6. cvičení KONSTRUKCE POZEMNÍCH STAVEB Klasifikace konstrukčních prvků Uvádíme klasifikaci konstrukčních prvků podle idealizace jejich statického působení. Začneme nejprve obecným rozdělením, a to podle schematizace geometrického tvaru rozeznáváme prvky prutové, plošné a prostorové. Pruty Pruty mají jeden rozměr (délkový l) značně převládající nad ostatními dvěma rozměry (příčnými b, h). Působiště vnějších i vnitřních sil se koncentrují do osy prutu spojnice těžišť průřezů. Příhradový prut je zatížen i podepřen ve směru své osy; přenáší pouze normálové síly (viz obr.). Obr. Příhradový prut Nosník má zatížení i podepření kolmé k ose prutu; přenáší posouvající síly a ohybové momenty (viz obr.). Obr. Nosník 1
Rovinný rámový prut má zatížení i podepření, jež lze rozložit do směru kolmého a rovnoběžného s osou prutu; přenáší normálové síly, posouvající síly a ohybové momenty (viz obr.). Obr. Rámový prut rovinný Prostorový rámový prut má zatížení i podepření obecné; přenáší normálové a posouvající síly, ohybové a krouticí momenty (viz obr.). Obr. Rámový prut prostorový Plošné prvky Plošné prvky mají dva rozměry (délkové l 1, l 2 ) značně převládající nad zbývajícím třetím rozměrem (tloušťkou t). Působiště vnějších i vnitřních sil se koncentrují do střednicové roviny plochy půlící tloušťku prvku. 2
Stěna je zatížena i podepřena jen ve střednicové rovině; přenáší normálové a posouvající síly (viz obr.). Obr. Stěna Nosníková deska má zatížení i podepření kolmé ke střednicové rovině, v jednom směru konstantního průběhu; přenáší posouvající síly a ohybové momenty (viz obr.). Obr. Deska nosná v jednom směru Obousměrná deska má zatížení i podepření kolmé ke střednicové rovině (obecného průběhu); přenáší posouvající síly, ohybové a krouticí momenty (viz obr.). Obr. Deska nosná v obou směrech 3
Deskostěnový prvek má zatížení i podepření, jež lze rozložit do směru kolmého a rovnoběžného se střednicovou rovinou; přenáší normálové a posouvající síly, ohybové a krouticí momenty (viz obr.). Obr. Deskostěnový prvek K modelu vnějších a vnitřních vazeb K úplnému popisu statického modelu stavební konstrukce je zapotřebí definovat okrajové podmínky jednotlivých prvků, a to jak při vnějších vazbách (podporách), tak při vnitřních vazbách (spojích). V zásadě se vazby rozlišují jako: kloubové, jež přenášejí pouze síly (normálové, posouvající), tuhé, jež přenášejí jak síly, tak momenty (ohybové, krouticí). 4
Konstrukční systémy patrových budov Představujeme pouze základní konstrukční prvky a jejich funkce při přenosu obvyklých druhů zatížení do základové konstrukce. Pro lepší pochopení problematiky vyložíme principy přenosu svislého a vodorovného zatížení odděleně. Přenos svislého zatížení Přenos svislého zatížení je zabezpečen systémem svislých vazeb a (vodorovných) stropů. Svislé vazby přenášejí zatížení ve své rovině. Jsou podepřeny v základech a zajišťují podepření stropů. Obr. Svislé vazby 5
Podle konstrukčního uspořádání (viz předchozí obr.) se svislé vazby rozlišují jako: stěnové, tvořené plošnými prvky stěnami (převážně v betonových konstrukcích), skeletové, vytvořené ze sloupů a průvlaků rámových prutů, spojených ať již kloubově anebo tuze (v betonových i ocelových konstrukcích). Svislé vazby se navrhují buď v jednom směru modulové osnovy nebo v obou směrech modulové osnovy. Oboje uspořádání se uplatňuje jak v betonových, tak v ocelových konstrukcích. Vodorovné konstrukce stropy přenášejí zatížení kolmé ke své rovině. Jsou podepřeny svislými vazbami. V budovách s jednou osnovou svislých vazeb (viz obr.) se navrhují jako: deskové stropní desky jsou nosné jen v jednom směru (převážně v betonových konstrukcích), trámové, neboli stropnicové stropní trámy, neboli stropnice působí jako nosníky (v betonových i ocelových konstrukcích). Obr. Stropy při jedné osnově svislých vazeb 6
V budovách se dvěma osnovami svislých vazeb (viz obr.) se navrhují jako: tzv. křížem vyztužená deska (v betonových konstrukcích) stropní desky jsou nosné v obou směrech, tzv. složená stropnicová soustava (v ocelových konstrukcích) stropnice působí jako nosníky. Obr. Stropy ve dvou osnovách svislých vazeb Přenos vodorovného zatížení Přenos vodorovného zatížení je zabezpečen systémem svislých a vodorovných ztužení. Svislé ztužení přenáší zatížení ve své rovině. Je podepřeno v základech a zajišťuje podepření vodorovného ztužení (je-li navrženo). Podle konstrukčního uspořádání (viz obr.) se svislé ztužení rozlišuje jako: stěnové, tvořené plošnými prvky stěnami (převážně v betonových konstrukcích), rámové, vytvořené tuhým spojením průvlaků a sloupů (v betonových i ocelových konstrukcích), příhradové, vytvořené vložením diagonálních prutů příhradových prutů (převážně v ocelových konstrukcích). 7
Obr. Svislá ztužení Svislé ztužení musí být navrženo v obou směrech modulové osnovy, a to buď v každé její rovině (pak odpadá návrh vodorovného ztužení), nebo jen v některých (alespoň ve dvou) rovinách modulové sítě. Vodorovné ztužení přenáší zatížení ve své rovině. Je podepřeno svislým ztužením a navrhuje se obvykle v každém podlaží. Podle konstrukčního uspořádání (viz obr.) se vodorovné ztužení rozlišuje jako: tuhá stropní deska (v betonových konstrukcích) působí (vzhledem k současnému přenosu svislého zatížení) jako deskostěnový prvek, příhradové ztužidlo (v ocelových konstrukcích), vytvořené vložením diagonálních prutů příhradových prutů. 8
Obr. Vodorovné ztužení tuhými stropními deskami Obr. Vodorovné příhradové ztužidlo 9
Konstrukční systémy jednopodlažních hal Představujeme opět jen základní konstrukční prvky a jejich funkce při přenosu obvyklých druhů zatížení do základové konstrukce. Principy přenosu svislého a vodorovného zatížení jsou u jednopodlažních hal obdobné jako u patrových budov. Halové objekty (viz obr.) v zásadě sestávají ze: (svislých) podélných vazeb, (svislých) příčných vazeb a (vodorovné) střešní konstrukce. Obr. Půdorysná modulová síť halových objektů Obvyklá konstrukční uspořádání jsou v betonových a ocelových halách rozdílná. Společného mají většinou to, že: podélné vazby přenášejí pouze vodorovné zatížení (ve své rovině), příčné vazby přenášejí jak vodorovné, tak svislé zatížení (rovněž ve své rovině) a zajišťují podepření střešní konstrukce, střešní konstrukce přenáší svislé zatížení (kolmé ke své rovině), je podepřena v místech příčných vazeb. Betonové haly Příčné vazby (viz obr.) se navrhují jako: příčný rám, tvořený vetknutými sloupy a tuze připojenou příčlí (častěji v monolitických konstrukcích), sloupová vazba, tvořená vetknutými sloupy a kloubově připojeným vazníkem (častěji v montovaných konstrukcích). 10
Obr. Příčné vazby Podélné vazby (viz obr.) se navrhují jako: podélný rám, tvořený opět vetknutými sloupy a tuze připojenými příčlemi (častěji v monolitických konstrukcích), soustava sloupů a žlabových nosníků sloupy jsou vetknuty, žlabové nosníky k nim připojeny kloubově (častěji v montovaných konstrukcích). Obr. Podélné vazby Střešní konstrukce se většinou navrhuje deskové soustavy střešní desky jsou nosné jen v jednom směru (viz obr.). 11
Obr. Střešní konstrukce Ocelové haly Příčné vazby (viz obr.) se navrhují jako: sloupová vazba, tvořená vetknutými sloupy a kloubově připojeným vazníkem, rámová vazba, tvořená kloubově podepřenými sloupy a tuze připojenou příčlí. Obr. Příčné vazby Podélné vazby sestávají z kloubově podepřených sloupů, zajištěných proti vodorovnému zatížení tzv. příčným (neboli větrovým) ztužidlem příhradového uspořádání (viz obr.). Obr. Podélná vazba Střešní konstrukce se většinou navrhuje vaznicové soustavy vaznice působí jako nosníky (viz obr.). 12
Obr. Střešní konstrukce Ve střešní konstrukci se z důvodu přenosu vodorovného zatížení rovněž navrhuje větrové ztužidlo (střešní část viz obr.). 13