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 NOSNÁ KONSTRUKCE TENISOVÉ HALY LOAD BEARING STRUCTURE OF A TENNIS HALL BAKALÁŘSKÁ PRÁCE BACHELOR'S THESIS AUTOR PRÁCE AUTHOR VEDOUCÍ PRÁCE SUPERVISOR MARTIN JANOUŠEK Ing. KAREL SÝKORA BRNO 2013
VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ FAKULTA STAVEBNÍ Studijní program Typ studijního programu Studijní obor Pracoviště B3607 Stavební inženýrství Bakalářský studijní program s prezenční formou studia 3647R013 Konstrukce a dopravní stavby Ústav kovových a dřevěných konstrukcí ZADÁNÍ BAKALÁŘSKÉ PRÁCE Student Martin Janoušek Název Vedoucí bakalářské práce Datum zadání bakalářské práce Datum odevzdání bakalářské práce V Brně dne 30. 11. 2012 Nosná konstrukce tenisové haly Ing. Karel Sýkora 30. 11. 2012 24. 5. 2013...... doc. Ing. Marcela Karmazínová, CSc. Vedoucí ústavu prof. Ing. Rostislav Drochytka, CSc. Děkan Fakulty stavební VUT
Podklady a literatura 1. Prostorové uspořádání haly. 2. ČSN EN 1995 (731701), Navrhování dřevěných konstrukcí. 3. Literatura podle doporučení vedoucího bakalářské práce. 4. Odborné publikace v časopisech a sbornících, které se vztahují k řešené problematice, podle doporučení vedoucího bakalářské práce. Zásady pro vypracování Vypracujte návrh nosné konstrukce tenisové haly. Návrh rozměrů nosné konstrukce proveďte tak, aby minimální rozměry hrací plochy byly 38,0 x 54,0 m v souladu s prostorovým uspořádáním objektu. Konstrukci navrhněte pro oblast Třebíč. Předepsané přílohy: 1. obsahující základní charakteristiky navržené konstrukce, požadavky na materiál, spojovací prostředky, montáž a ochranu. 2. Statický výpočet hlavních nosných prvků a částí konstrukce. 3. Výkresová dokumentace obsahující zejména dispoziční výkres, výkres vybraných konstrukčních dílců, charakteristické detaily podle pokynů vedoucího bakalářské práce. 4. Orientační výkaz spotřeby materiálu. Předepsané přílohy... Ing. Karel Sýkora Vedoucí bakalářské práce
Abstrakt Tato bakalářská práce se zabývá návrhem dřevěné nosné konstrukce tenisové haly. Půdorysné rozměry haly jsou 56,4 x 48 m. Výška haly je v nejvyšším bodě 14,65 m. Konstrukce je navržena pro oblast Třebíč. Jedná se o trojkloubovou konstrukci z lepeného lamelového dřeva. Osová vzdálenost příčných vazeb je 4 m. Oblouky jsou propojeny vaznicemi. Vaznice jsou řešeny jako prosté nosníky. Kloubové připojení je provedeno čepovými spoji. Klíčová slova Tenisová hala Nosná konstrukce Dřevěná konstrukce Trojkloubový oblouk Vaznice Lepené lamelové dřevo Rostlé dřevo Abstract This bachelor s thesis deals with design of the timber structure tennis hall. Plan dimensions of the hall are 56,4 x 48 m. In the highest point, height of the hall is 14,65 m. The structure is designed for the Třebíč. It is a three-hinged arch of glued lamineted timber. The axial distance of arches is 4 m. Arches are connected by purlins. Purlins are designed as simple beams. Articulated connection is made by pivotal connections. Keywords Tennis hall Load bearing structure Timber structure Three-hinged arch Purlin Glued laminated timber Solid timber
Bibliografická citace VŠKP JANOUŠEK, Martin. Nosná konstrukce tenisové haly. Brno, 2013. 15 s., 85 s. příl. Bakalářská práce. Vysoké učení technické v Brně, Fakulta stavební, Ústav kovových a dřevěných konstrukcí. Vedoucí práce Ing. Karel Sýkora.
Prohlášení: Prohlašuji, že jsem bakalářskou práci zpracoval samostatně a že jsem uvedl všechny použité informační zdroje. V Brně dne 21.5.2013 podpis autora Martin Janoušek
Poděkování: Na tomto místě bych chtěl poděkovat Ing. Karlu Sýkorovi za vedení a cenné rady při zpracování bakalářské práce. Dále bych chtěl poděkovat všem, kteří mě během uplynulých 4 let na fakultě učili.
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 A. TECHNICKÁ ZPRÁVA BAKALÁŘSKÁ PRÁCE BACHELOR S THESIS AUTOR PRÁCE AUTHOR VEDOUCÍ PRÁCE SUPERVISOR MARTIN JANOUŠEK Ing. KAREL SÝKORA BRNO 2013
0 OBSAH 0 OBSAH...1 1 ZADÁNÍ...2 2 VARIANTY ŘEŠENÍ...3 2.1 Varianta A...4 2.2 Varianta B...4 2.3 Varianta C...5 2.4 Vyhodnocení variant...5 3 POPIS ŘEŠENÉ KONSTRUKCE...6 3.1 Geometrie konstrukce...6 3.2 Výpočtový model...6 3.3 Zatížení...8 3.4 Materiál...8 3.5 Střešní plášť...8 3.6 Boční opláštění...9 3.7 Prosvětlení...9 3.8 Sloupy...9 3.9 Vaznice...9 3.10 Plnostěnný oblouk...10 3.11 Ztužidlo...11 3.12 Přípoj vaznice k oblouku...11 3.13 Montážní spoj...11 3.14 Vrcholový kloub...12 3.15 Uložení oblouku...13 4 MONTÁŽ KONSTRUKCE...13 5 OCHRANA KONSTRUKCE...14 6 ZÁVĚR...14 7 SEZNAM POUŽITÉ LITERATURY...14 VEDOUCÍ: Ing. Karel Sýkora - 1 - AUTOR: Martin Janoušek
1 ZADÁNÍ Úkolem bakalářské práce bylo vypracovat návrh hlavní nosné konstrukce tenisové haly pro oblast Třebíč. Navržená hrací plocha splňuje rozměrové požadavky, včetně doběhových ploch, pro provoz 3 tenisových kurtů. Minimální světlá výška pro tenisové kurty není přesně definována, výška 3,60 m v patě haly a výška 12,12 m ve vrcholu je však dostatečná. Díky rozměrům sportoviště 38 x 54 m je možné halu využít i k jiným sportům. Primárně je však určena k hraní tenisu. Minimální rozměry tenisového kurtu Dispozice tenisových kurtů v hale VEDOUCÍ: Ing. Karel Sýkora - 2 - AUTOR: Martin Janoušek
V druhé části haly je umístěno nezbytné zázemí pro sportovce (šatny, sprchy, WC ). Dále je zde umístěn obchod se sportovním vybavením a malý sport bar. Nad touto částí haly lze vybudovat druhé patro, které tak umožní výhled na tenisové kurty a nabídne prostor pro vytvoření malých tribun pro diváky. Nosná konstrukce této části budovy není v rozsahu této práce řešena. 2 VARIANTY ŘEŠENÍ Vzhledem k velkému rozpětí konstrukce (55,75 m) jsem se rozhodl pro plnostěnný oblouk konstantního průřezu z lepeného lamelového dřeva. V předběžném návrhu jsem vybíral ze 3 variant konstrukčního řešení. VEDOUCÍ: Ing. Karel Sýkora - 3 - AUTOR: Martin Janoušek
2.1 Varianta A Plnostěnný oblouk je staticky řešen jako dvoukloubový oblouk o rozpětí 55,75 m, vzepětí 11,72 m a poloměru zakřivení 39 m. Výhody dvoukloubového oblouku: vzhledem k průběhům ohybových momentů menší kritická délka na klopení v místě montážního spoje očekávaný menší ohybový moment a tím i jeho menší dimenze 2.2 Varianta B Plnostěnný oblouk je staticky řešen jako trojkloubový oblouk o rozpětí 55,75 m, vzepětí 11,72 m a o poloměru zakřivení 39 m. VEDOUCÍ: Ing. Karel Sýkora - 4 - AUTOR: Martin Janoušek
Výhody trojkloubového oblouku: snadnější montáž díky vrcholovému kloubu lepší chování konstrukce při nerovnoměrném sedání konstrukce 2.3 Varianta C Plnostěnný oblouk je staticky řešen jako složený trojkloubový oblouk ze dvou kružnicových částí o poloměrech 25,9 m a 48,9 m. Oblouk o větším poloměru je dále podepřen kloubově připojenou stojkou. Vzepětí oblouku je 12,42 m. Výhody trojkloubového složeného oblouku s kloubově připojenou stojkou: snížení konstrukční výšky haly, zmenšení objemu haly zmenšení ohybových momentů na konstrukci 2.4 Vyhodnocení variant Pro další zpracování jsem vybral variantu B trojkloubový symetrický oblouk. Oproti variantě A má výhodu snadnější montáže a lepší vlastnosti při nerovnoměrném zatížení konstrukce. Variantu C jsem vyloučil z důvodu problematické dimenze kloubově uložené stojky. VEDOUCÍ: Ing. Karel Sýkora - 5 - AUTOR: Martin Janoušek
3 POPIS ŘEŠENÉ KONSTRUKCE 3.1 Geometrie konstrukce Hlavní nosná konstrukce je tvořena 15 příčnými vazbami o osové vzdálenosti 4,0 m. V předběžném návrhu byla konstrukce posouzena na osové vzdálenosti jednotlivých rámů 3,5 m; 4,0 m; 4,5 m a 5,0 m. Pro uvažovanou konstrukci (oblouk z lepeného lamelového dřeva, vaznice z běžného řeziva) je z hlediska úspory materiálu nejvýhodnější osová vzdálenost 4,0 m. Příčná vazba je tvořena plnostěnným trojkloubovým obloukem o konstantním průřezu v celé délce oblouku. Ztužení je provedeno vaznicemi, které lícují s horní hranou oblouku, a jejich natočení odpovídá sklonu střešního pláště v místě vaznice. Jejich osová vzdálenost je 2,45 m. Prostorová tuhost konstrukce je zajištěna 4 příčnými ztužidly. 3.2 Výpočtový model Konstrukce je řešena jako prostorová ve výpočtovém programu Scia Engineer 2012.0. VEDOUCÍ: Ing. Karel Sýkora - 6 - AUTOR: Martin Janoušek
VEDOUCÍ: Ing. Karel Sýkora - 7 - AUTOR: Martin Janoušek
3.3 Zatížení Zatížení do plnostěnného oblouku je přenášeno bodově pomocí vaznic. Od střešního pásového světlíku je zatížení přenášeno přes světlík přímo do oblouku. V místě světlíku je tedy oblouk zatížen spojitě. 3.4 Materiál Plnostěnné oblouky jsou navrženy z lepeného lamelového dřeva pevnostní třídy GL24h, vaznice z běžného řeziva C24. Táhla příčného ztužidla jsou navržena z oceli S460. Plechy spojů a čepy jsou navrženy z oceli S235, spojovací prvky (kolíky, svorníky) z oceli jakosti 4.6. 3.5 Střešní plášť Nosná část střešního pláště je tvořena trapézovým plechem TR 40/160 (tl. 1 mm). Trapézový plech je položen na vaznicích přes tři pole (staticky působí jako spojitý nosník). Rozpětí jednoho pole je 2,45 m. Ve statickém výpočtu je pro zjednodušení uvažováno statické působení prostého nosníku (na stranu bezpečnou). Trapézový plech byl posouzen na návrhovou únosnost podle tabulky únosností od výrobce. Ve statickém výpočtu je také řešeno zatížení osamělým břemenem a je navrženo kotvení trapézového plechu k vaznicím. VEDOUCÍ: Ing. Karel Sýkora - 8 - AUTOR: Martin Janoušek
Na trapézový plech je položena parotěsná folie. Izolační vrstva střešního pláště je tvořena tepelnou izolací Rockwool MONROCK MAX E (tl. 160 mm). Hydroizolační vrstva je zastoupena 2 asfaltovými pásy. První podkladní vrstva je k podkladu kotvena mechanicky, druhá vrchní vrstva je plnoplošně natavená. 3.6 Boční opláštění Boční opláštění je tvořeno systémovými stěnovými panely Kingspan KS1150 TF. Panely jsou kladeny podélně. Stěnové panely byly posouzeny na návrhovou únosnost podle tabulky únosností od výrobce (sání a tlak větru). 3.7 Prosvětlení Prosvětlení haly je vyřešeno pomocí dvou pásových světlíků a čelních stěn prosklených deskami z plného polykarbonátu. Pásové světlíky jsou uloženy na dva sousední plnostěnné oblouky (rozpětí 4 m). Délka světlíku je dána obloukovou vzdáleností mezi vaznicemi č. 9. Návrh konstrukce světlíku není v této práci řešen. Světlíky ovlivňují roznos zatížení v konstrukci. V příslušném poli se zatížení přenese přes světlík přímo do oblouku (spojité zatížení). V ostatních polích se zatížení do oblouku přenáší pomocí vaznic (bodové zatížení). 3.8 Sloupy Ve statickém modelu jsou sloupy zavedeny pouze pro přenášení účinků větru do střešní roviny. Sloupy jsou provedeny jako kloubově uložené, dole na základovou patku, nahoře kloubově posuvně ve svislém směru do styčníku příčných ztužidel. V rámci této práce sloupy nejsou dimenzovány. 3.9 Vaznice Vaznice jsou navrženy jako prosté nosníky o rozpětí 4 m. Navržený průřez je 160 x 240 mm z běžného řeziva pevnostní třídy C24. Vaznice lícují s horní hranou plnostěnného oblouku a jsou natočeny podle sklonu střešního pláště v místě vaznice. VEDOUCÍ: Ing. Karel Sýkora - 9 - AUTOR: Martin Janoušek
K oblouku jsou připojeny kloubově pomocí třmenů BV/T 11-40/ 160x220. Osová vzdálenost vaznic je 2,45 m. 3.10 Plnostěnný oblouk Plnostěnný oblouk je hlavní částí nosné konstrukce. Je navržen z lepeného lamelového dřeva pevnostní třídy GL24h, průřezu 220 x 1500 mm. Po celé délce oblouku je průřez konstantní. Oblouk bude realizován jako trojkloubový. Ve vrcholu i v patě oblouku je proveden čepový spoj. Z důvodu snadnější přepravy z výrobní haly na staveniště je oblouk rozdělen pomocí montážních spojů. Každá příčná vazba se tedy skládá ze 4 částí oblouku (2x délky 14,47 m a 2x délky 16,58 m). Vzhledem k průběhům ohybových momentů a k absenci prvků bránících klopení oblouku při spodním okraji je dimenze průřezu limitována velkým vlivem klopení (k m,crit = 0,286). Ve statickém výpočtu je nastíněna jiná varianta řešení. VEDOUCÍ: Ing. Karel Sýkora - 10 - AUTOR: Martin Janoušek
3.11 Ztužidlo Vzhledem k délce haly je ztužidlo tvořeno čtyřmi příčnými pásy. Dva pásy v krajních polích a dva přibližně ve třetinách délky haly. Ztužidla jsou připojena do kříže ke každé druhé vaznici. Připojení ztužidel je provedeno kloubově. Ve výpočtovém modelu je uvažováno působení ztužidel pouze v tahu. Příčné ztužidlo je navrženo jako ocelové táhlo kruhového průřezu o průměru 20 mm. Použita je ocel S460. 3.12 Přípoj vaznice k oblouku Vaznice jsou k oblouku připojeny pomocí systému firmy BOVA Březnice spol. s r.o. V systému kotvení jsou použity třmeny BV/T 11-40/ 160x220 a konvexní hřebíky BV/KH 4x60. Přípoj byl posouzen na střih a na vytažení. 3.13 Montážní spoj Montážní spoj je navržen z důvodu snadnější přepravy dílců na staveniště. Je proveden pomocí vsazeného plechu (tl. 20 mm), kolíků a svorníků (průměru 20 mm). Kolíky a svorníky jsou umístěny do 4 soustředných kruhů. Tlakové síly jsou přeneseny kontaktem. Tah v oblouku nenastává. Předpokládá se stejná vůle kolíků a svorníků. Tento spoj je tuhý v ohybu. VEDOUCÍ: Ing. Karel Sýkora - 11 - AUTOR: Martin Janoušek
3.14 Vrcholový kloub Vrcholový kloub je vytvořen pomocí čepu (průměr 50 mm). Tlakové síly jsou přeneseny kontaktem přes čelní desku. Tah v oblouku nenastává. Čep je k oblouku připojen pomocí vsazeného plechu (tl. 20 mm), 4 kolíků a 2 svorníků (průměru 16 mm). VEDOUCÍ: Ing. Karel Sýkora - 12 - AUTOR: Martin Janoušek
3.15 Uložení oblouku Uložení oblouku je vytvořeno pomocí čepu (průměr 60 mm). Čep je k oblouku připojen prostřednictvím vsazeného plechu (tl. 20 mm), 6 kolíků a 4 svorníků (průměru 20 mm). Připojení čepu k základové patce je realizováno přes patní plech. Ze statického výpočtu vyplývá, že není potřeba navrhnout smykovou zarážku. Tlakové síly jsou přeneseny kontaktem přes čelní desku. Tah v oblouku nenastává. Kotevní šrouby jsou navrženy pouze jako konstrukční 2x M30 4.6. 4 MONTÁŽ KONSTRUKCE Jednotlivé montážní díly konstrukce budou na stavbu přivezeny postupně. Na zemi jsou smontovány vždy dva sousední polooblouky, pomocí vaznic a ztužidel. Poté je takto vytvořený dílec ve vrcholových bodech vyzdvižen. Konstrukce se otáčí okolo patních kloubů tvořených čepovými spoji ukotvenými do předem připravených betonových patek. Vrcholové body se zdvihnou nad jejich konečnou polohu. Poté se spouští zpět do požadované polohy, kde je provedeno zajištění vrcholového kloubu ze zdvižné plošiny. Další oblouky se připojují postupně k již stojící konstrukci pomocí vaznic. Na tuto montáž je nutné použít 2 jeřáby. VEDOUCÍ: Ing. Karel Sýkora - 13 - AUTOR: Martin Janoušek
Montáž trapézového plechu a střešního pláště proběhne až po dokončení hlavní nosné konstrukce. 5 OCHRANA KONSTRUKCE Bude proveden ochranný nátěr proti degradaci, plísním a škodlivému hmyzu. Dávkování ochranného prostředku se bude řídit doporučením výrobce. Dřevěné konstrukce jsou dále opatřeny nátěrem bezbarvého laku. Tento nátěr bude proveden ve třech vrstvách. Antikorozní ochrana kovových prvků konstrukce bude provedena žárovým pozinkováním. 6 ZÁVĚR Pro získání průběhů vnitřních sil od jednotlivých kombinací zatížení byl vytvořen prostorový výpočtový model v programu Scia Engineer 2012.0. Programem navržené dimenze jednotlivých prvků byly pro kontrolu ručně posouzeny. Spoje nosných konstrukcí byly dimenzovány a posouzeny celé ručně. 7 SEZNAM POUŽITÉ LITERATURY [1] ČSN EN 1991-1-1 Eurokód 1: Zatížení konstrukcí - Část 1-1: Obecná zatížení - Objemové tíhy, vlastní tíha a užitná zatížení pozemních staveb. Praha: Český normalizační institut, 2004, 44 s. [2] ČSN EN 1991-1-4 Eurokód 1: Zatížení konstrukcí - Část 1-4: Obecná zatížení - Zatížení větrem. Praha: Český normalizační institut, 2007, 124 s. [3] ČSN EN 1991-1-3 Eurokód 1: Zatížení konstrukcí - Část 1-3: Obecná zatížení - Zatížení sněhem. Praha: Český normalizační institut, 2005, 52 s. [4] ČSN EN 1993-1-1 Eurokód 3: Navrhování ocelových konstrukcí - Část 1-1: Obecná pravidla a pravidla pro pozemní stavby. Praha: Český normalizační institut, 2006, 96 s. [5] ČSN EN 1995-1-1 Eurokód 5: Navrhování dřevěných konstrukcí - Část 1-1: Obecná pravidla - Společná pravidla a pravidla pro pozemní stavby. Praha: Český normalizační institut, 2007, 114 s. VEDOUCÍ: Ing. Karel Sýkora - 14 - AUTOR: Martin Janoušek
[6] ČSN EN 1993-1-8 Eurokód 3: Navrhování ocelových konstrukcí - Část 1-8: Navrhování styčníků. Praha: Český normalizační institut, 2004, 128 s. [7] KOŽELUH, Bohumil. Dřevěné konstrukce podle Eurokódu 5, STEP 2 Navrhování detailů a nosných systémů. [8] KOŽELUH, Bohumil. Dřevěné konstrukce podle Eurokódu 5, STEP 1 Navrhování a konstrukční materiály. [9] KUKLÍK, Petr. Dřevěné konstrukce. Praha: Informační centrum ČKAIT, 2005. ISBN 80-86769-72-0. [10] STRAKA, B., SÝKORA, K. Dřevěné konstrukce, Studijní opory BO03, VUT-Fast Brno, 2005 [11] SÝKORA, K. Kovové a dřevěné konstrukce, Studijní opory BO07, VUT-Fast Brno, 2005 [12] ČSN 01 3483 Výkresy kovových konstrukcí [13] ČSN 01 3487 Výkresy dřevěných stavebních konstrukcí [14] DREXLER, Martin. Víceúčelová sportovní hala. Brno, 2012. 58 s., 7 s. příl. Bakalářskápráce. Vysoké učení technické v Brně, Fakulta stavební, Ústav kovových a dřevěnýchkonstrukcí. Vedoucí práce Ing. Karel Sýkora. [15] NÁVAROVÁ, Michaela. Sportovní hala. Brno, 2012. 14 s., 126 s. příl. Bakalářská práce.vysoké učení technické v Brně, Fakulta stavební, Ústav kovových a dřevěných konstrukcí.vedoucí práce Ing. Karel Sýkora. VEDOUCÍ: Ing. Karel Sýkora - 15 - AUTOR: Martin Janoušek
SEZNAM P ÍLOH: B. STATICKÝ VÝPO ET C. P ÍLOHY STATICKÉHO VÝPO TU D. VÝKRESOVÁ DOKUMENTACE E. ORIENTA NÍ VÝKAZMATERIÁLU