 23,77 10,97 23,77 10,97 6,4 3,65 36,57 18,27 7 volejbal 18 9 18 9 8 5 34 19 7 Tab.1 Rozměry sportovních hřišť Tomáš Tichák 2014 Strana 4
4. Varianty řešení Z několika možných přístupů k návrhu konstukčního uspořádání zastřešení haly jsme se přiklonili k variantě obloukových vazníků uspořádaných jako příčné vazby. Hlavním důvodem pro toto rozhodnutí bylo příznivější statické působení oblouků oproti přímým vazníkům, ať už plnostěnným či příhradovým, obzvláště v oblasti namáhání ohybem, a následné úspory na materiálu konstrukce a spojů. Dalšími důvody byl příjemný vzhled dřevěných oblouků a organický tvar konstrukce. V neposlední řadě byla možnost pracovat na typu konstrukce, se kterým jsem se zatím nesetkal. Zvažovali jsme dvě varianty řešení oblouku variantu se dvěma klouby v patách oblouku a variantu s třetím kloubem ve vrcholu. Obě varianty mají určité výhody, nicméně po důkladném zvážení jsme zvolili variantu dvojkloubového oblouku. dvoukloubový oblouk trojkloubový oblouk Vnitřní síly MAX N 32,38 35,51 MIN N -135,94-137,33 MAX V y 2,93 3,19 MIN V y -2,90-3,21 [kn] MAX V z 30,09 35,40 MIN V z -34,25-37,12 MAX M T 1,01 1,21 MIN M T -0,90-1,17 MAX M y 208,17 241,57 MIN M y -137,04-127,50 [knm] MAX M z 4,69 4,35 MIN M z -3,64-4,04 Reakce Px 75,48 81,09 Pz 121,61 121,63 [kn] Průhyb uz 31,00 34,40 [mm] Tab.2 Srovnání variant Zvolená varianta je výhodná z důvodu menších extrémních vnitřních sil v oblouku a také menších horizontálních akcí do podpor, což povede k úspoře materiálu nejen při návrhu dřevěné konstrukce, ale zejména při dimenzování železobetonových podpůrných pilířů. Tomáš Tichák 2014 Strana 5
srovnání průběhu obálky momentů na oblouku: -137.040 208.170 75.478 75.476 113.850 121.610 obr. 1 extrémní momenty a reakce oblouk se dvěma klouby -127.500 241.570 81.0 81.079 114.010 121.630 obr. 2 extrémní momenty a reakce oblouk se třemi klouby Tomáš Tichák 2014 Strana 6
5. Konstrukční řešení Hlavním nosným prvkem konstrukce střechy je symetrický dvojkloubový oblouk z lepeného lamelového dřeva třídy GL24h, který tvoří příčnou vazbu konstrukce. Konstrukce sestává ze 13 vazeb, rozteč vazeb je 4 m. Všechny oblouky jsou rozměrově identické. Oblouk je ukotven pomocí čepového kloubového ložiska k železobetonovým pilířům. Konstrukce je opláštěná sendvičovými PUR panely Kingspan KS 1000 SM tloušťky 130 mm, které jsou uloženy na vaznicích z rostlého smrkového dřeva C22. Vaznice jsou ukotveny k obloukům třmeny BOVA BV/T pomocí konvexních hřebíků BV/KH Ø 4,0 mm v rozteči 1540 mm. Vaznice jsou zapuštěné horní rovina vaznic lícuje s horní rovinou oblouků. Stabilita konstrukce v podélném směru je zajištěna čtyřmi příčnými ztužidly. Příčné ztužidlo je tvořeno příhradovým nosníkem, který sestává ze dvou sousedících oblouků tvoří pásy nosníku, vaznic působících jako svislice a tažených ocelových táhel diagonál. Použitá táhla jsou ze systému konstrukčních táhel Macalloy 460 M16. Táhla jsou zakotvena do oblouků po třech metrech pomocí styčníkových plechů a stavebních vrutů RAPI-TEC 8,0 x 100/54 +R. Spolupůsobení příčných vazeb a příčných ztužidel je zajištěno pomocí vaznic, vaznice jsou schopny přenést veškeré podélné síly další podélné ztužení není nutné. V příčném směru je konstrukce stabilní bez dalšího ztužení. 5.1 Vazník Tvoří hlavní nosný prvek konstrukce. Jedná se o dvoukloubový oblouk s kruhovou střednicí o průřezu 1000 x 200 mm na rozpětí 35 m. Průřez je po celé délce konstantní. Vzepětí oblouku je 12,5 m, délka střednice 45,1 m a poloměr zakřivení 18 m. Vazník je navržen z lepeného lamelového dřeva třídy GL24h s maximální tloušťkou lamel 40mm. Oblouk je z důvodu dopravy a montáže rozdělen na tři části, dvě jsou symetrické, 14,3 m dlouhé, a třetí (vrcholová) má délku 16,5m. Vzepětí dílčích částí nepřesahuje 2,75 m. Jednotlivé části jsou spojeny montážním spojem. Tomáš Tichák 2014 Strana 7
5.2 Vaznice Vynáší střešní plášť, je vynášena vazníkem, slouží jako svislice v přícné ztužidle, zajišťuje podélné ztužení konstrukce. Je vyrobena z rostlého smrkového dřeva třídy C22. Průřez je obdélníkový 140 x 180 mm, je kostantní po celé délce. Všechny vaznice mají délku 3,8 m a jsou ukotveny do vazníku pomocí třmenů BOVA BV/T 180. Považujeme je za prosté nosníky kloubově uložené. 5.3 Ztužidlo Hlavním nosným prvkem ztužidla je stavební táhlo Macalloy z oceli S460. Táhlo je tvořeno ocelovou kulatinou o průměru 15 mm, vidlicové koncovky, čepu Ø 16 mm, spojky a napínáku. Ztužidlo je ukotveno pomocí styčníkových plechů z oceli S355. 5.4 Sloupek Sloupek je z důvodu úspory materiálu navržen jako příhradový nosník z rostlého smrkového dřeva třídy C22 vysoký 760 mm. Délka sloupků se pohybuje od 4,5 do 15,3 m. Nosník sestává z dvou přímých pásů s konstantním průřezem 120 x 160 mm, svislic a diagonál o průřezu 120 x 120 mm. Jednotlivé prvky jsou stykovány pomocí oboustranných ocelových desek s prolisovanými trny BV20. Sloupek je připojen k vazníku pomocí vertikálně posuvného čepového ložiska. V patě je ukotven ocelovými patkami BOVA BV/P 120 do železobetonového soklu. 5.5 Paždíky Paždíky jsou z rostlého smrkového dřeva třídy C22 průřezu 120 x 120 mm, délka je rovna rozteči sloupků pohybuje se od 1,5 do 3 m. Paždíky jsou ukotveny do sloupků pomocí třmenů BOVA BV/T 120 tak, že lícují s horní plochou pásu sloupku. Paždíky vynášejí obvodový plášť štítové stěny. Považujeme je za prosté nosníky kloubově uložené. 5.6 Montážní spoj oblouku Na oblouku se nachází dva montážní spoje oblouk dělí na třetiny. Montážní spoj je tvořen vnitřním styčníkovým plechem z oceli S235 a kolíkovými spojovacími prostředky z oceli S355. Rozměry styčníkového plechu jsou 1210 x 950 mm, plech je 10 mm silný. Ve spoji se nachází celkem 8 přesných svorníků Ø 20 mm a 16 kolíků Ø 20 mm. Tomáš Tichák 2014 Strana 8
5.7 Kotevní ložisko oblouku Ložisko je tvořeno dvěma částmi spojenými čepem o průměru 40 mm, horní část je připojena k oblouku, spodní je vetknuta do betonového pilíře. Všechny části jsou vyrobeny z oceli S235. Staticky působí ložisko jako kloub. Patní deska ložiska je kotvena do betonu C20/25 šesti chemickými kotvami FISHER - FIS A M24 (8.8) dl. 380 mm. Posouzení kotev bylo provedeno softwarem výrobce viz přílohu č. 2. statického výpočtu. 5.8 Připojení sloupku k oblouku Připojení sloupku je řešeno jako kloub posuvný ve svislé rovině v rozmezí daném návrhovým průhybem oblouku. Sestává ze dvou styčníkových plechů připojených konvexními hřebíky BV/KH do oblouku a svorníku Ø 20 mm. 5.9 Připojení vaznice k oblouku Vaznice jsou připojeny ocelovým třmenem BOVA BV/T pomocí konvexních hřebíků BV/KH Ø 4,0 mm. 5.10 Připojení paždíku ke sloupku Paždíky jsou ukotveny do sloupků ocelovými třmeny BOVA BV/T 120 pomocí konvexních hřebíků BV/KH Ø 4,0 mm. 5.11 Připojení ztužidla k oblouku Ztužidlo je ukotveno pomocí styčníkových plechů z oceli S355. Styčníkový plech je připojen k oblouku 18 stavebními vruty RAPI-TEC 8,0 x 100/54 +R. Tomáš Tichák 2014 Strana 9
6. Materiál Rostlé dřevo C22 charakteristická pevnost v ohybu f m,k = 22 Mpa návrhová pevnost v ohybu f m,d = 15,23 Mpa charakteristická pevnost v tahu f t,0,k = 13 Mpa návrhová pevnost v tahu f t,0,d = 9 Mpa charakteristická pevnost v tlaku f c,0,k = 20 Mpa návrhová pevnost v tlaku f c,0,d = 13,85 Mpa charakteristická pevnost ve smyku f v,k = 2,0 Mpa návrhová pevnost ve smyku f v,d = 1,385 Mpa modul pružnosti E 0,mean = 10 Gpa E 0,05 = 6,7 Gpa hustota ρ = 340 kg/m 3 Lepené lamelové dřevo GL24h charakteristická pevnost v ohybu f m,k = 24 Mpa návrhová pevnost v ohybu f m,d = 17,28 Mpa charakteristická pevnost v tahu f t,0,k = 16,5 Mpa návrhová pevnost v tahu f t,0,d = 11,888 Mpa charakteristická pevnost v tahu f t,90,k = 0,4 Mpa návrhová pevnost v tahu f t,90,d = 0,288 Mpa charakteristická pevnost v tlaku f c,0,k = 24 Mpa návrhová pevnost v tlaku f c,0,d = 17,28 Mpa charakteristická pevnost ve smyku f v,k = 2,7 Mpa návrhová pevnost ve smyku f v,d = 1,94 Mpa modul pružnosti E 0,mean = 11,66 Gpa E 0,05 = 9,4 Gpa hustota ρ = 380 kg/m 3 Ocel S235 mez kluzu mez pevnosti Ocel S355 mez kluzu mez pevnosti f y = 235 MPa f u = 360 MPa f y = 355 MPa f u = 510 MPa Tomáš Tichák 2014 Strana 10
7. Zatížení TECHNICKÁ ZPRÁVA ZASTŘEŠENÍ SPORTOVNÍHO OBJEKTU Ve výpočtu uvažujeme celkem 6 zatěžovacích stavů a 11 kombinací. Vlastní tíha konstrukce je generována programem REFM 5. Ostatní stálé zatížení se sestává ze střešního pláště, osvětlení a klimatizace. Zatížení sněhem je stanoveno pro lokalitu Ostrava, která se nachází v II. sněhové oblasti s charakteristickou tíhou sněhu s k = 1 kn/m 2, sníh je uvažován ve třech případech zatížení. První případ je nenavátý sníh rovnoměrně rozdělený na půdorysnou plochu střechy. Druhý případ uvažuje nerovnoměrnénavátí sněhu ve čtvrtinách rozpětí oblouku. Třetí případ zohledňuje možnost nerovnoměrného navátí sněhu na krajích střechy. Zatížení větrem je stanoveno pro okalitu Ostrava, která se nachází v II. větrné oblasti s výchozí základní rychlostí větru v b,0 = 25 m/s. Zatížení větrem se uvažujeme ve dvou směrech kolmo na podélnou osu objektu a podélně s ní. Konstrukce střešního pláště je namáhána tlakem nebo sáním kolmo na rovinu střechy. Čelní stěny jsou namáhány na návětrné straně tlakem a na závětrné straně sáním. Statický model je vytvořen v programu DLUBAL RFEM 5. Modelem je prutová 3D konstrukce. Vazník je vytvořen pomocí segmentů oblouku, délka segmentů odpovídá rozteči vaznic. 8. Ochrana konstrukce 8.1 Ochrana dřevěných prvků proti houbám a dřevokaznému hmyzu Dřevěné prvky jsou ošetřeny bezbarvým impregnačním nátěrem proti houbám a plísním a poté natřeny tenkovrstvou bezbarvou lazurou ve třech vrstvách. Všechny dřevěné prvky budou do konstrukce zabudovány vysušené na vlhkost 15 %. V případě prvků z lepeného lamelového dřeva je tento požadavek splněn dodržením technologie výroby, v případě prvků z rostlého dřeva se doporučuje použití vysušených jakostních hranolů, např. hranolů KVH-Nsi. 8.1 Ochrana ocelových prvků proti korozi Ocelové prvky se opatří žárově pozinkovaným povrchem Fe/Zn 25 u hřebíků, kolíků a vrutů a Fe/Zn 25c u svorníků a plechů, pokud již nejsou opatřeny protikorozní ochranou z výroby. Tomáš Tichák 2014 Strana 11
9. Doprava TECHNICKÁ ZPRÁVA ZASTŘEŠENÍ SPORTOVNÍHO OBJEKTU Doprava segmentů oblouku a dlouhých sloupků bude provedena pomocí speciálního tahače s plošinovým přívěsem. Ostatní dřevěné prvky budou dopraveny nákladním vozidlem s návěsem. Rozměry segmentů jsou: 1. délka 14,3 m výška 2,3 m 2. délka 16,5 m výška 2,75 m mezní délka sloupku je 15 m rozměry ostatních prvků nepřesahují 5 m 10. Montáž obr. 3 speciální přepravní vozidlo Před začátkem montáže je třeba připravit železobetonové pilíře a sokly. Po zaměření přesné polohy kotevních ložisek se na hotové pilíře pomocí chemických kotev připevní spodní část čepového ložiska. Pomocí autojeřábu se uloží krajní segmenty dvou prvních vazeb a provede se jejich ukotvení do ložisek. Segmenty budou podepřeny lehkým posuvným lešením. Poté se provede montáž vaznic a příčného ztužidla. Postup se zopakuje na protější straně. Nakonec se pomocí autojeřábu vloží střední segmenty obou oblouků, upevní se montážním spojem a namontují se vaznice a příčné ztužidlo. Montáž dalších polí bude pokračovat obdobně, pouze po jednom oblouku. Každý oblouk se musí zajistit vaznicemi k poli s příčným ztužidlem. Po dokončení montáže střešní konstrukce se provede uložení sloupků a jejich připojení k vazníkům. Nakonec se provede montáž střešního a obvodového pláště. Tomáš Tichák 2014 Strana 12
11. Výkaz materiálu Prvky konstrukce ozn. prvek materiál počet průřez plocha objem plošná hmotnost objemová hmotnost b h (Ø) l ks m2 m2 m3 kg/m2 kg/m3 kg/ks kg 1 Vazník GL24h 200 1000 45 100 13 2,000 117,26 380 44 559 2 Vaznice C22 140 180 3 800 372 0,252 35,62 340 12 112 3 Ztužidlo S460 15 5 000 120 0,11 7850 832 4 sloupek C22 313,20 0,053 16,54 340 5 623 5 Paždík C22 120 120 544,40 0,014 7,84 340 2 665 střešní plášť PUR panel 2 255 11,86 26 744 obvodový plášť PUR panel 872 11,86 10 342 b h t ks m3 objemová hmotnost kg/ks P1 P2 Styčníkový plech montážní spoj S235 1210 950 10 1 0,011495 7850 90 90 Styčníkový plech pata vazníku S235 600 440 8 26 0,054912 7850 17 431 P3 Patní plech S235 185 600 15 26 0,04329 7850 13 340 P4 Horní plech ložiska S235 250 380 25 26 0,06175 7850 19 485 P5 Spodní plech ložiska S235 250 380 15 52 0,0741 7850 11 582 P6 Patní deska S235 350 600 22 26 0,12012 7850 36 943 P7 Styčníkový plech sloupku S235 rozměry [mm] hmotnost 80 138 3 60 celková hmotnost konstrukce 105 748 Spojovací materiál Spojovací prostředky prvek materiál b [mm] h [m] počet prvek materiál Ø l [mm] počet Třmen BV/T 11-40 S280GD 140 180 744 čep S235 40 80 26 Styčníkový plech S355 140 400 128 ztužidla svorník S355 20 260 208 Třmen BV/T 11-29 S280GD 120 100 214 svorník S235 16 260 78 Patka S280GD 120 100 30 svorník S235 20 165 30 kolík S355 20 260 416 kolík S235 16 260 78 hřebík S235 4 60 17856 hřebík S235 4 90 960 vrut 8 100 2304 chemická kotva8.8 24 380 156 Tomáš Tichák 2014 Strana 13
12. Literatura TECHNICKÁ ZPRÁVA ZASTŘEŠENÍ SPORTOVNÍHO OBJEKTU [8] Kuklík P.: Příručka 1 - Navrhování dřevěných konstrukcí podle Eurokódu 5, 2008 [9] Kuklík P.: Příručka 2 - Navrhování dřevěných konstrukcí podle Eurokódu 5, 2008 [10] Blass, H. J. a kol: Dřevěné konstrukce podle Eurokódu 5, STEP 1. (Překlad Koželouh B.), 1995 [11] Blass, H. J. a kol: Dřevěné konstrukce podle Eurokódu 5, STEP 2. (Překlad Koželouh B.), 1995 [12] Straka B.: Navrhování dřevěných konstrukcí, Akademické nakladatelství CERM, Brno 1996 webové stránky: KINGSPAN: sendvičové panely. [online]. [cit. 2014-05-21]. Dostupné z: http://panely.kingspan.cz/sendvicove-panely-zatepleni-izolace-oplasteni-1725.html BOVA: Kování na dřevěné tesařské konstrukce. [online]. [cit. 2014-05-21]. Dostupné z: http://www.bova-nail.cz/prodejci-110_100011_0 TENSION SYSTEMS: Táhla Macalloy. [online]. [cit. 2014-05-21]. Dostupné z: http://www.tension.cz/produkty/tahla-macalloy HPM TEC. [online]. [cit. 2014-05-21]. Dostupné z: http://www.hpmtec.cz/article.asp?narticleid=22&nlanguageid=1 Tomáš Tichák 2014 Strana 14