9. Velkorozponové haly Konstrukce z tuhých prvků, visuté konstrukce, zavěšené konstrukce, pneumatické konstrukce s lany. Zvolené rozdělení podle hlavních nosných prvků: (doplnit o plášť, zavětrování, stěny atd.) Obecně platí: konstrukce z tuhých prvků, visuté konstrukce, zavěšené konstrukce, pneumatické konstrukce s lany. plnostěnný nosník rovinné soustavy, prostorové soustavy. spotřeba materiálu nároky na opěry příhradový nosník oblouk rám zavěšený nosník visuté konstrukce klesá stoupají OK3 1 9 Prof. Ing. Josef Macháček, DrSc. 1
1. Konstrukce s tuhých prvků Rovinné soustavy Plnostěnný nosník Nevýhody: těžký, řídké použití. Příklad: Wilsonovo nádraží, horní pás ortotropní, L = 45 m Výjimka: nosník s trapézovou tenkostěnnou stěnou tl. 2 4 mm, L až 50 m Příhradový nosník Nevýhody: velká výška (až L/10), stabilita tlačeného pásu. Modifikace: prostorový příhradový nosník (L cr jen mezi styčníky) Příklad: Hala Vítkovice L = 100 m Stadion Amsterdam L = 177 m (s pohyblivou střechou) OK3 2 9 Prof. Ing. Josef Macháček, DrSc. 2
Oblouky (plnostěnné, příhradové) Nevýhody: zakřivení působí potíže krytině. (proto často polygonální tvar) Statika oblouku: v Mv H = f L Stabilita oblouku: a) Přibližně posudek na vzpěr pro N x = L/4 ) l / 2 pro vybočení v rovině oblouku: N L f Příklad: Olymp. stadion Sydney L = 300 m Olymp. stadion Athény L = 304 m Dvojkloubový (vetknutý): - vliv stlačení střednice ( menší H), - citlivý na pokles podpor a teplotu, - vhodné je vložit táhla do podlahy (přenést H). pro vybočení z roviny oblouku: - vzdál. příčného držení -nebo L = β β 2L b) Teorií II. řádu s imperfekcemi (velké oblouky) cr 1 cr ) l = β 2 L β = 0,7 β = 1,0 β = 1,15 (β 1, β 2 v normách podle geometrie a zatížení) OK3 3 9 Prof. Ing. Josef Macháček, DrSc. 3
Olympijský stadion Athény oblouky L = 304 m, polykarbonátová krytina (španělský architekt Santiago Calatrava) OK3 4 9 Prof. Ing. Josef Macháček, DrSc. 4
Rámy Nejrůznější typy uložení, náběhy apod. Stabilita viz v kapitole Klasifikace rámů. L až 70 m spoj předpjatými šrouby (omezit deformace) Detail "kloubu" (vetknutí vyžaduje příliš velké základy): šrouby v obrysu sloupu Prostorové soustavy rošty příhradové desky válcové klenby a skořepiny kopule Při prostorovém návrhu platí: - materiál je lépe využit, - tuhost konstrukce při výpočtu je větší, - výroba je však pracnější a montáž obtížnější. OK3 5 9 Prof. Ing. Josef Macháček, DrSc. 5
Rošty dvojsměrné nosníky: plnostěnné příhradové (podpory jsou obvykle po obvodě) třísměrné rošty může se v půdoryse zkosit nutné zavětrování v obou směrech!!! - jsou tuhé, zavětrování není nutné. Příhradové desky (obvykle trubkové) Liší se od roštů tím, že dolní pásy jsou posunuty o ½ příhrady: dvojsměrné konstrukce má 1º vnitřní volnosti min. 4 svislé podpory!!! OK3 6 9 Prof. Ing. Josef Macháček, DrSc. 6
Třísměrné Výhody příhradových desek podpory lze umístit podle potřeby (řeší se dimenzí prutů - "skryté průvlaky"), umožňuje nejrůznější půdorysy, některé pruty lze výhodně vypustit (např. části dolních pásů, diagonály). Nevýhody příhradových desek styčníky jsou složité (obvykle patentované), spotřeba materiálu je vysoká (z důvodu dodržení min. dimenzí). Styčníky příhradových desek a) Svařenec z lisovaných polokoulí d t d 40 - výlisky jsou lisovány za tepla do zápustky, - jedna trubka probíhá, - ostatní trubky v prostoru přivařeny na kouli ~2d tupým svarem ½ V. OK3 7 9 Prof. Ing. Josef Macháček, DrSc. 7
b) Patentované styčníky Mero systém SRN Obdoba: KT-I Jap.: (mnohostěn - lze připojit až 18 trubek) šestihranný kryt pružina matice matice krytu šroub Řada modifikací, např.: válcový styčník (přenáší M), talířový styčník (pro jednovrstvé k.) Význačné stavby: Globe Arena (1987) Eden projekt (2000) Singapore Art C. (2002) S. Jordi (1992) OK3 8 9 Prof. Ing. Josef Macháček, DrSc. 8
Systém Triodetic Kanada svěrný šroub Význačné stavby: zploštělá trubka zaháknuta Skleník ve Vancouveru (1969) Toronto IMAX (1971) Hawaii Energy Center (2004) Systém Nodus VB VP šroub dělený styčník oka pro načepování trubkových diagonál čtverhranná trubka OK3 9 9 Prof. Ing. Josef Macháček, DrSc. 9
Válcové klenby a skořepiny plnostěnné příhradové obvykle ortotropní (s výztuhami) pro lokální tuhost Příklad: sportovní hala Praha výstaviště (1962) L= 64 m, t = 4 mm jednovrstvé dvouvrstvé Příklad: lamelové konstrukce zimních stadionů Kladno, Prostějov 236 112 Statické řešení (viz ČSN EN 1993-1-6) a) Pevnostní: porucha ve štítu M x ϕ trámová síla Nx zkušebna v Moskvě (zřítila se kolem r. 1985) - ohybová teorie výsledkem je 6 složek vnitřních sil (N x, N ϕ, N xϕ, M x, M ϕ, M xϕ ) oblouková síla N - membránová teorie ϕ výsledkem jsou jen 3 normálové síly + smyková síla N xϕ (N x, N ϕ, N xϕ ). Nutno uvážit ohybové poruchy (zejména u štítů M x ) OK3 10 9 Prof. Ing. Josef Macháček, DrSc. 10
a) Stabilitní ("prolomení" skořepiny): - globální ztráta stability w 0 - lokální ztráta stability Kopule rovnoběžková síla N ϑ meridiánní síla N ϕ membránová teorie + smyková síla N ϑϕ v patě tažený prstenec (nebo kotvení vodorovných sil), ve vrcholu zahuštění prutů výhodnější je tlačený závěrný prstenec. Jednovrstvé kopule Příklad: mřížový Z pavilon v Brně 93 m (trubky 60 2 až 102 6) tlačená trubka 330 17 OK3 11 9 Prof. Ing. Josef Macháček, DrSc. 11
Dvojvrstvé kopule 2,5 m Stadion v Detroitu (1979) 266 135 36 příhradových vazníků táhla 100 mm (S460) Hala Sazka (2004) obdobně hala v Anaheimu LA L=101 133 m hala v Chicagu L = 115 159 m Skleníky Eden (VB, 2000) Globe Arena (Stockholm, 1987) Historicky: báně Schwedlerovy, Zimmermanovy. Nové trendy: geodetická kopule (ikosaedr) - 12 vrcholů, 20 stěn, 30 stejných prutů. OK3 12 9 Prof. Ing. Josef Macháček, DrSc. 12
Hala Sazka (2004) - pro18 000 diváků, - průměr 135 m, výška 9 m, - 36 vzpínadlových vazníků s táhlem 98 mm (S460), - středový tubus 18 m o váze 170 t (lze zavěsit dalších 30 t). OK3 13 9 Prof. Ing. Josef Macháček, DrSc. 13
2. Visuté konstrukce (používají nosný visutý tažený prvek) - lanové (vláknové), - membránové. Výhody: malá spotřeba materiálu, velké tvarové možnosti (architektonická rozmanitost). Nevýhody: tvarová nestálost M (x) = 0 tvar závisí na zatížení, tzn: - řešit teorií II. řádu, - vysoké nároky na krytinu. velké vodorovné reakce L f H = 2 q L 8f - vysoké nároky na podpory. OK3 14 9 Prof. Ing. Josef Macháček, DrSc. 14
Lana (viz OK1: vinutá, skládaná, jednopramenná, vícepramenná, otevřená, uzavřená) mezery vyplněny voskem, polyuretanem dráty pozink. Zn95Al5 (300g/m 2 ) Koncovky plastové trubky výplň: pryskyřice polymery cementy otevřená, zinkem zalitá válcová zalitá kovem nebo epoxidem (může mít vnější/vnitřní závit, nebo oka pro přípoj) otevřená kovaná koncovka srdcovka U svorka svorky OK3 15 9 Prof. Ing. Josef Macháček, DrSc. 15
Lanové konstrukce rovinné prostorové Rovinné lanové konstrukce (válcové střechy) a) jednovrstvé popř. obvodové lano kotvení do základů nebo do věnce: Pro zatížení sáním nutno střechu stabilizovat: změna tvaru a kmitání zatížením (balast), vyztužením (tuhé prvky), předpětím (dvojvrstvé konstrukce, dále). OK3 16 9 Prof. Ing. Josef Macháček, DrSc. 16
b) dvojvrstvé předepnuté nosné a napínací lano spojovací táhla Jawerthův nosník (všechny prvky lanové, tažené) spojovací vzpěry Příklady: posluchárna univerzity v Utica (USA) zimní stadion Johannesburg (Stockholm) 15 800 75 000 82 800 OK3 17 9 Prof. Ing. Josef Macháček, DrSc. 17
Prostorové lanové konstrukce a) s radiálními lany (obvykle kruhový půdorys) půdorys 1. 2. 3. řez tlačený vnější prstenec dvojice lan vnitřní tažený prstenec b) lanové kopule Geigerovy tlačené svislice velká rozpětí (až 250 m) vrchní tažený prstenec předepnuté radiály tlačený prstenec tažené prstence Příklad: Pavilon USA v Bruselu, 1958 (104 m) Příklad: Olympijský stadion Seul, 1988 (tkaninová krytina) OK3 18 9 Prof. Ing. Josef Macháček, DrSc. 18
Geigerův systém Statické chování Provedení P P/2 P/2 P P/2 P/2 P P/4 P/4 P tažené prstence P/4 P/4 P/2 P/2 tlačený prstenec Montáž předpínání tlačený prstenec dodávat tažené prstence OK3 19 9 Prof. Ing. Josef Macháček, DrSc. 19
c) lanové sítě 2 osnovy lan konkávní konvexní - nosná - předpínací 1. přímé obvodové prvky 2. obloukové obvodové prvky velké ohybové momenty Příklady: Č. Budějovice, Bratislava Pasienky, 1962 (72x66 m) Festivalový komplex Tartu (53,3x42,6 m): montáž a dokončení OK3 20 9 Prof. Ing. Josef Macháček, DrSc. 20
Membránové visuté konstrukce Nosná membrána může tvořit zároveň krytinu. Mohou být: válcové, kruhové, elipsovité. Příklad: Moskva (elipsa 224x183 m): t = 5 mm + žebra drží tvar při sání připevnění podhledu 224 x 183 tažený prstenec Obecně materiál membrán: nerez ocel (plech t = 4 5 mm, slitiny Al (do 70 m jenom t 2 mm), tkanina, fólie (dnes zejména ETFE, PTFE). OK3 21 9 Prof. Ing. Josef Macháček, DrSc. 21
Příklad plachtové konstrukce (PTFE) obvodová lana kotvení lan OK3 22 9 Prof. Ing. Josef Macháček, DrSc. 22
3. Zavěšené konstrukce (používají tuhý nebo netuhý závěsný prvek) Závěsy tvoří další podpory, které jsou poddajné. Jejich umístění je nutné optimalizovat. Závěsy jsou: tuhé (tyče, trubky), zejména jsou-li při sání větru tlačené, lanové (ohebné). Zavěšené tuhé konstrukce střech: Příklad: Hangár Ruzyně kotvení do základu sloupu vnější kotvení (nároky na pozemek) 48 Zavěšené visuté konstrukce střech: Příklad: Olympijský stadion v Mnichově, 1972 Letiště Džida (pro poutníky do Mekky), 405000 m 2, 1980 Tkanina, plasty OK3 23 9 Prof. Ing. Josef Macháček, DrSc. 23
4. Pneumatické konstrukce stabilizované lany Tkaninové konstrukce s vnitřním přetlakem cca 0,003 at (= 0,0003 MPa = 0,3 kn/m 2 ). Příklady: Hala ve Vancouveru (1983) tkanina lana 80 mm Rozměr 232 x 190 m přetlak 0,003 at Big Egg Tokio (1988) lana 80 ā 8,5 m přetlak 0,003 at 201 m tkanina 0,8 mm Pro baseball, 55000 diváků, při tajfunech se vypouští OK3 24 9 Prof. Ing. Josef Macháček, DrSc. 24
5. Konstrukce s taženými prvky a skly V pohledových konstrukcích (např. odbavovací a vstupní haly) se stále více uplatňují tažené tyčové prvky a skleněné konstrukce: systém DETAN systém MACALLOY Příklady: Expo Lisabon 1998 Granada Airport 1998 Madrid Barajas 2006 Senftenberg 1998 OK3 25 9 Prof. Ing. Josef Macháček, DrSc. 25
Skleněné fasády podepírané lanovými předpjatými nosníky Konstrukce vytvořené z předepnutých tyčí. Tlačené rozpěry z trubek podepírají skleněné tabule rektifikovatelnými bodovými držáky ("pavouky"). OK3 26 9 Prof. Ing. Josef Macháček, DrSc. 26
Velkorozměrová skleněná fasáda (Mnichov) OK3 27 9 Prof. Ing. Josef Macháček, DrSc. 27