BH 52 Pozemní stavitelství I

BH 52 Pozemní stavitelství I Klenby Skeletové konstrukční systémy Ing. Lukáš Daněk, Ph.D.

Klenby

Základní rozdělení stropních konstrukcí Rozdělení stropních konstrukcí dle konstrukčně-statického řešení : - klenbové konstrukce, - deskové (plošné) konstrukce, - nosníkové (prutové) konstrukce. Rozdělení stropních konstrukcí dle konstrukčních a materiálových variant : - klenby, - dřevěné stropy, - keramické stropy, - železobetonové stropy, - železobetonové vložkové stropy, - sklobetonové stropy, - ocelové stropy, - materiálově kombinované stropy (spřažené ocelobetonové stropy).

Klenby Definice: - jeden z nejstarších typů stropních konstrukcí (výskyt prakticky ve všech historických obdobích, - oblouková tlačená konstrukce z cihel, kamene, od 20.století z prostého betonu nebo železobetonu Materiál a technologie provedení: - montované - zděné, kamenné, betonové, ŽB, skloželezobetonové, sestaveny z kusových prvků tzv. klenáků - monolitické ŽB Výhody a nevýhody: + nehořlavost, požární odolnost, trvanlivost (vzhledem k užitému materiálu) - velká hmotnost, pracnost, konstrukční rozměry (vyšší nároky na konstrukční výšku podlaží)

Statické působení kleneb Klenbové působení Klenba je charakteristická přenášením vnějšího zatížení normálovými silami (obloukovou tlakovou silou). Výslednicová - tlaková čára představuje množinu všech působišť výslednic vnitřních sil podél celé klenby. Zdroj: Hájek, P. Konstrukce pozemních staveb 10

Statické působení kleneb Klenba vyvozuje velké vodorovné síly v uložení, které jsou tím větší, čím je menší vzepětí klenby. Působení klenby je tak podmíněno dokonalým nepoddajným podepřením pat klenby. Pro únosnost a stabilitu klenby mají velký význam klenbová nadezdívka a zásyp klenby.

Konstrukce kleneb Čelní oblouk klenby - příčný řez kolmý k hlavní ose klenby, - nejčastěji kruhový, kruhový segmentový nebo eliptický.

Konstrukční části klenby Zdroj: Hájek, P. Konstrukce pozemních staveb 10

Pata klenby - podpůrná konstrukce, která přenáší šikmé tlaky od kleneb do svislých k-cí (někdy opěrami zdi či táhla) Zdroj: Hájek, P. Konstrukce pozemních staveb 10 Klenbové kleště Zdroj: Hájek, P. Konstrukce pozemních staveb 10 typy patek kleneb a klenebných pásů Druhy patek kleneb: a zapuštěná b polozapuštěná c - vyložená

Zásady provádění zděných kleneb - vyzdíváno z tzv. klenáků na podpůrné celoplošné bednění nebo na ramenáty, - postupuje se od patek k závěru klenby na vazbu s ložnými a styčnými spárami, - ve vrcholu vždy závěrný klenák ne spára, - závěr klenby důkladně vyklínovat, - po vyklenutí se rub zalije řídkou maltou a provede klenbová nadezdívka, případně zásyp. Zdroj: Hájek, P. Konstrukce pozemních staveb 10

Valená klenba a rovná valená klenby b šikmá valená klenba c kuželová valená klenba d stoupající valená klenba Zdroj: Hájek, P. Konstrukce pozemních staveb 10

Valená klenba

Valená klenba varianty úhlopříčného vyzdívání

Klasická klášterní klenba

Neckovitá klenba

Zrcadlová klenba

Kopule (báň) Zdroj: Hájek, P. Konstrukce pozemních staveb 10

Česká klenba

Klasická křížová klenba

Zdroj: Hájek, P. Konstrukce pozemních staveb 10 Lunetové klenby

Skeletové konstrukční systémy

Dělení konstrukčních systémů Dle zvolených svislých nosných konstrukcí (funkčního uspořádání): A. Stěnové základní k-ční prvek = plošný prvek: stěna, B. Skeletové (sloupové) základní k-ční prvek = tyčový prvek: sloup, pilíř, rámové (průvlakové), hlavicové (hřibové), deskové (bezprůvlakové), C. Kombinované kombinace stěn a sloupů, (stěnové, skeletové), stěny a sloupy v horizontální rovině, jádrové systémy, vertikálně kombinované systémy, D. Superkonstrukce speciální konstrukce výškových budov, značné zatížení větrem, konstrukce s velkou životností (např. ocel), konstrukce skeletová nebo kombinovaná, primární a sekundární nosná konstrukce (superrámy), dispoziční variabilita nosná konstrukce soustředěna např. na obvodu, E. Jednopodlažní halové KS (strop tvoří střechu objektu).

Dělení konstrukčních systémů Dle technologie provádění: - zděný (kusové stavivo + pojivo), - monolitický (do bednění z betonu na stavbě), - montovaný (z předem vyrobených prvků panely, bloky, beton, dřevo, kov), - kombinovaný. Dle hlavního materiálu: - zděný, - betonový nebo železobetonový, - z kovových prvků, - z dřevěných prvků, - kombinace materiálů.

Dělení dle uspořádání svislých nosných konstrukcí

Prvky skeletového konstrukčního systému

Typy skeletových konstrukčních systémů

Monolitické železobetonové skelety Definice : - jsou jednotlivé nosné konstrukce vytvořené ze sloupů, průvlaků, hlavic a ze stropní konstrukce. Monolitickým spojením svislých a vodorovných prvků získává konstrukce značnou tuhost, která se uplatňuje při stavbě výškových objektů. Svislé nosné konstrukce se rozmisťují v osové vzdálenosti 3600 až 9000 mm.

Monolitické železobetonové skelety Výhody : - celistvost konstrukce, - pevnost, - tuhost, - odolnost proti účinkům mimořádného nahodilého zatížení nebo v poddolovaném, území, seismických oblastech, - možnost provádět atypické objekty libovolné půdorysné tvary, různé rozpony a v různém prostorovém uspořádání konstrukcí. Nevýhody : - vzniká mokrý stavební proces, - delší doba výstavby objektu.

Monolitické železobetonové skelety Sloupy : - mají čtvercový, obdélníkový a kruhový průřez, popř. i jiný tvar, - jsou namáhány hlavně tlakem + ohybem (ohybové napětí), - musí být vyztuženy (např. u pravoúhlých průřezů použití podélné výztuže a třmínků; kruhový a mnohoúhelníkový průřez obsahuje spirálovou příčnou výztuž), - minimální rozměr sloupů b= 250 mm, u jednopodlažních staveb b = 200 mm. Ve většině případů jsou rozměry sloupů 300 x 400 mm nebo 400 x 500 mm. Průvlaky a stropní trámy : - přibližný návrh výšky průvlaku 1/8 1/12 osové vzdálenosti sloupů - výška stropních trámů 1/15 až 1/17 jejich délky.

Monolitické železobetonové rámové skelety Monolitické ŽB skelety s příčnými rámy - používají se obvykle v dlouhých budovách, jejíchž výška je větší než trojnásobek šířky, - stropní konstrukce se navrhuje jako desková nebo trámová, - skelety s příčnými rámy dobře odolávají účinkům vodorovného zatížení, - ztužení se provádí vloženými podélnými ztužujícími stěnami (popř. podélnými průvlaky). - výhoda : umožnění různorodé ztvárnění průčelí, nezastiňují vnitřní prostory. - nevýhoda : komplikovaný podélný rozvod instalací pod stropem, které musí procházet pod průvlaky (nutné podhledy stropů).

Monolitické železobetonové rámové skelety Monolitické ŽB skelety s podélnými rámy - používají se pro objekty o výšce menší nebo rovné jejich hloubce (šířce), - průvlaky jsou rovnoběžné s podélnou osou budovy, - podélné rámy mají malou prostorovou tuhost, proto použití u nízkopodlažních objektů, - ztužení podélných rámů zajišťují vložené příčné stěny (štítové) nebo vložené příčné průvlaky. - výhoda : snadné provedení podélných instalačních rozvodů. - nevýhoda : vysoké průvlaky, které zastiňující místnosti a je omezená architektonické ztvárnění průčelí.

Monolitické železobetonové rámové skelety Monolitické ŽB skelety s obousměrnými rámy - jsou velmi tuhé proto se používají pro výškové budovy, které jsou značně zatížené, - stropy se provádí jako obousměrné armované desky (trámové, popř. roštové stropy), - ztužení skeletového systému výztužnými stěnami, schopnými přenést vodorovná zatížení, umožňuje zmenšit průřezovou plochu sloupů na minimum nutné jen pro přenesení svislých zatížení, - stěny by měly minimálně omezovat variabilitu členění vnitřního prostoru budovy, naopak by se měly využívat pro akustické a požární oddělení prostor.

Monolitické železobetonové hlavicové skelety - hlavicové (hřibové) skelety jsou zvláštním případem konstrukce s oboustranně uspořádanými průvlaky, - průvlaky jsou redukovány do silně vyztužených pruhů, probíhajících ve stropech nad hlavicemi sloupů, - tyto obousměrné ploché průvlaky (tzv. skryté) nesou oboustranně vyztuženou stropní desku (tzv. křížem armovaná deska), - hřibové hlavice sloupů mají půdorysný tvar pravoúhlý, mnohoúhelníkový, nebo kruhový, - půdorysné rozměry hlavic se určují výpočtem (přibližně 0,2 až 0,4 L), - tloušťka stropní desky se navrhuje 1/40 L (min. 150mm), - sloupy se rozmisťují obvykle ve čtvercové síti, v osové vzdálenosti 6,0 až 9,0 m, - krajní sloupy se odsazují od průčelí o potřebnou šířku hlavice, - hlavicové skelety se používají pro objekty namáhané velkým užitným zatížením (výrobní a skladovací objekty), - nevýhodou monolitických hlavicových skeletů je komplikované bednění.

Monolitické železobetonové hlavicové skelety

Monolitické železobetonové deskové skelety - deskový monolitický skelet má stropní kci přímo podporovanou sloupy, - deskový skelet se vyvinul z průvlakového skeletu, nebo ze skeletu hlavicového a to zmenšením výšky průvlaku nebo hlavice na tloušťku stropní desky, takže průvlaky ani hlavice nejsou viditelné, - deska má rovný podhled, pouze výztuž vytváří mezi sloupy podporové pruhy, které působí jako ploché průvlaky, - v okolí sloupu je z výztuže vytvořena plochá hlavice (proto je deskový skelet označován též jako skelet se skrytými průvlaky nebo skelet se skrytými hlavicemi ), - sloupy se rozmisťují obvykle ve čtvercové síti, - stropní deska má být po obvodu vyložena, aby do krajních sloupů nebyly vnášeny velké ohybové momenty, - skelet s deskovými stropy málo odolává účinkům vodorovných sil (proto se u vyšších objektů musí provádět ztužení výztužnými stěnami nebo jádry, - skelety s deskovými stropy se používají pro budovy s menším užitným zatížením, - předností je rovný podhled, volnost rozmístění příček a snadné provádění (bednění, betonáž stropů).

Monolitické železobetonové deskové skelety

Prostorová tuhost monolitických skeletů - rozhodujícím kritériem stability je prostorová tuhost systému - u nižších skeletových objektů se prostorová tuhost zabezpečuje buď skeletovými rámy nebo tuhými stropními konstrukcemi, - u objektů vysokých je nutno ve skeletové konstrukci rozmístit výztužné stěny nebo výztužná jádra, - způsob vyztužení ovlivňuje řada činitelů: a) osová vzdálenost sloupů b) konstrukční výška podlaží c) hodnota zatížení d) počet traktů e) délka budovy, - výztužné stěny se rozmisťují mezi sloupy vnitřními, popř. i vnějšími, v rovině kolmé k skeletovým rámům, - ztužující stěny mohou být i vyzděny (min. tl.250 mm), provedeny jako monolitické, popř. smontovány z panelů, - výztužná jádra jsou využívána pro umístění schodišť, výtahů nebo instalačních šachet, - poloha výztužných konstrukcí se určuje statickým výpočtem.

Prostorová tuhost monolitických skeletů Zajištění prostorové tuhosti skeletových konstrukcí: a) ztužujícími stěnami b) výztužným jádrem c) příklady umístění výztužných konstrukcí

Dilatace monolitických skeletů - dilatační spáry ve vzdálenosti cca 40 m (nutno prokázat výpočtem) - šířka spáry 15 25 mm Způsob provádění: - zdvojení sloupů - zdvojení průvlaků - vložené pole

Provádění monolitických skeletů

Montovaný železobetonový skelet - montované železobetonové sloupové systémy se vyvinuly z monolitických konstrukcí, rozdělených na jednotlivé konstrukční prvky průmyslově vyráběné a na stavbě montážně opět spokojené tak, aby ve své konečné formě tvořily konstrukci dostatečně únosnou a tuhou, - první montované železobetonové skelety se objevují již ve 30.letech min. století - v ČR se začaly montované skelety vyvíjet v 50.letech - význam montovaných skeletů však rychle rostl a již v šedesátých letech dochází k hromadné výrobě dílců různých užitných vlastností, které se používaly pro výstavbu občanských a průmyslových budov.

Montovaný železobetonový skelet konstrukční prvky - rámový (průvlakový) montovaný betonový skelet je vytvořen (obdobně jako skelet monolitický) průvlaky, uloženými na sloupech a podporujícími stropní panely, - monolitický rám je možno dělit na jednotlivé montážní prvky několika způsoby, a to na rámové dílce, konzolové sloupy, tyčové sloupy a průvlaky. Rámové dílce - vznikají rozdělením monolitického rámu mimo jeho styčníky, v místech nejmenších momentů; u sloupů to bývá obvykle v polovině až třetině výšky, u průvlaků ve čtvrtině až pětině rozpětí, - při tomto dělení, při zachování monolitického, tuhého styčníku sloupu a průvlaku, vznikají rámové dílce tvaru H tzv. H-rámy

Montovaný železobetonový skelet konstrukční prvky Konzolové sloupy a dělené průvlaky - vznikají oddělením průvlaků od sloupů, na kterých zůstávají konzoly (viditelné nebo skryté), - konzolové sloupy mohou být jednopodlažní nebo vícepodlažní

Montovaný železobetonový skelet konstrukční prvky Sloupy a průběžné průvlaky - vznikají dělením monolitických skeletů ve styčníku, - průvlaky jsou navzájem stykovány buď přímo nad sloupy nebo probíhají nad sloupy a stykují se v poli, popř. mají vložené průvlakové pole, - výroba a montáž těchto prvků je jednoduchá, proto se na montovaných skeletech používají nejčastěji.

Montovaný železobetonový skelet konstrukční prvky Sloupy montovaných skeletů - mají čtvercový nebo obdélníkový průřez, jehož plocha závisí na hodnotě zatížení, - sloupy téhož objektu mají obvykle ve všech podlažích stejné průřezy, popřípadě bývají odstupňované použitím jiného druhu betonu a stupeň vyztužení, - nejvíce se používají sloupy o průřezu 300x300 až 600x600mm, - při stykování sloupů s průběžnými průvlaky se délka sloupů zkracuje o výšku průvlaků, - kromě jednopodlažních sloupů se vyrábějí i sloupy dvou- i vícepodlažní. Průvlaky montovaných skeletů - jsou buď tyčové nebo ploché, - u obou typů mohou být stropní panely kladeny buď na jejich horní líc nebo na boční příruby, - průvlaky tyčové mají průřez obdélníkový nebo tvaru obráceného T, obvodové průvlaky tvaru L, - nevýhodou tyčových průvlaků je viditelnost ve stropním podhledu, - průvlaky ploché mají stejnou výšku jako stropní panely, - v podhledu stropů jsou skryté (stropní panely se ukládají na příruby) => velká spotřeba oceli

Styk sloupů Styky prvků montovaných skeletů

Styk průvlaků Styky prvků montovaných skeletů

Styky prvků montovaných skeletů Styk sloupů se základovou konstrukcí

Styky prvků montovaných skeletů Styk průvlaků se sloupy - průběžné sloupy s připojenými průvlaky - průběžné průvlaky s přerušenými sloupy

Montovaný železobetonový skelet I. kategorie

Montovaný železobetonový skelet II. kategorie

Montovaný železobetonový skelet III. kategorie

Montovaný železobetonový skelet

Hlavicový montovaný skelet

Kombinovaný skeletový systém Skelet se zdvihanými stropy (LIFT-SLABS)

Kombinovaný skeletový systém Skelet LIFT-FORM

Ocelové skeletové konstrukce - kov - vysoká únosnost v tlaku i tahu => vhodný materiál pro vodorovné i svislé nosné konstrukce skeletu, - nízký moment setrvačnosti => menší odpor vůči vodorovnému zatížení a excentricky působícím silám = > u vícepodlažních budov nutno sloupy spřahovat pro zvýšení ohybové tuhosti celého systému, - kovové sloupy výrazné zmenšení profilů sloupů, - menší ohybová tuhost = větší deformace např. od účinku větru => nutno brát v úvahu u kompletačních konstrukcí, - prvky skeletu - profily I a U, případně spojení více profilů dohromady (svařením, spoji šroubovými nebo nýtovými), - sloupy a průvlaky = rámová konstrukce, - styčníky spoje svařením (na staveništi problém s kvalitou svarů), - spoje mechanické šrouby, nýty (dříve), - šroubové spoje = menší tuhost => nutno doplnit k-ci příhradovými ztužidly (diagonální prvky), - skelety rámové (průvlakové)

Ocelové skeletové konstrukce Nevýhody: - menší ohybová tuhost, - malá požární odolnost - nutno použít ochranné nátěry (samozpěňující), obklady, omítky, - destrukce prvků korozí nutno konstrukci po dobu její životnosti chránit, případně navrhnout větší profily, Výhody: - menší staveništní pracnost oproti zděným nebo monolitickým konstrukcím, - odpadají technologické přestávky, - menší profily prvků (oproti zděným nebo betonovým), - více volně využitelné půdorysné plochy, - konstrukce na větší rozpětí.

Ocelové skeletové konstrukce

Dřevěné skeletové systémy - podobná pevnost v tlaku a tahu jako u betonových prvků = vhodné pro sloupové nosné systémy, - hořlavost omezené využití pro vícepodlažní budovy, - časté využití pro rodinné domy a případně bytové domy, - opláštění sloupové konstrukce dřevem, sádrokartonem nebo deskami na bázi dřeva (např. OSB desky) = > vliv na rozmístění sloupů, jsou blízko u sebe (obvykle 625mm), - nízkopodlažní výstavba = malé vodorovné zatížení = > poměrně subtilní profily sloupů (např. 60/120mm) Výhody: - vhodné pro nízkoenergetické objekty; - lehká konstrukce, jednoduchá montáž i prefabrikované díly; - rychlost výstavby; - dřevo - přírodní obnovitelná surovina;

Dřevěné skeletové systémy