VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ FAKULTA STAVEBNÍ ING. MARCELA KARMAZÍNOVÁ, CSc. ING. KAREL SÝKORA ING. MILAN ŠMAK, Ph.D. KONSTRUKCE A DOPRAVNÍ STAVBY MODUL BO01-MO2 KONSTRUKCE ZÁKLADNÍ TYPY KONSTRUKCÍ KONSTRUKČNÍ ŘEŠENÍ STAVEB, MOSTY STUDIJNÍ OPORY PRO STUDIJNÍ PROGRAMY S KOMBINOVANOU FORMOU STUDIA
konstrukce základní typy konstrukcí, konstrukční řešení staveb, mosty Jazyková korektura nebyla provedena, za jazykovou stránku odpovídá autor. Ing. Karel Sýkora, Ing. Milan Šmak, Ph.D. (kap. 2), Ing. Marcela Karmazínová, CSc. (kap. 3). - 2 (42) -
Obsah OBSAH 1 Úvod...5 1.1 Cíle...5 1.2 Požadované znalosti...5 1.3 Doba potřebná ke studiu...6 1.4 Klíčová slova...6 2 Základní typy konstrukcí pozemních a inženýrských staveb, konstrukční řešení staveb...7 2.1 Úvod...7 2.2 Pozemní stavby a konstrukce...7 2.2.1 Halové objekty...7 2.2.1.1 Rošty...9 2.2.1.2 Příhradové desky...10 2.2.1.3 Lomenice...10 2.2.1.4 Válcové klenby...12 2.2.1.5 Kopule...13 2.2.1.6 Skořepiny...14 2.2.1.7 Visuté střechy...17 2.2.1.8 Pneumatické konstrukce...17 2.2.2 Vícepodlažní budovy...19 2.3 Inženýrské stavby a konstrukce...21 2.3.1 Podzemní stavby a konstrukce...21 2.3.2 Vodní stavby a konstrukce...23 2.3.3 Technologické konstrukce...23 2.3.4 Věže, stožáry, komíny...24 2.3.5 Speciální konstrukce...25 2.4 Kontrolní otázky...25 3. Mosty základní typy a uspořádání...26 3.1 Vývoj mostního stavitelství...26 3.2 Základní pojmy...27 3.2.1 Hlavní části mostu...27 3.2.2 Mostní názvosloví...27 3.2.3 Druhy mostů...28 3.2.4 Typy mostů...29 3.3 Mosty deskové...30 3.3.1 Základní typy a základní parametry deskových mostů...30 3.4 Mosty trámové...31 3.4.1 Základní typy, výhody a nevýhody trámových mostů...31 Dřevěné trámové mosty...32 3.4.2 Základní parametry trámových mostů...32 3.5 Mosty obloukové...33 Základní typy, výhody a nevýhody obloukových mostů...33 3.5.2 Základní parametry obloukových mostů...34-3 (42) -
Konstrukce základní typy konstrukcí, konstrukční řešení staveb, mosty 3.6 Mosty rámové... 35 Základní typy, výhody a nevýhody, základní parametry... 35 3.7 Mosty visuté a zavěšené... 36 4. Závěr... 41 5. Studijní prameny... 42 5.1 Použitá literatura... 42 5.2 Doplňková studijní literatura... 42 5.3 Odkazy na další studijní zdroje a prameny... 42-4 (42) -
Úvod 1 Úvod 1.1 Cíle Cílem tohoto modulu je získat přehled o základních typech konstrukcí pozemních, inženýrských a mostních staveb (s ohledem na nejčastěji používané stavební materiály, tj. beton, ocel, dřevo, hliník, sklo, plastické hmoty, textilie a zdící materiály), jejich konstrukčním řešení a použití. Kapilola Základní typy konstrukcí pozemních a inženýrských staveb, konstrukční řešení staveb prezentuje základní přehled celého širokého spektra stavebních konstrukcí, jež se navrhují a používají pro nejrozmanitější účely. Přehled typů konstrukcí staveb je pojat obecněji, u nejčastěji frekventovaných staveb pozemních jsou rozvedeny možnosti jejich konstrukčního řešení, a to s přihlédnutím k nejběžněji používaným druhům materiálů. Nastudováním této části čtenář-student získá základní představu o problematice použití stavebních konstrukcí. Kapitola Mosty si rozhodně neklade za cíl podrobně rozebrat problematiku mostních konstrukcí, neboť na to není ani čas ani potřebný rozsah a konec konců k tomu účelu budou sloužit později zcela jiné předměty naprosto odlišně koncipované. Naším cílem je seznámení se se základními druhy a typy mostů z hlediska materiálu, funkce (účelu), druhu překračované překážky, počtu polí, statického působení a statické určitosti, polohy mostovky atd. V žádném případě se od čtenářů tohoto textu neočekává, že po jeho prostudování budou schopni navrhnout mostní konstrukci. Měli by však získat určitý přehled o základních druzích a typech mostů obecně a o vhodnosti jejich použití s ohledem na počet a velikost přemosťovaných otvorů a použitý materiál nosné konstrukce včetně nezbytné technické terminologie. 1.2 Požadované znalosti Ke zvládnutí a pochopení následujícího učiva není třeba žádných speciálních znalostí, ovšem určitě se vyplatí, jestliže jste ihned po zkoušce nezapomněli vše ze základů stavební mechaniky. Zřejmě není k zahození, orientujete-li se aspoň zhruba v základech pružnosti a pevnosti, která probíhá současně s tímto kursem, a zcela jistě se neobejdete bez poznatků o typických vlastnostech běžných stavebních materiálů, které jste mohli v obšírnější a zevrubnější podobě získat v kursu stavebních látek, anebo jednodušeji sice v redukovaném, ale pro tyto účely naprosto postačujícím rozsahu, v kapitole Materiály tohoto studijního textu. Student by tedy měl mít znalosti základních fyzikálních a mechanických vlastností materiálů, používaných na stavební konstrukce a rovněž se předpokládá jeho prostorová představivost. - 5 (42) -
Konstrukce základní typy konstrukcí, konstrukční řešení staveb, mosty 1.3 Doba potřebná ke studiu Celková optimální doba pro studium je velmi individuální a závisí zejména na intenzívnosti studia a soustředěnosti čtenáře na obsah textu. U kapitoly 2 studium zabere 4 až 6 hodin, a to včetně zopakování základních pojmů. Prostudování kapitoly 3 se může pohybovat mezi 2 až 3 hodinami. Celková doba pro prostudování modulu tedy činí cca 6 až 9 hodin, pokud budete procházet i příklady, pak se doba prodlouží o jednu až dvě hodiny. 1.4 Klíčová slova Kapitola 2: Pozemní stavby, inženýrské konstrukce, konstrukce staveb, konstrukční systém, nosné konstrukce, nenosné konstrukce, svislé konstrukce, vodorovné konstrukce, halový objekt, vícepodlažní budova, loď,vazník, rám, oblouk, rošt, příhradová deska, lomenice, klenba, kopule, skořepina, visutá střecha, pneumatická konstrukce, stěnový systém, skeletový systém, kombinovaný systém, bezprůvlakový systém, podzemní stavby, vodní stavby, technologické konstrukce, věže, stožáry, komíny, základová patka, základový pas, základový rošt, základová deska, pilota, mikropilota, štola, tunel, šachta, hladinový uzávěr. Kapitola 3: Spodní stavba podpěry, opěry, mostní křídla, základy; vrchní stavba mostní svršek, nosná konstrukce mostu (hlavní nosná konstrukce, mostovka, ztužidla, ložiska); mostní vybavení (mostní závěry, chodníky, zábradlí); průjezdní průřez, dopravní prostor; mostní otvor, mostní pole; zatížení mostů; mosty trámové, obloukové, rámové, visuté, zavěšené; mosty kamenné, betonové, kovové, dřevěné, zděné. - 6 (42) -
Základní typy konstrukcí pozemních a inženýrských staveb, konstrukční řešení staveb 2 Základní typy konstrukcí pozemních a inženýrských staveb, konstrukční řešení staveb 2.1 Úvod Stavby lze obecně rozdělit z mnoha hledisek. Podle jejich účelu a využití je možné stavby rozčlenit na: Pozemní stavby a konstrukce Inženýrské konstrukce Mosty a lávky 2.2 Pozemní stavby a konstrukce Pozemní stavby a konstrukce se využívají k mnoha rozmanitým účelům. Slouží pro bydlení, obchodní, administrativní, výrobní, opravárenskou a zemědělskou činnost, rovněž se využívají pro skladování materiálů, výrobků, atd. Každá z těchto staveb je tvořena konstrukcí nosnou a nenosnou. Mezi nosné patří: svislé konstrukce (stěny, sloupy, pilíře) vodorovné konstrukce (střechy, stropy) šikmé (schodiště, oblouky) Nosné konstrukce plní ve stavbě rozhodující funkci, neboť zajišťují přenos veškerých zatěžovacích účinků, které působí na stavbu (např. klimatické sníh, vítr, vlastní tíha stavby, zatížení provozní, od předpětí, tlaku zeminy, poklesu podpor, zatížení teplotou atd.). Nenosné konstrukce plní pouze doplňkovou funkci ke konstrukcím nosným (příčky, výplňové zdivo, okenní a dveřní výplně, obklady, podhledy, podlahy, zateplení aj.). Dále se budeme zabývat pouze konstrukcemi nosnými. Konstrukce pozemních staveb můžeme pro názornost rozčlenit do 2 skupin, a to na halové objekty a vícepodlažní budovy. 2.2.1 Halové objekty Halové objekty jsou budovy nejčastěji o jednom nadzemním podlaží (ale mohou mít na části půdorysu vestavěná podlaží). Jsou používané pro různé výrobní a skladovací účely, jako sportovní a výstavní objekty, zkušebny, laboratoře, prodejny a jiné. Navrhují se jako jedno či vícelodní s různým uspořádáním jednotlivých polí (Obr. 2.1). Svislé konstrukce těchto staveb mohou být zděné (stěny, pilíře), železobetonové, ocelové, popřípadě dřevěné (sloupy). Zastřešení lze provést pomocí rovinných prvků - vazníků, rámů a oblouků (dvojkloubových, trojkloubových nebo vetknutých), jako prostorovou konstrukci rošty, desky, lomenice, skořepiny, - 7 (42) -
Konstrukce základní typy konstrukcí, konstrukční řešení staveb, mosty kopule, válcové kleny, případně kombinací výše uvedených rovinných a prostorových elementů. ØEZ A-A ØEZ A-A 6 x B I. I. 6 x B 2 II. A A A A L L 1 L 2 Jednolodní hala Dvoulodní hala Obr. 2.1 Dispoziční uspořádání halových objektů Tradiční konstrukční skladba nosného systému hal bývá obdobná pro různé materiálové alternativy (haly ocelové, betonové a dřevěné a je tvořena systémem prutových prvků (Obr. 2.2). Obr. 2.2 - Konstrukční skladba nosného systému jednolodní ocelové haly s jeřábovou drahou Hlavní části nosné konstrukce haly (viz Obr. 2.2): 1, 4 vaznice 2, 3 podélná svislá střešní ztužidla 5 příhradový vazník 6 pásový prut příčného větrového ztužidla 7 příčné (větrové) střešní ztužidlo - 8 (42) -
Základní typy konstrukcí pozemních a inženýrských staveb, konstrukční řešení staveb 8 podélné ztužidlo v rovině střechy (okapové) 9 hlavní nosník jeřábové dráhy 10 vodorovný výztužný nosník jeřábové dráhy 11 hlavní nosný sloup 12 nosné kotvení hlavních sloupů 13 mezisloupy podélné stěny 14 nosné kotvení mezisloupů v podélné stěně 15 paždíčky podélné stěny 16 stěnové ztužidlo v podélné stěně 17 brzdný portál (ztužidlo) pod svislým nosníkem jeřábové dráhy 18 mezisloupy čelní stěny 19 nosné kotvení mezisloupí v čelní stěně 20 paždíčky čelní stěny 21 ztužidlo čelní stěny 22 rohové sloupy čelní stěny 23 vodorovný výztužný nosník čelní stěny 24 - vzpěry vodorovného výztužného nosníku čelní stěny Velkorozponové střešní desky umožňují zjednodušení nosné konstrukce hal. (Obr.2.3). Obr. 2.3 Bezvaznicová montovaná železobetonová hala 2.2.1.1 Rošty Rošty se vytvářejí vzájemným křížením nosníků. Pro zastřešení velkých rozpětí se zpravidla používají rošty vytvořené z příhradových nosníků. (Obr. 2.4). - 9 (42) -
Konstrukce základní typy konstrukcí, konstrukční řešení staveb, mosty a) b) c) Obr. 2.4 Uspořádání roštů: a) pravoúhlý rošt, b) pravoúhlý diagonální rošt c) kosoúhlý rošt 2.2.1.2 Příhradové desky Příhradové desky tvoří rovinnou formu příhradových prutových konstrukcí. Jsou to dvouvrstvé (příp. vícevrstvé) soustavy, u nichž styčníky jednotlivých vrstev neleží nad sebou a jsou propojeny v šikmých rovinách diagonálami. Nejrozšířenější jsou dvousměrné pravoúhlé desky (Obr. 2.5). Obr. 2.5 Uspořádání prutů příhradových desek (plně pruty horní vrstvy, čárkovaně pruty dolní vrstvy, slabě plně diagonály) Jednu z vrstev příhradové desky je možno navrhnout redukovanou. Příhradové desky jsou vhodné pro půdorysy s málo odlišným příčným a podélným rozměrem. První velkou stavbou se zastřešením příhradovou deskou v ČR byla střecha zimního stadionu v Brně (Obr. 2.6). 2.2.1.3 Lomenice Lomenice označuje zalomený prvek staticky působící jako soustava desek. Lomenicová plošná konstrukce je trojrozměrná nosná soustava, složená z prostorově uspořádaných tenkých deskových prvků pravoúhlých, lichoběžníkových nebo trojúhelníkových (Obr. 2.7). Lomenice mohou být provedeny ze železobetonu, kovů nebo plastů. Architektonicky jsou velmi působivé. Lomenicový podhled se využívá pro zlepšení prostorové akustiky divadelních, koncertních a přednáškových sálů. Běžná rozpětí jsou do 20 m, výjimečně až 30m. - 10 (42) -
Základní typy konstrukcí pozemních a inženýrských staveb, konstrukční řešení staveb Využívají se pro zastřešení kulturních sálů, výstavních pavilonů, tělocvičen, průmyslových hal, restaurací i jiných budov. Obr. 2.6 Zimní stadion Brno (1963) a) akrylátové světlíky c) b) vodorovný nosník vodorovný nosník plný čelní nosník lomená příčel Obr. 2.7 Lomenice: a) příklady průřezů, b) podpory lomenicové střechy, c) příklady tvarů lomenicových střech - 11 (42) -
Konstrukce základní typy konstrukcí, konstrukční řešení staveb, mosty Lomenice lze úspěšně aplikovat nejen pro pravoúhlé půdorysy, ale i pro půdorysné tvary segmentové a nepravidelné. Lomenicový průřez mohou mít i nosné stěny budov, jež ve spojení se střešní lomenicí tvoří rámové konstrukce, použitelné pro velká rozpětí. Tvarová rozmanitost je značná, jak je patrné z Obr. 2.7. 2.2.1.4 Válcové klenby Obdélníkový půdorys objektu lze zakrýt střechou s nosnou konstrukcí ve tvaru válce s různou řídící křivkou (kružnice, elipsa, parabola, cykloida apod.) U klenby jednovrstvé s jedním zakřivením leží všechny styčníky na téže válcové ploše, u klenby s dvojím zakřivením leží styčníky střídavě na dvou válcových plochách. Klenby dvouvrstvé jsou tvořeny příhradovými nebo rámovými (Vierendelovými) lamelami. Tradiční prostorovou jednovrstvou příhradovou konstrukcí je Föpplova klenba. (Obr. 2.8). Skládá se z prutů rovnoběžných s patními přímkami, prutů lomeného oblouku válcové plochy a různě uspořádaných diagonál. Aby byla zajištěna stabilita soustavy, musí mít klenba relativně velké vzepětí a omezený počet zalomení oblouku, což obojí není příznivé pro zvětšování oblouku. Tyto nevýhody překonávají mřížové soustavy. Konstrukce tuhých styčníků vede ke zjednodušení vynecháním diagonál, problémy ale mohou nastat se zajištěním dostatečné tuhosti celé soustavy. Obr. 2.8 Föpplova klenba Obr. 2.9 Lamelová klenba Často užívané je u kleneb lamelové uspořádání (Obr. 2.9), kdy hlavní nosné obloukové prvky jsou šikmé vzhledem k podélné ose klenby a vzájemně se protínají. Zvýšení tuhosti jednovrstvé valené klenby lze dosáhnout úpravou, při které styčníky leží na dvou válcových plochách, čímž vznikne klenba dvojí křivosti. (Obr. 2.10). - 12 (42) -
Základní typy konstrukcí pozemních a inženýrských staveb, konstrukční řešení staveb Obr. 2.10 Klenba dvojí křivosti Nevýhodou tohoto řešení je větší konstrukční náročnost nosné konstrukce i krytiny. Dvouvrstvé lamelové klenby je možno realizovat dvouvrstvou lamelovou klenbou se štíhlých křižujících se dvoukloubových oblouků. 2.2.1.5 Kopule Vzájemným vzepřením nosníkových prvků nad centrálním půdorysem lze dosáhnout prostorového působení, čímž vzniknou žebrové kopule (Obr. 2.11). Obr. 2.11 Žebrové kopule Použitím rovných nosníků lze získat žebrové jehlany. Prutové kopule (báně) vznikají, leží-li styčníky prutové soustavy na rotační ploše dvojí křivosti. Kopule se užívají pro zastřešení kruhových a mnohoúhelníkových půdorysů. Při odříznutí okrajů lze toto řešení aplikovat i pro půdorysy čtyřúhelníkové nebo trojúhelníkové. Nejznámější jednovrstvé prostorové příhradové konstrukce jsou Schwedlerova kopule (Obr. 2.12), kopule Föpplova (Obr. 2.13), Zimmermanovy kopule a kopule mřížové (Obr. 2.14). Obr. 2.12 Schwedlerova kopule Obr. 2.13 Föpplova kopule Tuhost jednotlivých kopulí lze zvýšit střídavým rozmístěním styčníků na dvou blízkých rotačních plochách. V roce 1959 byla v ČR postavena unikátní jednovrstvá kulová kopule jako výstavní pavilon Z v Brně. (Obr. 2.15). Mřížovou soustavu tvoří tři osnovy trubek. Jejich spojení ve styčnících je provedeno pouze jednoduchým mechanickým spojem. - 13 (42) -
Konstrukce základní typy konstrukcí, konstrukční řešení staveb, mosty a) b) c) d) e) f) Obr. 2.14 Mřížové kopule a), b) lamelová kopule, c), d) sektorová kopule, e)roštová kopule, f) desková kopule 2.2.1.6 Skořepiny Skořepiny jsou tenkostěnné konstrukce vytvořené zakřivenou plochou o jedné nebo více křivostí schopné přenášet zatížení často jen membránovými silami do podpor. Skořepiny jsou podepřené po celém svém obvodu přímými nebo obloukovými podporami. Tloušťka skořepiny může být malá, obvykle se pohybuje od 40 až do 100 mm. Tloušťka může být v celé ploše stejná nebo proměnná. Rozpětí skořepin obvykle do 60m výjimečně i více. Skořepinové konstrukce se provádějí nad různými půdorysy v různých geometrických tvarech (Obr. 2.16). - 14 (42) -
Základní typy konstrukcí pozemních a inženýrských staveb, konstrukční řešení staveb Obr. 2.15 Kulová kopule v Brně pavilon Z (1959) - 15 (42) -
Konstrukce základní typy konstrukcí, konstrukční řešení staveb, mosty a1) čelní vazník a2) a3) patní nosník b1) b2) b3) tvořící křivka řídící křivka c1) c2) c3) d) žlabový prvek e1) e2) e3) táhlo Obr. 2.16 Tvary skořepin: a) válcové skořepiny: a1) souměrná, a2) nesouměrná, a3) pronik 2 válcových ploch, b) translační skořepiny: b1) vytvoření translační plochy, b2) příčné řezy, b3) dvouplášťové skořepiny, c) báňové skořepiny (nad kruhovým, trojúhelníkovým a pravoúhlým půdorysem) d) zborcené plochy ve tvaru hyperbolických paraboloidů a konoidů, e) skořepiny ze zborcených ploch: e1) křížová střecha, e2) žlabová skořepiny, e3) koloidní střecha Skořepiny mohou být betonové, sklobetonové, keramické,kovové, dřevěné a z plastických hmot (Obr. 2.17). - 16 (42) -
Základní typy konstrukcí pozemních a inženýrských staveb, konstrukční řešení staveb Obr. 2.17 Uspořádání prutů válcových skořepin Skořepinové konstrukce se rovněž mohou montovat z prefabrikovaných dílců. Odpadají nevýhody monolitických skořepin provádění bednění a obtížná betonáž tenkých sklonitých vrstev. 2.2.1.7 Visuté střechy Visuté střechy jsou tahem namáhané konstrukce vytvořené střešním pláštěm, zavěšeným na podporách. a) b) nosná lana c) nosná lana předpínací lana nosná lana předpínací lana d) e) f) lanové vazníky Obr. 2.18 Visuté střechy: a), b), c) příklady jednovrstvých předpjatých lanových systémů, d), e) příklady dvouvrstvých předpjatých systémů, f) příklady tvarů lanových vazníků 2.2.1.8 Pneumatické konstrukce Pneumatické konstrukce jsou vytvořeny lehkým pláštěm neseným přetlakem vzduchu. Konstrukce je z ohybově poddajných napjatých folií-membrán o hmotnosti 0,4 až 1,2 kg/m 3, které jsou namáhány výlučně tahem. Jsou to nejlehčí konstrukce zastřešení. Mohou se používat i pro velká rozpětí, libovolné půdorysné i prostorové tvary střešního pláště. (Obr. 2.19). - 17 (42) -
Konstrukce základní typy konstrukcí, konstrukční řešení staveb, mosty PLÁŠ KOTVENÍ VSTUPNÍ KOMORA VENTILÁTOR Obr. 2.19 Geometrické tvary střešních plášťů pneumatických konstrukcí Plášťový materiál musí být ohybově poddajný v širokém teplotním rozmezí, nepropustný pro plyny a vodu, odolný proti povětrnostním vlivům i proti slunečnímu záření a změnám tahového napětí vlivem vnitřního přetlaku a vnějšího zatížení. Pneumatické konstrukce se vyrábějí z dílců, které se stykují sešíváním, lepením, svařováním, vulkanizováním nebo kombinovaným spojením. Omezená životnost pneumatických konstrukcí 10 až 15 let je dána zhoršováním mechanických vlastností v závislosti na čase. Pneumatické konstrukce jsou využívány jako výstavní haly, skladovací prostory, garáže, hangáry, sportovní haly, dílny i jako pomocné stavební konstrukce. Jejich předností je malá hmotnost, rychlá montáž a demontáž, přemístitelnost. Pneumatické konstrukce se stále vyvíjejí. Nejvíce používané jsou přetlakové haly (Obr. 2.20), kde membrána je nesena přetlakem vzduchu působícím v celém vnitřním prostoru objektu, který není lidskému organismu nebezpečný a konstrukce z pneumaticky předpjatých nosných prvků (Obr. 2.20). REDUKÈNÍ KOMORA KOTVENÍ P > P i e SOUVISLÁ EBRA ZAVÌ ŠENÝ PNEUMATICKÝ PØEDPJATÝ POLŠTÁØ Obr. 2.20 Druhy pneumatických konstrukcí: přetlakové haly, konstrukce žebrové, konstrukce polštářové Pro vytvoření požadovaného přetlaku se používají ventilátory. Pneumatické konstrukce musí být zajištěny proti působení vztlaku. Výhodou pneumatických žebrových a polštářových konstrukcí je, že nevyžadují stálý provoz ventilátorů a speciální vchodové konstrukce. Nevýhodou je omezená délka rozpětí a velké pořizovací náklady. - 18 (42) -
Základní typy konstrukcí pozemních a inženýrských staveb, konstrukční řešení staveb 2.2.2 Vícepodlažní budovy Nosné konstrukce vícepodlažních budov sestávají ze svislých a vodorovných konstrukcí, jejichž úkolem je přenášet veškerá zatížení prostřednictvím základů do základové půdy a rovněž zajišťovat stabilitu objektu. Nosné části budov mohou být provedeny z betonu, železobetonu, předpjatého betonu, oceli, hliníku, dřeva, zdiva, popř. v kombinaci těchto materiálů. V závislosti na druhu konstrukčního systému budovy rozeznáváme systémy: stěnové skeletové kombinované zvláštní Výše uvedené konstrukční systémy můžeme podle orientace svislých konstrukcí v objektu dále rozdělit na: podélné příčné obousměrné. Základními svislými nosnými prvky stěnových systémů (Obr. 2.21) jsou nosné stěny, umístěné podélně, příčně, příp. obousměrně vzhledem k podélné ose budovy. Stěny bývají vyzděné z keramických tvárnic nebo cihel, montované z prefabrikovaných keramických nebo betonových dílců, případně mohou být betonové monolitické. Stěnové systémy více či méně omezují dispoziční variabilitu (zejména při krátkém rozponu traktů). Rozpětí traktů je závislé na použitém typu nosné stropní konstrukce a běžně se pohybuje v rozmezí 3 až 6m (lze ovšem navrhovat i pro rozpětí větší). Otvory v obvodových stěnách mohou mít ze statických důvodů pouze omezenou velikost. SMÌ R ULO ENÍ STROPÙ Obr. 2.21 Stěnový konstrukční systém: podélný, příčný, obousměrný Podélný stěnový systém má stěny rovnoběžné s podélnou osou budovy. Obvykle mívá 1-3 podélné trakty. Stropy se ukládají v příčném směru. Prostorová tuhost proti účinkům větru je zajištěna v podélném směru nosnými stěnami, v příčném směru tuhou stropní konstrukcí a ztužujícími příčnými stěnami (např. schodišťovými, štítovými nebo mezibytovými). Příčný systém má nosné stěny umístěné kolmo k podélné ose budovy. Jedná se o převládající konstrukční systém v bytové výstavbě, obvykle mívá vyšší počet traktů. Prostorová tuhost konstrukce proti účinkům větru je zajištěna v příčném - 19 (42) -
Konstrukce základní typy konstrukcí, konstrukční řešení staveb, mosty směru nosnými stěnami, v podélném směru tuhými stropními konstrukcemi a ztužujícími podélnými stěnami (vnitřními, tj. schodišťovými, příčkovými nebo vnějšími). Dobrá prostorová tuhost umožňuje použití i pro vyšší budovy. Obousměrný stěnový systém má stěny uspořádány v podélném i příčném směru, stropní konstrukce mohou být uloženy v obou směrech. Systém vykazuje velkou tuhost v podélném i příčném směru, což jej předurčuje pro výškové budovy. Naproti tomu je výrazně omezena prostorová variabilita a rovněž se projevuje velká hmotnost konstrukce. Skeletové systémy (Obr. 2.22) se vyvinuly ze stěnových systémů redukcí nosných stěn na pilíře nebo sloupy. Účinky zatížení větrem jsou přenášeny jednak samotnými sloupy, dále ztužujícími stěnami, diagonálními ztužidly nebo ztužujícími jádry. Ve srovnání se stěnovým systémem je skelet méně tuhý, naproti tomu umožňuje výrazně lepší variabilitu dispozičního řešení a široké možnosti ztvárnění průčelí. Obr. 2.22 Skeletový konstrukční systém: s podélnými rámy, s příčnými rámy, s obousměrnými rámy Konstrukční prvky skeletového systému bývají nejvíce navrhovány ze železového nebo předpjatého betonu (monolitického nebo prefabrikovaného), rovněž se provádějí ocelové. Podle způsobu přenášení zatížení stropů do sloupů rozeznáváme skelety rámové (průvlakové), hlavicové (hřibové), deskové a kombinované. Nejčastěji se skeletová konstrukce navrhuje jako rámová. Rámy jsou tvořeny sloupy, spojenými vodorovnými průvlaky (příčlemi), které podporují stropní konstrukci. Mohou být jedno nebo vícepodlažní a mohou probíhat podélně, příčně nebo v obou směrech. Příčné rámy mají průvlaky kolmé k podélné ose budovy. Používají se i pro vyšší budovy, neboť dobře odolávají vodorovnému zatížení. Umožňují libovolné členění fasády, příčle ovšem překážejí podélným instalačním rozvodům pod stropem Podélné rámy jsou z hlediska působení větru vhodné pouze pro nízkopodlažní budovy. Příčle nepřekážejí podélným instalačním rozvodům, ovšem ovlivňují možnosti řešení fasády a zastiňují místnosti. Obousměrné rámy vytvářejí prostorový rám, čímž dodávají stavbě velkou tuhost. Hodí se pro věžové stavby s velkým namáháním od větru nebo dynamic- - 20 (42) -
Základní typy konstrukcí pozemních a inženýrských staveb, konstrukční řešení staveb kým namáháním od strojů, pro stavby s velkým zatížením stropů a v poddolovaných nebo seizmických oblastech. Kromě rámových soustav se používají také skeletové systémy bezprůvlakové (Obr. 2.23), a to jako hlavicové (hřibové), deskové nebo kombinované. a) b) c) c1) c2) Obr. 2.23 a) skeletový bezprůvlakový konstrukční systém, b) skeletový hřibový systém, c) skeletový kombinovaný systém: c1) s podélnými stěnami, c2) se stěnovým jádrem, c3) s příčnými stěnami Hlavicové (hřibové) skelety přenášejí zatížení stropů do sloupů pomocí rozšířených sloupových hlavic, které jednak zajišťují bezpečnost proti propíchnutí desky v místě sloupu a dále zkracují rozpětí desek. Jsou velmi únosné, hodí se pro výrobní a skladovací objekty s velkým zatížením stropů. Deskové skelety mají stropy podporované přímo sloupy. V těchto místech je tedy nutné silné vyztužení stropních desek (tzv. skryté průvlaky). Mají rovný podhled, používají se pro bytové a občanské budovy s malým zatížením strupů. Kombinované systémy využívají přednosti stěnových a skeletových systémů. Mohou být provedeny v mnoha variantách, např. jako podélné stěny s rámovým skeletem, příčné stěny s rámovým skeletem, obousměrný skelet s výztužným jádrem aj. S ohledem na svoji značnou tuhost jsou vhodné pro výškovou zástavbu, pro poddolovaná území i do seismických oblastí. c3) 2.3 Inženýrské stavby a konstrukce Inženýrské stavby a konstrukce jsou jednak díla, která svým charakterem nenáležejí mezi konstrukce pozemních staveb (viz dále) a rovněž i ty pozemní stavby, jejichž statické i konstrukční řešení je náročnější, než je tomu v obvyklých případech. Lze je podle účelu rozdělit na stavby a konstrukce: Podzemní Vodní Technologické Věže, stožáry, komíny Speciální 2.3.1 Podzemní stavby a konstrukce Do kategorie podzemních staveb a konstrukcí patří zejména základové konstrukce a různé podzemní stavby. Zakládání staveb a podzemní stavby patří do - 21 (42) -
Konstrukce základní typy konstrukcí, konstrukční řešení staveb, mosty souboru geotechnických disciplin. Dělí se plošné (Obr. 2.24) a hlubinné (Obr. 2.25 a 2.26). Plošné základy jsou nejrozšířenějším typem základových konstrukcí. Používají se zejména v případech, kdy základová půda požadované únosnosti se nachází v dosažitelné hloubce (běžně do 4,0 m pod povrchem území). a) b) c) d) Obr. 2.24 Druhy plošných základů: a) základové patky, b) základové pasy, c) základové rošty, d) základové desky Hlubinné základy přenášejí tíhu stavby do hloubky prostřednictvím vertikálních prvků, na kterých spočívají plošné základy. Používá se při nedostatečné únosnosti povrchových vrstev, nachází-li se únosná základová půda až ve větší hloubce pod základem. Podzemní stavby se v hloubce zakládají nejčastěji na pilotách, méně na šachtových pilířích, studnách a kesonech. a) b) c) d) e) PLOŠNÝ ZÁKLAD min. 6d d min 1500 PILOTY OPØENÉ PILOTY VETKNUTÉ PILOTY PLOVOUCÍ Obr. 2.25 Druhy pilot: a) osamělé, b)skupinové, c)opřené, d) vetknuté, e) plovoucí Pro novostavby i k podchycování základů starých objektů se s výhodou mohou použít tzv. mikropiloty. Jedná se o krátké piloty průměru cca 80-250mm, hustě rozmístěné pod základy, případně v jejich nejbližším okolí (Obr. 2.26). a) b) VRT PRO MIKROPILOTU INJEKÈNÍ TRUBKA UTÌ SNÌ NÍ VRTU KOØEN PILOTY KOØEN MIKROPILOT Obr. 2.26 Mikropiloty: a) postup provádění, b)příklad použití Podzemní stavby se rozdělují podle dispozičního uspořádání (stavby liniové, plošné halové), způsobu provádění (ražená podzemní díla, hloubená podzemní díla) a podle účelu použití na: - 22 (42) -
Základní typy konstrukcí pozemních a inženýrských staveb, konstrukční řešení staveb liniové podzemní stavby dopravní (železniční, silniční, pro pěší, podzemní městské dráhy, průplavní a plavební) liniové podzemní stavby vodohospodářské (vodovodní přivaděče, kanalizační sběrače, stoky, přívodní, obtokové a odpadní tunely, šachty tlačné a vyrovnávací aj.) liniové podzemní stavby energetické (telekomunikační, kabelové, parovody, horkovody, teplovody, kolektory pro společné vedení inženýrských sítí) halové a plošné podzemní stavby (hydrocentrály, vyrovnávací komory, komory uzávěrů, energetické zásobníky na ropu, zemní plyn apod., objekty zdravotní techniky nádrže, vodojemy, čistící stanice, objekty skladištní, ochranné a správní). 2.3.2 Vodní stavby a konstrukce Při navrhování vodohospodářských staveb se používá jako hlavní stavební materiál dřevo, beton, železový beton a ocel. Beton se využívá zejména pro masivní konstrukce jako jsou přehrady, pevné jezy, spodní stavba a pilíře pohyblivých jezů, zdi plavebních komor, základy vodních elektráren a podzemních vodojemů, usazovacích nádrží, nosných konstrukcí vodáren, čerpacích stanic a vodních elektráren. Ocel příp. ocelolitina se používá jako konstrukční materiál především u pohyblivých jezů, vrat plavebních komor uzavírek obtoků, hradicích těles přelivů přehrad, uzavírek vtoků vodních elektráren, lodních zdvihadel, průplavních mostů apod. Do kategorie technologických konstrukcí patří zejména konstrukce elektrárenských kotlů, nosné konstrukce zařízení vysokých pecí, koksoven a aglomerací, konstrukce pro zařízení na těžbu uhlí a jiných surovin (těžní a vrtné věže, rypadla, zakladače), konstrukce pro zařízení na zpracování surovin (mlýny, dra) b) 90 60-90 10-60 Obr. 2.27 Podzemní stavby: a) štoly a tunely úklonové (úpadní), b) svislé a úklonové šachty Konstrukce vodních staveb patří s ohledem na různé požadavky a působení prostředí, ve kterém plní svou funkci mezi nejkomplikovanější konstrukce. Je třeba u nich navrhnout účelný tvar, přizpůsobený obtékání vodním proudem. Dále pak je významná pevnost, nepoddajnost, vodotěsnost a záruka pohyblivosti i za nepříznivých meteorologických poměrů (mráz, ledové kry, apod.). Uzávěry tvoří důležitou oblast využití ocelových konstrukcí v oboru vodního stavitelství. (Obr. 2.28). 2.3.3 Technologické konstrukce - 23 (42) -
Konstrukce základní typy konstrukcí, konstrukční řešení staveb, mosty tiče, rafinerie, homogenizační jednotky, koksovny, atd., dopravní mosty, potrubní mosty, chladící věže, konstrukce plynárenských zařízení atd. a) b) c) d) e) Obr. 2.28 Uzávěry: a) zdvižný stavidlový hladinový uzávěr, b)segmentový spustný hladinový uzávěr, c) segmentový hladinový uzávěr s klapkou, d) hladinový klapkový uzávěr přelévaný, e) hladinový válcový uzávěr Všechny tyto konstrukce se pohybují na hranici mezi konstrukcemi stavebními a strojními a od běžných stavebních konstrukcí se značně liší jak účinky zatížení, tak požadavky na jejich funkci, životnost a možnosti opravy. 2.3.4 Věže, stožáry, komíny Jedná se o vysoké štíhlé konstrukce, pro které je s ohledem na působící klimatická zatížení (vítr a námraza) nejvýhodnějším materiálem ocel (věže, stožáry i komíny), případně železobeton (komíny). Je možné je rozdělit na Věže, jako samonosné volně stojící konstrukce vetknuté do základů Kotvené stožáry, jejichž těleso je pružně podepřeno v jedné nebo více výškových úrovních systémem kotevních lan. Tyto konstrukce mohou být provedeny jako celistvé nebo členěné s příhradovým nebo rámovým spojením. Do této skupiny inženýrských konstrukcí dále náležejí anténní stožáry, stožáry dálkových elektrických vedení, komíny, vrtné a těžní věže, nosiče osvětlovacích těles, vyhlídkové, skokanské a padákové věže, podpěry visutých lanových drah, podpěry trolejového vedení železničních tratí a jiné. - 24 (42) -
Základní typy konstrukcí pozemních a inženýrských staveb, konstrukční řešení staveb 2.3.5 Speciální konstrukce Mezi speciální konstrukce je možné zařadit nádrže, zásobníky, sila, bazény, potrubí velkých rozměrů a mnoho dalších. Většinou se jedná o prostorové konstrukce, vytvořené z rovinných desek, stěn nebo skořepin ve tvaru válce, kužele, koule nebo jejich částí. 2.4 Kontrolní otázky 1 Uveďte základní nosné části halových konstrukcí. 2 Vyjmenujte, která ztužidla zajišťují prostorovou tuhost haly. 3 Uveďte možnosti zastřešení objektu s kruhovým půdorysem. 4 Jaké lze navrhnout střešní konstrukce na velká rozpětí? 5 Popište nevýhody pneumatických konstrukcí. 6 Naznačte výhody a nevýhody jednotlivých typů stěnových konstrukčních systémů. 7 Vyjmenujte ty konstrukční typy staveb, které lze navrhnout pro výškové objekty. 8 Uveďte rozdíly mezi plošným a hlubinným zakládáním staveb. 9 Jaké druhy pilot znáte? 10 Na jaká rozhodující zatížení je třeba navrhnout vysoký anténní stožár? - 25 (42) -
Konstrukce základní typy konstrukcí, konstrukční řešení staveb, mosty 3. Mosty základní typy a uspořádání Říká se, že nejlepší most je žádný most. Zkuste se zamyslet a položit si otázku co je to most a zkuste si na ni také odpovědět. Definice Most je stavební dílo sloužící k překonání překážky, převedení komunikace (ale např. také potrubí apod.) přes tuto překážku, se světlostí pod mostem větší než 2 m (při světlosti do 2 m se jedná o propusty). Jestliže jste si odpověděli v podstatě tímto způsobem, čtěte směle, ale pozorně dál. Je-li Vaše odpověď zcela jiná, pokračujte také, ale o to pozorněji. 3.1 Vývoj mostního stavitelství Trocha historie neuškodí a pár historických dat určitě pomůže uvědomit si význam mostního stavitelství. Měli bychom tedy začít od nejstarších mostních konstrukcí. Stavění mostů sahá poměrně hluboko do historie; již ve starověku vznikaly mostní konstrukce z tehdy dostupných materiálů masivní mosty z kamene a lehké mosty ze dřeva. K nejstarším a největším starověkým mostům patří kamenný most přes řeku Diz u města Dizfulu (4.st.př.n.l.). Mnoho zajímavých mostních konstrukcí po sobě zanechali Římané, např. akvadukt Pont du Gard u města Nimes ve Francii (63-18 př.n.l.) se 3 patry, celkovou délkou 273 m a výškou nad údolím téměř 50 m. Ve středověku vznikla řada mostů, vesměs však nedosahovaly technické ani umělecké úrovně mostů starověkých. Výjimkou v našich zemích byl např. Juditin most přes Vltavu v Praze (1169-1171) a zejména jeho nástupce Karlův most (1357-1382) o délce 515 m a šířce 9,4 m s 16 klenbami světlosti od 16 do 23 m (obr. 3.1). V dobách renesance bylo výsledkem snah o obrození starého římského umění a techniky mnoho mostů postavených zejména na území dnešní Francie, Itálie a Španělska, z nichž některé se dochovaly dodnes. Téměř do konce 17. století se mosty stavěly prakticky bez výpočtů pouze na základě zkušeností a citu. Výrazná změna nastává v 18. století, kdy byly založeny ve Francii první vysoké technické školy, když jisté základy pro pokrok ve vědě a technice byly položeny již dříve (Bernoulli, Euler, Lagrange, Hook, Navier atd.). Kromě kamenných mostů se koncem 18. století začaly vyvíjet konstrukce kovové (ocelové z litiny) a ve 2. polovině 19. století se začal v mostním stavitelství používat také beton. Obr. 3.1 Karlův most Novodobý vývoj mostních konstrukcí z oceli a betonu bude součástí předmětů Kovové mosty a Betonové mosty v rámci dalšího studia. - 26 (42) -
Mosty základní typy a uspořádání 3.2 Základní pojmy 3.2.1 Hlavní části mostu Každý most sestává z vrchní stavby a spodní stavby (obr. 3.2). Vrchní stavba se skládá z nosné konstrukce a z mostního svršku. Součástmi nosné konstrukce jsou hlavní nosná konstrukce, mostovka, ztužení, ložiska a klouby, dilatační (mostní) závěry. V mnoha případech některé části odpadají, splývají nebo plní více funkcí najednou (např. u deskových mostů viz dále je deska současně mostovkou i hlavní nosnou konstrukcí). Mostní svršek se liší podle druhu dopravy na mostě (svršek silničních nebo železničních mostů). Spodní stavba se skládá z mostních podpěr a ze základů. Krajní (koncové) podpěry se nazývají opěry, vnitřní (mezilehlé) podpěry se nazývají (podle typu a tvaru) např. pilíře, sloupy, stojky, stěny, bárky apod. Základy přenášejí zatížení do základové půdy; podle tvaru rozlišujeme základy plošné a hlubinné. Obr. 3.2 Hlavní části mostu Části konstrukce jako zábradlí, svodidla, odvodňovací, osvětlovací a revizní zařízení, ochranné kryty včetně dalších zařízení (potrubí, elektroinstalace, telekomunikační vedení atd.) se souhrnně nazývají mostní vybavení. 3.2.2 Mostní názvosloví Každý volný prostor pod mostem umožňující průtok, průchod, průjezd, průhled napříč se nazývá mostní otvor. Vodorovná vzdálenost líců podpěr je světlost mostního otvoru. Součet světlostí všech mostních otvorů dává celkovou světlost mostu. Část mezi dvěma sousedními podpěrami se nazývá mostní pole. Rozpětím konstrukce se rozumí vodorovná vzdálenost jejích teoretických podporových bodů. Vzdálenost líců krajních podpěr ve směru osy převáděné komunikace je délkou přemostění. Niveleta převáděné komunikace je současně niveletou mostu. Rozdíl mezi niveletou mostu a nejnižším bodem nosné konstrukce včetně části průhybu neodstraněné nadvýšením je stavební výška. Úložná výška je pak rozdíl mezi niveletou mostu a horním povrchem úložného kvádru v ose ložiska. Vlastní výška kterékoliv části (prvku) je konstrukční výška (obr. 3.3). Obr. 3.3 Mostní názvosloví - 27 (42) -
Konstrukce základní typy konstrukcí, konstrukční řešení staveb, mosty Prostorovou úpravu na mostě a pod mostem udává průjezdní mostní průřez (viz [3]), pro drážní komunikace do značné míry pevně stanoven (obr. 3.4); v případě pozemních komunikací se hovoří o tzv. dopravním prostoru, jehož rozměry závisí na konkrétní kategorii převáděné nebo překonávané komunikace. Podle kritérií vycházejících z obecných funkcí a uspořádání mostu rozlišujeme tzv. druhy mostů. Na základě vlastností mostní konstrukce rozdělujeme mosty na jednotlivé typy mostů. (Rozdělení mostů dále dle obvyklých hledisek). 3.2.3 Druhy mostů Obr. 3.4 Průjezdní průřez pro mosty drážních komunikací Podle materiálu použitého ke stavbě nosné konstrukce mostu rozeznáváme: mosty dřevěné mosty kamenné (zejména historické) mosty cihelné (zděné) mosty betonové železobetonové, předpjaté mosty kovové ocelové, příp. hliníkové (ze slitin na bázi hliníku) mosty ocelobetonové často se zahrnují do skupiny mostů ocelových Podle druhu dopravy (podle druhu převáděné komunikace, účelu mostu): mosty pozemních komunikací (tzv. silniční) mosty drážních komunikací (tzv. železniční) mosty kombinované pro dopravu silniční i železniční lávky pro chodce mosty průmyslové mosty zvláštní např. potrubní, vodovodní, průplavní, jezové apod. Podle druhu překážky (podle účelu volného prostoru pod mostem): nadjezdy nad jinou dopravní komunikací mosty říční nad vodotečí mosty inundační nad územím zplavovaným jen v době povodní viadukty, estakády nad suchým územím; nahrazují nevhodné násypy Podle určené doby trvání: mosty trvalé (definitivní) mosty dočasné např. mostní provizoria mosty rozebíratelné např. vojenské mosty Podle možnosti přemísťování mostu (nebo nosné konstrukce): mosty pevné mosty pohyblivé např. otočné, sklopné, zdvižné apod. mosty plovoucí např. loďové, pontonové - 28 (42) -
Mosty základní typy a uspořádání Podle geometrie v půdorysu (obr. 3.5): mosty kolmé (obr. 3.5a, 3.5b) podepřené na opěrách kolmo k podélné ose mostu mosty šikmé (obr. 3.5c) podepřené šikmo k podélné ose mostu Podle průběhu trasy na mostě (obr. 3.5): mosty v přímé (obr. 3.5a, 3.5b, 3.5c) mosty půdorysně zakřivené (obr. 3.5d), příp. jen se zakřivenou trasou a) b) c) d) 3.2.4 Typy mostů Obr. 3.5 Geometrické uspořádání v půdorysu Podle počtu polí (obr. 3.6): mosty o jednom poli (obr. 3.6a) mosty o více polích konstrukce může být v každém poli staticky samostatná, např. přemostění řadou prostých nosníků (obr. 3.6b) nebo může probíhat spojitě, např. přemostění spojitým nosníkem (obr. 3.6c). Pro přemostění většího počtu polí jsou v zásadě vhodnější spojité nosníky ve srovnání s řadou prostých nosníků, u nichž dochází ke vzniku lomů nivelety (obr. 3.6b). Na mostě, jehož nosná konstrukce je staticky řešena jako spojitý nosník, je plynulejší provoz a při stejném zatížení menší průhyb. a) b) c) Obr. 3.6 Počet mostních polí Podle statického působení nosné konstrukce (statického systému hlavní nosné konstrukce): mosty deskové mosty trámové mosty obloukové mosty rámové mosty visuté mosty zavěšené Podle působení na podpěry (jedno ze starších hledisek dělení): mosty se svislými podporovými tlaky (s tzv. trámovým účinkem) např. mosty trámové, oblouky s táhlem a některé mosty visuté či zavěšené (kotvené do výztužného trámu) mosty s obecně šikmými podporovými tlaky např. mosty obloukové, rámové, vzpěradlové, visuté, zavěšené apod. - 29 (42) -
Konstrukce základní typy konstrukcí, konstrukční řešení staveb, mosty Podle polohy mostovky: mosty s horní mostovkou (obr. 3.7a), příp. vzepřenou např. u mostů obloukových (obr. 3.11b) mostovka i niveleta nad úrovní horní hrany hlavní nosné konstrukce mosty se zapuštěnou mostovkou mostovka mezi dolní a horní hranou hlavní nosné konstrukce (niveleta nad její horní hranou) mosty s mezilehlou mostovkou (obr. 3.11c) mostovka mezi dolní a horní hranou hlavní nosné konstrukce (niveleta pod její horní hranou) mosty s dolní mostovkou (obr. 3.7b), příp. zavěšenou např. u mostů obloukových (obr. 3.11a) nebo visutých (obr. 3.14, 3.15) a zavěšených mostovka v úrovni dolní hrany hlavní nosné konstrukce a) b) Obr. 3.7 Poloha mostovky Popřemýšlejte a vytipujte v místě nebo okolí svého bydliště nějaký konkrétní vám známý most, po němž často chodíte nebo jezdíte budeme ho nazývat váš most. Pokuste se k němu nyní přiřadit druh podle materiálu, převáděné dopravy, překračované překážky, příp. podle půdorysného uspořádání (geometrie, průběh trasy na mostě). P.S.: Lituji, ale s řešením tohoto problému vám bohužel příliš nepomohu, každý si musí vybrat sám. V tuto chvíli však není cílem vyčerpávající, správná a přesná odpověď, ale spíše abyste se na konstrukci známou z každodenního života, kterou využíváte jako běžní spotřebitelé, podívali z jiného pohledu. Přečtete-li si další části textu, věřím, že svou první odpověď dále upřesníte, doplníte a pravděpodobně zkorigujete. Za jedno z nejdůležitějších hledisek považujeme dělení mostů podle statického systému hlavní nosné konstrukce, který do značné míry ovlivňuje rozpětí i vhodnou volbu materiálu. Dále se tedy zaměříme na typy mostů podle statického působení nosné konstrukce a základní zásady pro jejich uspořádání, příp. základní principy jejich statického řešení. 3.3 Mosty deskové 3.3.1 Základní typy a základní parametry deskových mostů Deskové mosty, u nichž deska mostovky je současně nosnou konstrukcí, jsou obvyklé u mostů betonových. Představují systémy s nejjednodušším příčným řezem, jednoduchým vyztužením i snadnou betonáží. Nevýhodou je poměrně velká hmotnost plynoucí z velké potřebné tloušťky. Staticky mohou působit jako prosté desky pro přemostění jednoho otvoru, které lze také použít pro přemostění několika otvorů za sebou, avšak v tom případě bývají vhodnější desky spojité (obr. 3.6c). Prosté desky: železobetonové max. rozpětí L = 15 m (pro větší rozpětí jsou nehospodárné); tloušťka 1/10 až 1/8 L (optimálně) - 30 (42) -
Mosty základní typy a uspořádání předpjaté max. rozpětí L = 18 m; tloušťka 1/18 až 1/30 L Pro snížení vlastní tíhy lze použít vylehčenou desku (viz [1]). 3.4 Mosty trámové 3.4.1 Základní typy, výhody a nevýhody trámových mostů Mosty trámové se používají jak při stavbě betonových mostů, tak při návrhu mostů ocelových i ocelobetonových, ale též pro mosty dřevěné. Betonové trámové mosty Nevýhody deskových betonových mostů lze odstranit opatřením desky žebry tzv. trámy. Působení konstrukce jako trámové je navíc podmíněno poměrem šířky a rozpětí do 1/3, v opačném případě se jedná o desky. Nejčastější jsou mosty dvoutrámové používané hlavně pro silniční a dálniční mosty středních rozpětí. Pro malé stavební výšky se navrhují mosty o několika nosnících (trámech), zpravidla však ne více než pěti. V některých případech se používají i konstrukce s jedním trámem. Kromě otevřených průřezů se u betonových trámových mostů ve velké míře uplatňují průřezy uzavřené komorové nosníky (obr. 3.8b), jejichž výhodou je zejména velká tuhost v kroucení. Jsou proto vhodné i pro mosty šikmé a půdorysně zakřivené (obr. 3.5c, 3.5d). Ocelové a ocelobetonové trámové mosty U trámových mostů ocelových, příp. ocelobetonových tvoří hlavní nosnou konstrukci ocelové trámy tzv. hlavní nosníky, které přenášejí zatížení z mostovky prostřednictvím ložisek do spodní stavby. Hlavní nosníky mohou být plnostěnné nebo příhradové, staticky mohou působit v zásadě jako prosté nosníky (obr. 3.6a, 3.6b), příp. jako nosníky spojité (obr. 3.6c). Mostovka ocelových mostů je ocelová (prvková, desková viz [2]), u ocelobetonových mostů tvoří mostovku betonová deska (často spřažená s ocelovými hlavními nosníky viz [2]). a) b) Obr. 3.8 Typy trámových mostů Plnostěnné hlavní nosníky (obr. 3.8) mohou být v příčném směru řešeny jako otevřené (obr. 3.8a) nebo uzavřené komorové nosníky (obr. 3.8b). Příhradové hlavní nosníky se v průběhu času vyvíjely od složitějších tvarů k jednodušším (obr. 3.9a), postupně od mnohonásobně staticky neurčitých soustav přes systémy několikrát staticky neurčité až po soustavy staticky určité. V současné době se dává přednost jednodušším systémům (staticky určitým nebo s nízkým stupněm statické neurčitosti), a to s přímými pásy nosníky přímopásové (obr. 3.9b), příp. se zakřiveným horním nebo dolním pásem nosníky křivopásové (obr. 3.9c). - 31 (42) -
Konstrukce základní typy konstrukcí, konstrukční řešení staveb, mosty přímopásové křivopásové a) c) b) Obr. 3.9 Tvary příhradových hlavních nosníků Dřevěné trámové mosty Dřevěné trámové mosty se používají omezeně, ale mají své opodstatnění např. při přemostění otvorů menších světlostí pro převedení méně zatížených komunikací zejména v přírodním prostředí, kde je jejich působení ekologičtější a estetičtější než u mostů betonových či ocelových. 3.4.2 Základní parametry trámových mostů V závislosti na rozpětí se volí vhodný materiál a výška hlavního nosníku. Betonové trámové mosty prosté: max. rozpětí L = 20 m s jedním nosníkem výška trámu h = 1/12 až 1/25 L se 2 nosníky (dvoutrám) nejčastěji předpjaté silniční a dálniční mosty pro rozpětí L = 30 až 45 m s několika nosníky různý počet, zpravidla ne více než 5 Ocelové a ocelobetonové trámové mosty: plnostěnné hlavní nosníky otevřeného průřezu - prosté nosníky ekonomické rozpětí L do 30 až 40 m výška hlavního nosníku h = 1/10 až 1/12 L pro železniční mosty h = 1/15 až 1/20 L pro silniční mosty - spojité nosníky vhodné pro rozpětí pole L do 50 m, v některých případech efektivní až do 150 m výška hlavního nosníku h = 1/14 až 1/18 L pro železniční mosty h = 1/20 až 1/40 L pro silniční mosty plnostěnné hlavní nosníky uzavřeného průřezu vhodné pro rozpětí L až do 150 m příhradové hlavní nosníky - prosté nosníky ekonomické pro rozpětí L větší než 40 m výška hlavního nosníku 1/7 až 1/10 L pro přímopásové nosníky 1/5,5 až 1/8 L pro křivopásové nosníky - spojité nosníky nejčastěji o 3 polích, rozpětí středního pole L běžně 100 až 200 m, největší mosty dosahují až 500 m výška hlavního nosníku 1/9 až 1/15 L pro přímopásové nosníky 1/12 až 1/18 L pro křivopásové nosníky - 32 (42) -
Mosty základní typy a uspořádání Jestliže jste dospěli k názoru, že váš most je trámový, vynasnažte se trochu to konkretizovat: Jaký má statický systém, jaké jsou hlavní nosníky, v jaké poloze je mostovka? P.S.: Nenechám vás v tom tak úplně samotné, na konci kapitoly je příklad s ukázkami známých mostů u nás budete mít aspoň možnost porovnání s vaším mostem. 3.5 Mosty obloukové 3.5.1 Základní typy, výhody a nevýhody obloukových mostů Základní výhoda obloukových mostů z hlediska statického vyplývá zejména z jejich tvaru, který se volí blízký tvaru výslednicové čáry od vnějšího zatížení. Z tohoto důvodu je nejvhodnější parabola. Z estetického hlediska působí oblouky ve srovnání s mostními konstrukcemi jiných tvarů velmi příznivě. Nevýhodou obloukových mostů obecně je jejich náročnější, pracnější a nákladnější výroba a montáž. Základní dělení oblouků vychází z jejich statického působení. Z hlediska tlaků na opěry hovoříme o pravých obloucích (obr. 3.10a, 3.10b1, 3.10c1), které i při svislém zatížení vyvozují šikmé podporové tlaky, anebo se jedná o nepravé oblouky (obr. 3.10b2, 3.10c2) s táhlem (konstrukce s trámovým účinkem viz odst. 3.2.4), které při svislém zatížení působí na základy svislými tlaky. Z hlediska statického systému hlavní nosné konstrukce rozdělujeme oblouky podle stupně statické neurčitosti na oblouky vetknuté (obr. 3.10a) třikrát staticky neurčité, oblouky s jedním kloubem dvakrát staticky neurčité, oblouky dvoukloubové (obr. 3.10b) jedenkrát staticky neurčité a oblouky trojkloubové (obr. 3.10c) staticky určité. Oblouky vetknuté se pro malá a střední rozpětí navrhují převážně u betonových mostů, naopak u mostů ocelových se uplatní štíhlé konstrukce vetknutých oblouků teprve pro velká rozpětí. V praxi se zřídka uplatňují oblouky s jedním kloubem, protože konstrukce kloubu překáží ve vozovce, stejně tak u trojkloubových oblouků, u nichž navíc nastávají problémy při konstrukčním řešení ztužení a vznikají velké průhyby. Statická určitost je však výhodná v obtížných základových podmínkách a často se tento systém využívá při montáži oblouků, které jsou jinak staticky neurčité. vetknutý dvoukloubový trojkloubový a) b1) c1) Obr. 3.10 Oblouky podle stupně statické neurčitosti b2) c2) Z hlediska vzájemného poměru tuhosti oblouku a tuhosti trámu, který nese mostovku, rozlišujeme oblouky tuhé např. s mostovkou na kyvných stojkách - 33 (42) -
Konstrukce základní typy konstrukcí, konstrukční řešení staveb, mosty v poloze horní či mezilehlé (obr. 3.11b1, 3.11c), příp. s táhlem s mostovkou v poloze dolní (obr. 3.11a1), a oblouky volné netuhé. Různou kombinací tuhých a netuhých oblouků a trámů vzniká např. tuhý trám vyztužený volným obloukem s dolní mostovkou tzv. Langerův trám (obr. 3.11a2), volný oblouk vyztužený tuhým trámem s horní mostovkou (obr. 3.11b2), tuhý oblouk s tuhým trámem apod. a1) dolní mostovka horní (vzepřená) motovka mezilehlá mostovka b1) c) a2) dolní mostovka horní mostovka b2) Obr. 3.11 Oblouky podle tuhosti oblouku a trámu Vlastní oblouk lze provést jako plnostěnný nebo příhradový, s rovnoběžnými i různoběžnými pásy, které se k podporám sbíhají (oblouky srpovitého tvaru) nebo naopak rozbíhají (oblouky s výškou zvětšující se k patkám). Oblouky s horní mostovkou, jejichž horní pás nese přímo konstrukci mostovky a tvarem sleduje niveletu, se nazývají oblouky s vyztuženými cípy. Tuhé oblouky se uplatňují u betonových mostů, oblouky volné jsou časté u mostů ocelových (viz Langerův trám), s rozvojem lepených dřevěných profilů se v poslední době rozšiřují také obloukové mosty dřevěné. 3.5.2 Základní parametry obloukových mostů Za tvar střednice oblouku lze zvolit parabolu (staticky nejvýhodnější), ale i kružnici, elipsu či jinou vhodnou křivku. Přitom u ocelových mostů nezáleží na volbě tvaru střednice tolik jako u mostů betonových, kde je snaha eliminovat velké ohybové momenty tak, aby průřezy byly namáhány téměř centrickým tlakem. Obloukové mosty se navrhují pro přemostění otvorů o jednom poli, ale též pro přemostění více otvorů. Rozpětí obloukových mostů L: obecně optimální L mezi 100 až 300 m betonové mosty L mezi 70 až 200 m, pro malá rozpětí nehospodárné, proto nejčastější rozpětí L = 200 až 300 m, existují i obloukové mosty pro rozpětí nad 400 m ocelové mosty L mezi 60 až 300 m, příhradové oblouky pro rozpětí L až 500 m Vzepětí oblouků f: tvar a výšku oblouku charakterizuje poměr vzepětí a rozpětí oblouku f / L betonové mosty f / L = 1 až 1/15 - vetknuté oblouky optimálně f / L = 1/3 až 1/5, hospodárně f / L = 1/5 až 1/6 - dvoukloubové oblouky optimálně f / L = 1/5 až 1/8 - trojkloubové oblouky optimálně f / L = 1/7 až 1/10, příp. až 1/15 ocelové mosty f / L = 1/5 až 1/10, optimálně f / L = 1/6 až 1/7-34 (42) -