9. Velkorozponové haly Konstrukce z tuhých prvků, visuté konstrukce, zavěšené konstrukce, pneumatické konstrukce s lany

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.)

konstrukce z tuhých prvků, visuté konstrukce, zavěšené konstrukce, pneumatické konstrukce s lany.

rovinné soustavy, prostorové soustavy.

spotřeba materiálu

Obecně platí:

nároky na opěry

• plnostěnný nosník • příhradový nosník

klesá

• rám • zavěšený nosník • visuté konstrukce OK3

©9

Prof. Ing. Josef Macháček, DrSc.

stoupají

• oblouk

1

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 (Lcr jen mezi styčníky) Příklad: Hala Vítkovice L = 100 m Stadion Amsterdam L = 177 m (s pohyblivou střechou) OK3

©9


2

2

Oblouky (plnostěnné, příhradové) Nevýhody: zakřivení působí potíže krytině. (proto často polygonální tvar) Statika oblouku: v Mv H= f

Příklad: Olymp. stadion Sydney L = 300 m Olymp. stadion Athény L = 304 m

f

L

Dvojkloubový (vetknutý): - vliv stlačení střednice (→ menší H), - citlivý na pokles podpor a teplotu, - vhodné je vložit táhla do podlahy (přenést H).

Stabilita oblouku: a) Přibližně posudek na vzpěr pro Nx = L/4

) l • pro vybočení v rovině oblouku: Lcr = β 2

) l/2 N L

• pro vybočení z roviny oblouku: - vzdál. příčného držení - nebo

Lcr = β 1β 2 L

b) Teorií II. řádu s imperfekcemi (velké oblouky) OK3

©9


β = 0,7 β = 1,0 β = 1,15

(β1, β2 v normách podle geometrie a zatížení) 3

3

Olympijský stadion Athény oblouky L = 304 m, polykarbonátová krytina (španělský architekt Santiago Calatrava)

OK3

©9


4

4

Rámy Nejrůznější typy uložení, náběhy apod. Stabilita viz v kapitole Klasifikace rámů. spoj předpjatými šrouby (omezit deformace) Detail "kloubu" (vetknutí vyžaduje příliš velké základy):

L až 70 m

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

©9


5

5

Rošty

plnostěnné nosníky:

• dvojsměrné

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

©9


6

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 t≈ d ~ 2d

d 40

- výlisky jsou lisovány za tepla do zápustky, - jedna trubka probíhá, - ostatní trubky v prostoru přivařeny na kouli tupým svarem ½ V. OK3

©9


7

7

b) Patentované styčníky Mero systém SRN

Obdoba: KT-I Jap.:

šestihranný kryt pružina matice matice krytu šroub

(mnohostěn - lze připojit až 18 trubek)

Řada modifikací, např.: • válcový styčník (přenáší M), • talířový styčník (pro jednovrstvé k.) Význačné stavby:

Globe Arena (1987)

Eden projekt (2000)

Singapore Art C. (2002)

OK3

©9


S. Jordi (1992) 8

8

svěrný šroub

Systém Triodetic Kanada zploštělá trubka zaháknuta Význačné stavby:

Skleník ve Vancouveru (1969)

Systém Nodus VB

Toronto IMAX (1971)

Hawaii Energy Center (2004)

VP šroub dělený styčník čtverhranná trubka oka pro načepování trubkových diagonál OK3

©9


9

9

Válcové klenby a skořepiny • plnostěnné

obvykle ortotropní (s výztuhami) pro lokální tuhost Příklad:

• příhradové

sportovní hala Praha výstaviště (1962) L= 64 m, t = 4 mm

jednovrstvé dvouvrstvé

Příklad: lamelové konstrukce zimních stadionů Kladno, Prostějov

236

Statické řešení (viz ČSN EN 1993-1-6)

112

zkušebna v Moskvě (zřítila se kolem r. 1985)

a) Pevnostní: - ohybová teorie výsledkem je 6 složek vnitřních sil

porucha ve štítu ⇒ Mx

trámová síla Nx

ϕ

oblouková síla Nϕ + smyková síla Nxϕ OK3

©9


(Nx, Nϕ, Nxϕ, Mx, Mϕ, Mxϕ)

- membránová teorie výsledkem jsou jen 3 normálové síly (Nx, Nϕ, Nxϕ). Nutno uvážit ohybové poruchy (zejména u štítů Mx) 10

10

a) Stabilitní ("prolomení" skořepiny): - globální ztráta stability

w0

- lokální ztráta stability

Kopule rovnoběžková síla Nϑ meridiánní síla Nϕ

membránová teorie

+ smyková síla Nϑϕ

− 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

©9


11

11

• Dvojvrstvé kopule 2,5 m

Stadion v Detroitu (1979)

266 36 příhradových vazníků 135

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

©9


12

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

©9


13

13

2. Visuté konstrukce (používají nosný visutý tažený prvek) - lanové (vláknové), - membránové. Výhody: • malá spotřeba materiálu, • velké tvarové možnosti (architektonická rozmanitost). Nevýhody: • tvarová nestálost

tvar závisí na zatížení, tzn: - řešit teorií II. řádu, - vysoké nároky na krytinu.

M(x) = 0 • velké vodorovné reakce

f L

H=

q L2 8f

OK3

©9


- vysoké nároky na podpory.

14

14

Lana (viz OK1: vinutá, skládaná, jednopramenná, vícepramenná, otevřená, uzavřená) mezery vyplněny voskem, polyuretanem dráty pozink. Zn95Al5 (300g/m2) plastové trubky

Koncovky

otevřená, zinkem zalitá

otevřená kovaná koncovka

válcová zalitá kovem nebo epoxidem (může mít vnější/vnitřní závit, nebo oka pro přípoj)

srdcovka OK3

©9


výplň: pryskyřice polymery cementy

U svorka

svorky 15

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: • zatížením (balast), • vyztužením (tuhé prvky), • předpětím (dvojvrstvé konstrukce, dále).

změna tvaru a kmitání

OK3

©9


16

16

b) dvojvrstvé předepnuté nosné a napínací lano

spojovací táhla

Jawerthův nosník (všechny prvky lanové, tažené)

spojovací vzpěry

Příklady: zimní stadion Johannesburg (Stockholm) 15 800

posluchárna univerzity v Utica (USA)

75 000

82 800

OK3

©9


17

17

• Prostorové lanové konstrukce a) s radiálními lany (obvykle kruhový půdorys) 1.

2.

3.

půdorys

tlačený vnější prstenec

řez

dvojice lan

vnitřní tažený prstenec

Příklad: Pavilon USA v Bruselu, 1958 (104 m)

b) lanové kopule Geigerovy vrchní tažený prstenec předepnuté radiály tlačený prstenec tlačené svislice velká rozpětí (až 250 m)

tažené prstence

OK3

©9


Příklad: Olympijský stadion Seul, 1988 (tkaninová krytina)

18

18

Geigerův systém Statické chování P

Provedení

P/2

P/2

P/2

P/2

P/4

P

tažené prstence

P/4

P

P P/4 P/2

P/4 P/2

tlačený prstenec

Montáž předpínání tlačený prstenec dodávat tažené prstence

OK3

©9


19

19

c) lanové sítě 2 osnovy lan 1. přímé obvodové prvky

velké ohybové momenty

konkávní - nosná konvexní - předpínací 2. obloukové obvodové prvky

Příklady: • Č. Budějovice, • Bratislava Pasienky, 1962 (72x66 m)

Festivalový komplex Tartu (53,3x42,6 m): montáž a dokončení OK3

©9


20

20

Membránové visuté konstrukce Nosná membrána může tvořit zároveň krytinu. Mohou být: • •

válcové, kruhové, elipsovité.

drží tvar při sání t = 5 mm + žebra

Příklad: Moskva (elipsa 224x183 m):

224 x 183

připevnění podhledu

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

©9


21

21

Příklad plachtové konstrukce (PTFE)

obvodová lana

kotvení lan

OK3

©9


22

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 vnější kotvení (nároky na pozemek)

kotvení do základu sloupu

48

Zavěšené visuté konstrukce střech: Příklad: • Olympijský stadion v Mnichově, 1972 • Letiště Džida (pro poutníky do Mekky), 405000 m2, 1980

Tkanina, plasty OK3

©9


23

23

4. Pneumatické konstrukce stabilizované lany Tkaninové konstrukce s vnitřním přetlakem cca 0,003 at (= 0,0003 MPa = 0,3 kN/m2). 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 tkanina 0,8 mm přetlak 0,003 at 201 m Pro baseball, 55000 diváků, při tajfunech se vypouští OK3

©9


24

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 OK3

©9


Senftenberg 1998 25

25

Skleněné fasády podepírané lanovými předpjatými nosníky Konstrukce vytvořené z předepnutých tyčí. Tlačené rozpěry z trubek podepírají skleněné tabule rektifikovatelnými bodovými držáky ("pavouky").

OK3

©9


26

26

Velkorozměrová skleněná fasáda (Mnichov)

OK3

©9


27

27

9. Velkorozponové haly Konstrukce z tuhých prvků, visuté konstrukce, zavěšené konstrukce, pneumatické konstrukce s lany

Recommend Documents