Statická problematika konstrukcí

Vybrané statě z nosných konstrukcí - přednáška 1 Statická problematika konstrukcí z kamene doc. Ing. Karel Lorenz, CSc. Ústav nosných konstrukcí FA www. kamenrevue.cz www.kamenici.cz cz 19.2.2012 Vybrané statě z nosných konstrukcí 5

Obsah přednášky Úvod a vymezení problematiky Obklady Zatížení Statické působení kamenných Statické působení kamenných desek Uspořádání kotvení desek Spojení desek obkladu s kotvením Kotvy osazované do malty Kotvy pro rychlou montáž Kolejnicové konstrukce Dlažby Zatížení Dimenzování Detaily 19.2.2012 Vybrané statě z nosných konstrukcí 6

Úvod a vymezení problematiky konstrukce nosné - kámen jako kusové stavivo - zděné konstrukce - zdivo z čistých kvádrů, řádkové čisté, hrubé, lomové, kyklopské návrh a výpočet podle ČSN EN 1996-1-1 Eurokód 6 Navrhování zděných konstrukcí nejsou předmětem přednášky 19.2.2012 Vybrané statě z nosných konstrukcí 7

Úvod a vymezení problematiky konstrukce nosné - kámen jako kusové stavivo - zděné konstrukce - zdivo z čistých kvádrů, řádkové čisté, hrubé, lomové, kyklopské návrh a výpočet podle ČSN EN 1996-1-1 Eurokód 6 Navrhování zděných konstrukcí nejsou předmětem přednášky 19.2.2012 Vybrané statě z nosných konstrukcí 8

Mezinárodní cena Architecture in Stone, Marmomacc, Verona 2009 opera v Oslo 19.2.2012 Vybrané statě z nosných konstrukcí 9

Bocconi Univesity Extension, Miláno 19.2.2012 Vybrané statě z nosných konstrukcí 10

Offices in the former Alfa Romeo canteen at Portello, Miláno 19.2.2012 Vybrané statě z nosných konstrukcí 11

Restoration and lighting of Plaza del Torico, Teruel, Španělsko 19.2.2012 Vybrané statě z nosných konstrukcí 12

School complex Philim, Nepal 19.2.2012 Vybrané statě z nosných konstrukcí 13

Kámen druhy podle vzniku a složení Magmatické Sedimentární Metamorfované granit (žula) Hlubinné světlé granodiorit syenit diorit Hlubinné tmavé gabro Výlevné hutné andezit Výlevné pórovité trachyt ryolit Klastické hutné hutný pískovec Klastické pórovité pórovitý pískovec opuka Klastické břidličnaté jílovitá břidlice Karbonátové pórovité pórovitý vápenec travertin Karbonátové hutné hutný vápenec Karbonátové krystalický vápenec Silikátové Břidlice fylit kvarcit serpentinit rula granulit 19.2.2012 Vybrané statě z nosných konstrukcí 14

Vlastnost kamene Vlastnosti požadavky se mohou lišit podle způsobu použití a podle umístění Pro dlažby Pro dlažby obrusnost, skluznost, nasákavost, mrazuvzdornost, pevnost v ohybu Obklady Obklady pevnost v ohybu, nasákavost, mrazuvzdornost Normované zkoušky podle ČSN EN 19.2.2012 Vybrané statě z nosných konstrukcí 15

Vlastnosti kamene z hlediska statického posouzení hlavní fyzikální vlastnosti objemová hmotnost, pevnost v ohybu, tepelná roztažnost, nasákavost, mrazuvzdornost normová pevnost, součinitel spolehlivosti materiálu, výpočtová pevnost ČSN EN 13161 (72 1148) Zkušební metody přírodního kamene - Stanovení pevnosti za ohybu při konstantním momentu 19.2.2012 Vybrané statě z nosných konstrukcí 16

Anizotropní materiál rozhodující orientace v konstrukci 19.2.2012 Vybrané statě z nosných konstrukcí 17

Zkouška obrusnosti 19.2.2012 Vybrané statě z nosných konstrukcí 18

Zkouška odolnosti proti skluzu třecím kyvadlem 19.2.2012 Vybrané statě z nosných konstrukcí 19

Výrobky z přírodního kamene Definice podle ČSN EN ČSN EN 12057 (72 1870) Výrobky z přírodního kamene Tenké desky Požadavky Tenká deska plochý čtvercový nebo obdélníkový kus přírodního kamene standardizovaných rozměrů, obyčejně o délce hrany 610 mm, získaný řezáním nebo štípáním s nominální tloušťkou 12 mm ČSN EN 1469 (72 1867) Obkladové desky Požadavky Deska pro vnitřní nebo vnější použití formátovaná do velikosti, v níž tvoří konečnou úpravu povrchu stěn a stropů, upevněná na stavbě buď mechanicky nebo pomocí malt a lepidel (tloušťka větší než 12 mm) 19.2.2012 Vybrané statě z nosných konstrukcí 20

Výrobky z přírodního kamene ČSN EN 12058 (72 1871) Výrobky z přírodního kamene Podlahové a schodišťové desky Požadavky Podlahová deska plochý kus přírodního kamene získaný štípáním nebo řezáním s nominální tloušťkou >12 mm. Na stavbě se pokládá pomocí malty, lepidel nebo jiných upevňovacích prvků Schodišťová deska plochý kus přírodního kamene získaný štípáním nebo řezáním s nominální tloušťkou >12 mm (kromě podstupnice), tvořící horizontální plochu schodišťového stupně (stupnice) nebo vertikální část schodišťového stupně (podstupnice). 19.2.2012 Vybrané statě z nosných konstrukcí 21

Výrobky z přírodního kamene ČSN EN 1341 (72 1861) Desky z přírodního kamene pro venkovní dlažbu Požadavky a zkušební metody Deska jakýkoliv prvek z přírodního kamene používaný jako dlažební materiál, jehož jmenovitá šířka > 150 mm a také obecně minimálně dvojnásobkem výšky. ČSN EN 12059 (72 1872) Výrobky z přírodního kamene Rozměrné kamenné výrobky Požadavky Rozměrné kamenné výrobky Rozměrné kamenné výrobky prvky s přírodního kamene pro vnitřní nebo vnější použití ve stavebnictví, opracované na určité rozměry. Patří mezi ně a) ploché prvky, které se nepoužívají pro obklady nebo podlahové a schodišťové desky, dále též kuchyňské desky, b) zakřivené a trojrozměrné opracované prvky z přírodního kamene. 19.2.2012 Vybrané statě z nosných konstrukcí 22

ČSN 73 3251 "Navrhování konstrukcí z kamene (v revizi) obsah normy statická problematika obklady vyvěšené lepené dlažby ukládané do malty na podložkách v rámech 19.2.2012 Vybrané statě z nosných konstrukcí 23

Metodika návrhu základní metoda - mezní stavy konstrukce ČSN EN 1990 Eurokód Mezní stavy únosnosti - Konstrukce, její části a prvky musí být navrženy tak, aby byly schopny za dobu požadované životnosti přenést největší definované účinky zatížení, aniž by ztratily schopnost nadále plnit svou funkci. Mezní stavy použitelnosti Mezní stavy použitelnosti -Kritéria skupiny mezních stavů použitelnosti odpovídají provozním podmínkám konstrukce při běžných zatěžovacích poměrech. Podle této skupiny se tedy prokazuje správná funkce konstrukce při provozních podmínkách. 19.2.2012 Vybrané statě z nosných konstrukcí 24

OBKLADY z hlediska umístění rozhoduje z hlediska zatížení vnitřní vnější z hlediska konstrukčního řešení rozhoduje pro přenos sil a statické působení samonosné předvěšené podle ukotvení na roštu na kolejnicích na kotvách -do malty - hmoždinkové na lištách 19.2.2012 Vybrané statě z nosných konstrukcí 25

Zatížení hodnoty charakteristiké hodnoty návrhové součinitel γ f zatížení podle ČSN EN 1991 19.2.2012 Vybrané statě z nosných konstrukcí 26

ZATÍŽENÍ stálé - vlastní tíha dáno rozměry prvků a objemovou tíhou kamene vítr větrová oblast, výška nad terénem, tvarový součinitel objemové změny užitné změny teploty a vlhkosti bobtnání a smršťování sníh a námraza vliv podkladní konstrukce podle sněhových a námrazových oblastí dotvarování a smršťování podkladní konstrukce, dilatace mimořádné v seismických a poddolovaných oblastech 19.2.2012 Vybrané statě z nosných konstrukcí 27

Objemová tíha hornin vyvřelých Horniny vyvřelé Objemová hmotnost [kg/m 3 ] čedič, diabas, gabro 3 000 melafyr, spilit 2 900 porézní čedič, labradoryt, porfyr, syenit, trachyt, andesit, znělec, liparit, diorit 2 800 žula, diorit, granodiorit 2 600 tuf těžký tuf lehký 1 800 1 200 19.2.2012 Vybrané statě z nosných konstrukcí 28

Objemová tíha hornin přeměněných Horniny přeměněné Objemová hmotnost [kg/m 3 ] amfibolit, amfibolitická břidlice 2900 mramor, hadec 2800 rula, granulit, vápenec krystalický 2700 kvarcit, fylit, svor 2600 19.2.2012 Vybrané statě z nosných konstrukcí 29

Objemová tíha hornin usazených Objemová Horniny usazené hmotnost [kg/m 3 ] dolomit 2800 pískovec, slepenec, křemenec, buližník 2600 břidlice jílovitá 2600 vápenec hutný 2500 vápenec měkký 1900 vápenec lasturnatý (lumachela) 1700 droba 2500 slínovec (opuka), travertýn 2400 dolomit 2800 19.2.2012 Vybrané statě z nosných konstrukcí 30

Zatížení větrem Zeměpisná poloha (větrová oblast) rychlost větru Uspořádání okolního terénu Tvar objektu Výška nad terénem Místo na fasádě Malá referenční plocha 19.2.2012 Vybrané statě z nosných konstrukcí 31

Statické chování kamenných desek podepření bodové po obvodě desek v ploše desek podepření liniové vyvěšené obklady samonosné obklady 19.2.2012 Vybrané statě z nosných konstrukcí 32

19.2.2012 Vybrané statě z nosných konstrukcí 33

Uspořádání kotvení KOTVENÍ podle zatížení kotvy nosné kotvy přídržné podle umístění po obvodě desek obkladu v ploše desek obkladu ve vodorovných spárách ve svislých spárách 19.2.2012 Vybrané statě z nosných konstrukcí 34

Uspořádání kotev ve vodorovných a svislých spárách předpoklad počtu nosných kotev deska přikotvena dvěma kotvami nosnými a dvěma přídrženými přenos zatížení vlastní tíhou desek přenos zatížení od větru 19.2.2012 Vybrané statě z nosných konstrukcí 35

Spojení desek o kotvami trn lišta šroub (růžice) zadní hmoždíky 19.2.2012 Vybrané statě z nosných konstrukcí 36

Únosnost spojení desky a kotvy porušení kovové části porušení kamene namáhání na smyk namáhání na tah či tlak zkoušky 19.2.2012 Vybrané statě z nosných konstrukcí 37

Kotvy osazované do malty únosnost těla kotvy průřez, vyložení, materiál kotvy únosnost vetknutí do podkladu materiál podkladu, hloubka uložení, průměr otvoru 19.2.2012 Vybrané statě z nosných konstrukcí 38

Kotvy BOVA do malty Ocelová stavební kotva BVM 51-01, 51-02 19.2.2012 Vybrané statě z nosných konstrukcí 39

Ocelová stavební kotva BVM 51-03A, 51-03B 19.2.2012 Vybrané statě z nosných konstrukcí 41

Ocelová stavební kotva BVM 51-21 až 51-25 19.2.2012 Vybrané statě z nosných konstrukcí 43

Přídržná kotva BVM 51-40 a 51-41 19.2.2012 Vybrané statě z nosných konstrukcí 45

Kotvy Halfen Deha, nosné UMA 19.2.2012 Vybrané statě z nosných konstrukcí 46

Kotvy přídržné UHA 19.2.2012 Vybrané statě z nosných konstrukcí 47

Kotvy pro rychlou montáž 19.2.2012 Vybrané statě z nosných konstrukcí 48

Kotvy pro rychlou montáž upevnění pomocí hmoždinek možnost okamžitého zatížení malé otvory pro kotvení rektifikace ve všech směrech omezená rektifikace i po osazení desky bez technologických přestávek 19.2.2012 Vybrané statě z nosných konstrukcí 49

Kotvy BOVA Ocelová stavební kotva BVM 52-01 19.2.2012 Vybrané statě z nosných konstrukcí 50

Ocelová stavební kotva BVM 52-02 až 04, 04A a 04B 19.2.2012 Vybrané statě z nosných konstrukcí 51

Kotvy Halfen Deha 19.2.2012 Vybrané statě z nosných konstrukcí 52

Typ HRM/HRC 19.2.2012 Vybrané statě z nosných konstrukcí 53

Typ BA 19.2.2012 Vybrané statě z nosných konstrukcí 54

Typ DT 19.2.2012 Vybrané statě z nosných konstrukcí 55

Typ DH - přídržná 19.2.2012 Vybrané statě z nosných konstrukcí 56

Zvláštní typy 19.2.2012 Vybrané statě z nosných konstrukcí 58

Špaletové kotvy LW 19.2.2012 Vybrané statě z nosných konstrukcí 59

Špaletové kotvy LW 19.2.2012 Vybrané statě z nosných konstrukcí 60

Špaletové kotvy NAS 19.2.2012 Vybrané statě z nosných konstrukcí 61

Lešenové kotvy Halfen 19.2.2012 Vybrané statě z nosných konstrukcí 62

Kolejnicové konstrukce Halfen SUK 19.2.2012 Vybrané statě z nosných konstrukcí 63

Kolejnicové konstrukce Halfen SUK 19.2.2012 Vybrané statě z nosných konstrukcí 64

Halfen SUK - detaily 19.2.2012 Vybrané statě z nosných konstrukcí 65

Sloupková konstrukce Halfen UKB 19.2.2012 Vybrané statě z nosných konstrukcí 66

Roštová konstrukce Halfen UKH 19.2.2012 Vybrané statě z nosných konstrukcí 67

Kazetová konstrukce systém GOETZ 19.2.2012 Vybrané statě z nosných konstrukcí 68

Závěr k obkladům obklad exponovaná a staticky namáhaná konstrukce dlouhodobá životnost omezená možnost oprav význam podkladní konstrukce problém dilatací projekt, návrh obkladu, provedení 19.2.2012 Vybrané statě z nosných konstrukcí 69

Kamenné dlažby podle provedení dlažby z dlažebních kostek dlažby lepené (do malty) dlažby na podložkách, v rámech podle provozu (obrusnost, skluz) podle zatížení (silové účinky) podle umístění vnitřní, vnější podle spojení s podkladem 19.2.2012 Vybrané statě z nosných konstrukcí 70

Kamenné dlažby lepené podlivkou z cementového mléka podsypem práškovým cementem lepidla na dlažby - tenkovrstvé normální flexibilní silikátová báze, na bázi pryskyřic 19.2.2012 Vybrané statě z nosných konstrukcí 71

Tloušťky dlažebních desek podle ČSN EN 1341 Desky z přírodního kamene pro venkovní dlažbu Třída provozu Lomová síla kn Typické použití 0 K dekorativním účelům 1 0,75 Desky uložené do malty, jen pro pochůzné povrchy 2 3,50 Plochy pro chodce a cyklisty. Zahrady, balkony 3 6,00 Plochy občas pojížděné automobily, pro lehká vozidla a motocykly. Vjezdy do garáží 4 9,00 Plochy pro pěší, tržiště s občasným provozem dodávkových a záchranných vozidel 5 14,00 Plochy pro pěší často pojížděné těžkými nákladními vozidly, nástupní plochy (požární technika) 6 25,00 Dálnice, silnice, ulice, benzinováčerpadla 19.2.2012 Vybrané statě z nosných konstrukcí 72

= t 1,6 1500 l f fd w P Tloušťky dlažebních desek t = 1,6.1500.l.P f f,d.w ff,d je návrhová hodnota pevnost kamene v ohybu (MPa) w šířka dlažební desky (mm) t tloušťky dlažební desky (mm), l délka dlažební desky (mm), P lomové zatížení (kn), 1,6 je součinitel bezpečnosti. 19.2.2012 Vybrané statě z nosných konstrukcí 73

Nesilové účinky objemové změny dlažby dilatační spáry (3 x 3 m) pohyb podkladu vlhkost, mráz 19.2.2012 Vybrané statě z nosných konstrukcí 74

t = 1,6 1500 l f fd w P Dlažby na podložkách Výhody dlažby na podložkách: možná oprava bez demontáže celé vrstvy, možnost provádění i v době, kdy nelze použít mokré procesy (nízké teploty), přístupné podkladní vrstvy bez destrukce dlažby (možnost kontroly a opravy), jednoduchá výměna poškozených desek, dlažba netrpí působením mrazu. Nevýhody dlažby na podložkách: nutno použít větší tloušťky desek možnost zapadání nečistot do spár mezi deskami (dlažbu nelze použít v oblastech s množstvím vegetace) 19.2.2012 Vybrané statě z nosných konstrukcí 75

1,6 t = 1500 l f fd w P Dlažby na podložkách 19.2.2012 Vybrané statě z nosných konstrukcí 76

ZATÍŽENÍ statické dynamické zvláštní případy rovnoměrné zatížení osamělé břemeno u ploch pro pěší dopad osoby 80 kg z výšky 0,10 m při zválště exponovaném provozu se výpočet ověřuje experimenty vlastní tíha desek užitné podle účelu prostoru kolový tlak (čisticí vozík) 19.2.2012 Vybrané statě z nosných konstrukcí 78

Literatura a podklady ČSN 73 3251 Navrhování konstrukcí z kamene (revize) firemní podklady DEKSTONE (www.dekstone.cz dekstone.cz) firemní podklady BOVA (www. www.bova bova-nail.cz nail.cz) firemní podklady HALFEN-DEHA (www. www.halfen halfen- deha.cz) Veverka M., Problematika navrhování kamenných dlažeb, doktorská disertační práce, 2007 19.2.2012 Vybrané statě z nosných konstrukcí 79