KONSTRUKCE A DOPRAVNÍ STAVBY

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ FAKULTA STAVEBNÍ

ING. MIROSLAV BAJER, CSc. ING. MILAN PILGR ING. MILOSLAV VESELKA

KONSTRUKCE A DOPRAVNÍ STAVBY MODUL BO01-MO1 KONSTRUKCE – OBECNÝ POSTUP PŘI NÁVRHU STAVEBNÍCH KONSTRUKCÍ – VÝPOČTOVÝ MODEL, VLASTNOSTI STAVEBNÍCH MATERIÁLŮ, ZATÍŽENÍ

STUDIJNÍ OPORY PRO STUDIJNÍ PROGRAMY S KOMBINOVANOU FORMOU STUDIA

Konstrukce - obecný postup při návrhu stavebních konstrukcí - výpočtový model, vlastnosti materiálů, zatížení

Jazyková korektura nebyla provedena, za jazykovou stránku odpovídá autor. © Ing. Miroslav Bajer, CSc. (kap. 2, 3), Ing. Milan Pilgr (kap. 4), Ing. Miloslav Veselka (kap. 5).

- 2 (43) -

Obsah

OBSAH 1 Úvod ..............................................................................................................5 1.1 Cíle ........................................................................................................5 1.2 Požadované znalosti ..............................................................................6 1.3 Doba potřebná ke studiu .......................................................................6 1.4 Klíčová slova.........................................................................................6 2 Druhy stavebních konstrukcí ......................................................................7 3 Základní postup při návrhu a realizaci stavební konstrukce...................8 3.1 Vytváření výpočtového modelu konstrukce .........................................8 3.2 Výpočet konstrukce.............................................................................11 3.3 Dimenzování prvků a spojů ................................................................12 3.4 Projektová dokumentace stavby..........................................................12 3.5 Výroba prvků a dílců konstrukce ........................................................13 3.6 Montáž stavebního díla .......................................................................13 3.7 Dokumentace skutečného provedení stavby .......................................14 4 Materiály pro nosné stavební konstrukce ................................................15 4.1 Složení a výroba konstrukčních materiálů ..........................................15 4.1.1 Beton .....................................................................................15 4.1.2 Ocel .......................................................................................16 4.1.3 Dřevo.....................................................................................17 4.2 Hlavní materiálové charakteristiky .....................................................17 4.3 Výhody a nevýhody konstrukčních materiálů ....................................20 1.1.1 Beton .....................................................................................20 4.3.2 Ocel .......................................................................................20 4.3.3 Dřevo.....................................................................................20 5 Zatížení podle ČSN 73 0035-1988 .............................................................22 5.1 Názvosloví a značky ...........................................................................22 5.1.1 Názvosloví ............................................................................22 5.1.2 Značky...................................................................................23 5.2 Všeobecně ...........................................................................................23 5.2.1 Charakteristiky zatížení a jejich stanovení ...........................23 5.2.2 Klasifikace zatížení (stálá, nahodilá) ....................................23 5.2.3 Zatížení ve statických výpočtech ..........................................24 5.2.4 Kombinace zatížení...............................................................24 5.3 Přehled stálých zatížení.......................................................................26 5.4 Přehled nahodilých užitných zatížení .................................................26 5.4.1 Zatížení stropů a střech .........................................................26 5.4.1.1 Rovnoměrná zatížení ............................................................26 5.4.1.2 Soustředěná a podobná místní zatížení .................................27 5.4.1.3 Zatížení stroji a zařízením.....................................................27 5.4.1.4 Zatížení vysokozdvižnými vozíky ........................................28 5.4.2 Zatížení zábradlí, říms a obvodových plášťů objektů...........28 5.4.3 Zatížení jeřáby ......................................................................28 - 3 (43) -


5.5

Klimatická zatížení............................................................................. 28 5.5.1 Zatížení sněhem.................................................................... 28 5.5.2 Zatížení větrem..................................................................... 29 5.6 Užitná nahodilá zatížení zvláštních konstrukcí .................................. 29 5.6.1 Zatížení stropů a střech ........................................................ 29 5.6.1.1 Zatížení silničními motorovými vozidly .............................. 29 5.6.1.2 Zatížení letadly se svislým startem a přistáním ................... 29 5.6.1.3 Zatížení rázem ...................................................................... 29 5.6.2 Zatížení dočasných konstrukcí a tribun................................ 30 5.6.3 Zatížení svislých konstrukcí rázem ...................................... 30 5.6.3.1 Zatížení od nárazů dopravních prostředků ........................... 30 5.6.3.2 Zatížení tenkostěnných a lehkých konstrukcí, zábradlí ....... 30 5.6.4 Zatížení vodorovným tlakem betonové směsi...................... 30 5.7 Klimatická zatížení zvláštních konstrukcí.......................................... 30 5.7.1 Zatížení námrazou ................................................................ 30 5.8 Zatížení od vynucených přetvoření .................................................... 31 5.8.1 Zatížení teplotami................................................................. 31 5.8.2 Zatížení smršťováním a dotvarováním betonu..................... 31 5.8.3 Zatížení poddolováním a poklesem podpor ......................... 31 5.9 Zatížení konstrukcí navrhovaných jinak než podle ČSN 73 0031 ..... 32 5.10 Mapa větrových oblastí ...................................................................... 33 5.11 Zatížení dynamickou složkou větru.................................................... 33 5.12 Hmotnosti a jiné charakteristiky staviv .............................................. 33 5.13 Mapa sněhových oblastí ..................................................................... 33 5.14 Námrazová mapa ................................................................................ 34 6 Závěr ........................................................................................................... 35 6.1 Příklady .............................................................................................. 35 6.2 Kontrolní otázky................................................................................. 41 6.3 Shrnutí ................................................................................................ 42 7 Studijní prameny ....................................................................................... 43 7.1 Seznam použité literatury ................................................................... 43 7.2 Seznam doplňkové studijní literatury................................................. 43

- 4 (43) -

Úvod

1

Úvod

1.1

Cíle

Modul, který se chystáte studovat, obsahuje informace o základním členění stavebních konstrukcí (kap. 2), základním postupu při návrhu a realizaci stavebního díla s důrazem na tvorbu výpočtových modelů (kap. 3), zabývá se vlastnostmi stavebních materiálů (kap. 4) a problematikou stanovení zatížení stavebních konstrukcí (kap. 5). Cílem kapitol „Druhy stavebních konstrukcí” a „Základní postup při návrhu a realizaci stavební konstrukce” je shrnout obecné zásady, platné při sestavování a vytváření výpočtových modelů stavebních konstrukcí nebo jejich částí. Problematika návrhu vytvoření výpočtového modelu je pojata obecně, bez vazby na konkrétní materiál a typ konstrukce. Vedle poznatků o obecných pravidlech sestavování výpočtových modelů jsou v těchto částech taktéž stručně popsány základní typy výpočtových modelů konstrukcí z hlediska jejich statického působení, základní typy nejběžněji používaných prvků stavebních konstrukcí, vzájemné vazby mezi prvky konstrukce a vazby konstrukce na spodní stavbu, taktéž jsou rozebrány možnosti působení různých zatížení na stavební konstrukci a to jak z hlediska jejich polohy, tak z hlediska jejich typu. Nastudováním této části čtenář získá základní obecnou představu o problematice sestavování výpočtových modelů stavebních konstrukcí. Kapitola „Materiály pro nosné stavební konstrukce” prezentuje zevrubný výčet konstrukčních materiálů vhodných pro navrhování a provádění standardních konstrukcí pozemního, inženýrského, dopravního i vodního stavitelství. Navržený konstrukční materiál zpravidla určuje celkové uspořádání, detaily i provedení konstrukce a naopak požadavky kladené na stavbu určují volbu použitého materiálu. Vedle poznatků o konstrukčních pravidlech je pro inženýra nezbytná také znalost materiálových charakteristik, jakož i materiálu a jeho zpracování. Proto u vybraných materiálů uvádíme jejich složení a výrobu, dále číselné hodnoty fyzikálně-mechanických vlastností a s tím souvisící přednosti i nedostatky. Pro ilustraci je na konci modulu zařazen číselný příklad osvětlující praktický význam uváděných materiálových charakteristik. Studiem této části čtenář získá pouze rámcovou představu o dané problematice. Kapitola „Zatížení podle ČSN 73 0035-1988” je koncipovaná tak, aby po jejím prostudování studenti dokázali: -

charakterizovat problematiku zatížení stavebních konstrukcí v souladu s ČSN 73 0035-1988,

-

sestavit zatížení stavební konstrukce.

- 5 (43) -


1.2

Požadované znalosti

Student by měl mít základní znalosti z teoretických předmětů (zejména matematiky a fyziky) ze střední školy, rozšířené o znalosti z teoretických předmětů prvního ročníku matematika I, matematika II a základy stavební mechaniky. Dále z dosavadního studia na Fakultě stavební VUT v Brně jsou potřebné znalosti ze stavebních látek a pružnosti a pevnosti. Protože studium pružnosti a pevnosti probíhá paralelně s tímto kurzem, požaduje se alespoň znalost pojmů „napětí“ a „Hookeův zákon“. Pro pochopení této kapitoly je nutné mít prostudované kapitoly „Materiály pro konstrukce“ a „Zatížení stavebních konstrukcí“.

1.3

Doba potřebná ke studiu

Celková optimální doba pro prostudování kapitol 2, 3 je, včetně zopakování základních pojmů, 2 hodiny. Taktéž studium každé z kapitol 4, 5 činí cca 2 hodiny. Celková doba pro prostudování modulu tedy činí cca 6 hodin, pokud budete procházet i řešené příklady , pak se doba prodlouží o jednu až dvě hodiny.

1.4

Klíčová slova

Výpočtový model, stavební konstrukce, geometrický tvar, statické schéma, podpory, spojení prvků, materiálové vlastnosti, průřezové charakteristiky, výpočet, posouzení, pevnost, dílčí součinitel spolehlivosti materiálu, modul pružnosti v tahu a tlaku, Youngův modul, hustota, zatížení, charakteristické (normové) zatížení, návrhové (výpočtové) zatížení, součinitel zatížení, stálé zatížení, nahodilé zatížení, užitné zatížení, klimatická zatížení, zatížení od vynucených přetvoření, nahodilá zatížení dlouhodobá, nahodilá zatížení krátkodobá, nahodilá zatížení mimořádná, kombinace zatížení, součinitel kombinace zatížení, dokumentace.

- 6 (43) -

Druhy stavebních konstrukcí

2

Druhy stavebních konstrukcí

Stavební konstrukce můžeme členit podle různých hledisek. Dělení je možné např. podle: a) Účelu, ke kterému mají sloužit: - konstrukce budov (obytných, administrativních, speciálního určení), - halové konstrukce (průmyslové, zemědělské, skladovací, sportovní, výstavní), - mosty a lávky pro pěší, - technologické konstrukce (věže, zásobníky, stožáry), - vodohospodářské stavby ( hradící klapky, jezy, plavební komory), - další konstrukce. b) Použitých materiálů a jejich kombinací: - zděné (cihlové, z tvárnic), - betonové (prostý beton, železobeton, předpjatý beton), - kovové (ocelové, hliníkové), - dřevěné (rostlé dřevo, lepené lamelové dřevo, materiály na bázi dřeva). c) Skladby nosného systému (podle nosných prvků, které v systému převažují): - prutové (příhradové, rámové, plnostěnné, obloukové), - panelové (tvořené z plošných prvků skořepinových nebo deskostěnových), - další typy, - kombinované (kombinace různých typů nosných prvků).

- 7 (43) -


3

Základní postup při návrhu a realizaci stavební konstrukce

Chceme-li navrhnout a realizovat jakoukoliv stavební konstrukci, je třeba naplnit následující posloupnost: -

provést architektonický návrh stavby, definovat geometrický tvar konstrukce, definovat spojení částí konstrukce (prvků a dílců) mezi sebou, vyřešit návaznost konstrukce na spodní stavbu, definovat charakteristiky použitých materiálů, navrhnout typy průřezů jednotlivých prvků konstrukce, stanovit zatížení a jeho kombinace, provést výpočet konstrukce, provést dimenzování prvků a spojů, vypracovat projektovou dokumentaci stavby, vyrobit prvky a dílce konstrukce, provést montáž stavebního díla, vypracovat dokumentaci skutečného provedení stavby.

3.1

Vytváření výpočtového modelu konstrukce

Výpočtový model konstrukce lze definovat jako model, přibližující se svým chováním v maximální možné míře chování reálné stavební konstrukce. Na jeho správném sestavení závisí míra shody se skutečným chováním navrhovaného stavebního díla. Nesprávně sestavený výpočtový model může ve svém důsledku vést k nepředvídatelným důsledkům. Vytvořit výpočtový model znamená uspořádat nosné prvky tak, aby byl vytvořen výsledný prostorový útvar (jedná-li se o výpočtový model konstrukce jako celku, případně jeho ucelené části), resp. rovinný útvar (obvykle, jedná-li se o řešení určitého dílce, např. rámu, vazníku, ztužidel, oblouku…). Jedním ze základních předpokladů úspěšnosti výpočtu je správné definování geometrického tvaru sestavovaného výpočtového modelu. Je třeba stanovit skladbu konstrukce tak, tzn. použít odpovídající typy prvků (pruty, stěny, desky, skořepiny, prostorové prvky), aby odpovídala skutečnému působení korespondujících prvků v reálné konstrukci. O tom, jaký typ prvku zvolíme, rozhoduje složitost navrhované konstrukce. Prutové prvky (obr. 3.1) použijeme tam, kde jeden rozměr prvku (délka) výrazně převyšuje zbylé dva rozměry prvku (výšku a šířku průřezu). Je-li prut zabudován do konstrukce zatížen tak, že je schopen přenášet pouze normálové síly, hovoříme o příhradovém prutu, je-li zabudován tak, že navíc přenese i posouvající síly a momenty (ohybové, krouticí), hovoříme o prutu rámovém. Tento typ prvku lze použít pro sestavování výpočtových modelů jak v rovině, tak v prostoru. Stěnové prvky (obr. 3.2) lze do výpočtového modelu konstrukce navrhnout tehdy, jestli-že odpovídající reálný prvek má charakter plošného prvku, tzn. že tloušťka prvku je výrazně menší než zbylé dva rozměry (šířka a délka) a zároveň zatížení působí pouze ve střednicové rovině prvku. Deskové prvky (obr. 3.3) použijeme tehdy, jednáli se u reálné konstrukce opět o plošný prvek, ale zatížení na tento element pů- 8 (43) -


sobí pouze kolmo ke střednicové rovině deskového prvku. V případě, že skutečný prvek v reálné konstrukci má opět tloušťku prvku výrazně menší než šířku a délku, přičemž může být i zakřiven, a působí-li zatížení obecně, potom při sestavení výpočtového modelu použijeme skořepinový prvek (obr. 3.4). Prostorové prvky (obr. 3.5) využijeme v těch případech, kdy rozměry prvku jsou ve všech třech směrech srovnatelné, stejně tak zatížení může působit libovolnými směry.

obr. 3.1 prutový prvek

obr. 3.2 stěnový prvek

obr. 3.4 skořepinový prvek

obr. 3.3 deskový prvek

obr. 3.5 prostorový prvek

Při vytváření výpočtového modelu je dále nutné definovat uzly a hrany, ve kterých se prvky spojují a následně pak stanovit způsob spojení prvků mezi sebou – provést tzv. modelování spojů. Podle chování spoje rozlišujeme tři základní modely : a) kloubové spoje, u nichž předpokládáme že přenáší pouze silové účinky, nikoliv tedy účinky momentové, b) tuhé spoje, u kterých předpokládáme plnou momentovou únosnost, c) polotuhé spoje, kde předpokládáme částečnou momentovou únosnost. Při praktických návrzích konstrukce, se v nejčastěji uplatňují případy a), b). Při vytváření výpočtového modelu složeného z prutových prvků je možné na konci nebo počátku prutu taktéž předepsat vnitřní klouby s reálnou tuhostí a tím simulovat pružně poddajné připojení prutu ke styčníku. Na konstrukci lze taktéž obvykle zadat skupinu netypických prutů a přiřadit jim typ odlišný od základního typu. Tak lze vytvořit smíšenou konstrukci, např. kombinaci rámových a příhradových prutů. V inženýrské praxi se nejčastěji používají výpočtové modely prutových konstrukcí vyobrazených na obr. 3.6. Plošné resp. prostorové prvky mají využití zejména při numerickém řešení konstrukčních detailů obr. 3.7.

- 9 (43) -


obr. 3.6 konstrukce vedoucí na výpočtový model sestavený z prutových prvků

obr. 3.7 výpočtový model konstrukčního detailu – přípoje ocelové konstrukce

Další krokem, který musíme při vytváření výpočtového modelu provést, je definování způsobu podepření konstrukce. V praxi to znamená zadat vnější vazby – tzn. definovat způsob převedení akcí konstrukce na základy či spodní stavbu. Obvykle definujeme okrajové podmínky podle toho, které složky vnitřních sil jsou schopné přenést na základy. Přenáší-li kotvení pouze složky silové, hovoříme o kloubovém uložení, přenáší-li navíc taktéž složky momentové, hovoříme o rámovém kotvení nebo-li vetknutí. Je-li kotvení schopné přenést momentový účinek pouze částečně, hovoříme o částečném vetknutí. V místě zadaných podpor lze taktéž obvykle zadávat poklesy a pootočení ve směrech souřadného systému dané podpory. Následným krokem při sestavování výpočtového modelu je definování materiálu jednotlivých použitých prvků. Materiál definujeme prostřednictvím výpočtových charakteristik (výpočtové pevnosti, moduly pružnosti, hustoty, a dalších charakteristik příslušejících danému materiálu).

obr. 3.8 dílec v kombinaci materiálů

obr. 3.9 kombinace materiálu v průřezu

V používaných výpočetních programech jsou tyto charakteristiky obvykle součástí katalogu materiálů. Je zcela obvyklé, že stavební konstrukce je sestavena z různých typů materiálů a to jak v rámci konstrukce jako celku nebo dílců konstrukce obr. 3.8, tak v částech dílčího prvku (např. nosník profilu I s dřevěnými pásnicemi a ocelovou stěnou) obr. 3.9. Vlastnostmi stavebních materiálů se podrobněji zabývá kapitola 1. - 10 (43) -


Dalším krokem je přiřazení dimenzí prvkům, což prakticky znamená definování příslušných průřezových charakteristik. Toto lze učinit (v případě použití běžných typů průřezů) obvykle přiřazením průřezu z katalogu průřezů viz obr. 3.10, v případě složitějších průřezů ručním přiřazením průřezových charakteristik (plochy, momentů setrvačnosti a momentu tuhosti v prostém kroucení).

obr. 3.10 typy průřezů z katalogu

Neopomenutelnou částí výpočtového modelu je stanovení účinků zatížení. Stanovit účinky zatížení zahrnuje určení zatěžovacích stavů a jejich kombinací. Tato problematika je podrobně popsána v kapitole 5. Z hlediska působení zatížení je třeba rozlišit, zda zatížení působí v globálním souřadném systému na délku (např. zatížení stálé) nebo průmět prvku (např. zatížení sněhem), či lokálním souřadném systému (např. zatížení větrem), viz obr. 3.11 a obr. 3.12.

obr. 3.11 globální a lokální souřadný systém

obr. 3.12 působení zatížení na délku či průmět prvku

3.2

Výpočet konstrukce

Provést výpočet konstrukce znamená určit na výpočtovém modelu deformace konstrukce, vnitřní síly a akce konstrukce na podpory. Tyto veličiny mohou být v konstrukci určeny výpočtem podle teorie prvého řádu, s použitím počáteční geometrie konstrukce, nebo výpočtem podle teorie druhého řádu vycházející z podmínek rovnováhy na přetvořené konstrukci. Některé výpočetní programové systémy taktéž umožňují výpočet fyzikálně nelineární, případně výpočet - 11 (43) -


dynamický. Nejčastěji prováděný výpočet je výpočet podle teorie prvého řádu, fyzikálně lineární a statický. Spuštěný výpočtu má smysl až po úplném zadání výpočtového modelu konstrukce a po kontrole správnosti zadání. Výpočet může proběhnout úplně nebo v případě, byl-li výpočtový model konstrukce omylem zadán jako mechanizmus, se výpočet po tomto zjištění ukončí. Nový výpočet je možné spustit až po odstranění mechanizmu. Mechanizmus může nastat tehdy, je-li v konstrukci příliš mnoho kloubů nebo jsou klouby nekorektně umístěny. Může však také znamenat, že konstrukce je příliš měkká (obvykle chybným zadáním průřezů) nebo signalizuje chybějící podporu. Po ukončení výpočtu lze vyhodnotit deformace uzlů a prutů, akce na základy a vnitřní síly v kterémkoliv místě konstrukce.

3.3

Dimenzování prvků a spojů

Stavební konstrukce se dimenzují podle metodiky mezních stavů. Rozeznáváme tyto skupiny mezních stavů – mezní stavy únosnosti a mezní stavy použitelnosti. Při mezním stavu únosnosti musí být konstrukce navržena tak, aby účinek extrémního návrhového zatížení nepřekročil návrhovou únosnost. Při mezním stavu použitelnosti posuzujeme, zda účinky od charakteristického zatížení nejsou větší, než příslušné mezní hodnoty. Žádný z možných mezních stavů nesmí být překročen. Je nutné uvažovat všechny možné návrhové situace a zatěžovací případy, včetně běžného užívání, montáže, oprav i nehod. Výpočtové modely mají zahrnovat všechny důležité faktory, včetně odhadu skutečného chování konstrukce, úrovně výroby a spolehlivosti vstupních dat. Podle potřeby je možné výpočet doplnit nebo nahradit experimentem. Provést dimenzování stavební konstrukce znamená provést dimenzování prvků a spojů. Na výpočetní postupy je třeba aplikovat platné normy nebo postupovat podle přesnějších postupů. Algoritmy dimenzování prvků a spojů stavebních konstrukcí podle příslušných normativních dokumentů budou probírány v rámci následujících odborných předmětů bakalářských a magisterských studijních programů.

3.4

Projektová dokumentace stavby

Projektová dokumentace stavby (projekt), která se předkládá ke stavebnímu řízení, obsahuje zejména : -

souhrnnou zprávu s údaji doplňujícími základní údaje o stavbě uvedené v žádosti o stavební povolení,

-

celkovou situaci stavby (zastavovací plán) v měřítku 1 : 200 až 1 : 500,

- 12 (43) -


-

stavební výkresy pozemních a inženýrských staveb, ze kterých je zřejmý dosavadní a navrhovaný stav,

-

návrh úprav okolí stavby a návrh ochrany zeleně v průběhu provádění stavby.

Rozsah a obsah projektové dokumentace předkládané pro stavební řízení je vymezen univerzálně tak, aby vyhovoval pro co největší počet různých druhů staveb a zároveň aby stavební úřad na základě takovéto dokumentace mohl předložený návrh ve stavebním řízení přezkoumat a posoudit.

3.5

Výroba prvků a dílců konstrukce

Nejmenší částí stavební konstrukce je prvek (např. prut diagonály příhradového střešního vazníku). Sestava prvků vyrobená ve specializované výrobně a dopravovaná na místo montáže jako celek se nazývá dílec (např. střešní vazník vyrobený z dílčích prvků – prutů příhradového vazníku). Výroba prvků a dílců stavebních konstrukcí probíhá organizovaně na základě organizačních postupů. Organizační a technické zabezpečení výroby začíná v přípravě výroby. Prvky a dílce stavební konstrukce se vyrábí podle zpracované výrobní dokumentace. V případě ocelových nebo dřevěných konstrukcí to mohou být např. výrobní výkresy, kusovníky materiálů, šablony, v případě betonových konstrukcí se jedná obvykle o armovací výkresy a výkresy tvaru. Důležitým faktorem procesu výroby je kontrola kvality vyrobené části konstrukce. Princip kontroly je popsán v příslušných normativních dokumentech.

3.6

Montáž stavebního díla

V dílnách se vyrábí zpravidla takové konstrukční dílce, které splňují svými rozměry a hmotností požadavky dopravy na místo montáže. Pod dopravou na staveniště rozumíme přísun dílců ze specializované výrobny na skládku na staveništi. Tato přeprava může být realizována železnicí nebo automobilovou dopravou. Doprava na skládku na staveništi se nazývá horizontální dopravou. Při její volbě je nutno přihlížet k možnosti uložení dílce na dopravní prostředek, aby nedošlo k jeho poškození, je třeba dodržet průjezdný profil a zabezpečit stabilitu dopravovaného dílce na dopravním prostředku. Někdy mezi výrobní fázi a montáž zařazujeme ještě fázi předmontáže. Předmontáží se rozumí sestavování velkorozměrových bloků a dílců vyrobených v dílnách před počátkem montáže. Sestavování konstrukce z těchto bloků a dílců se nazývá montáž. Při montáži se na horizontální a vertikální přemísťování břemen požívají jeřáby. Vybavení staveniště těmito zařízeními má bezprostřední vliv na namáhavost a bezpečnost montážních prací. Otázka montáže je problém nejen technický, ale i ekonomický. Z možných alternativ montáže je třeba navrhnout takovou, která je z hlediska ekonomiky nejméně nákladná.

- 13 (43) -


3.7

Dokumentace skutečného provedení stavby

Dokumentace skutečného provedení stavby v sobě zahrnuje všechny změny, které nastaly po vydání stavebního povolení. Dokumentaci zpracovává dodavatel stavby a předává ji při kolaudaci stavby. Tato dokumentace, jejíž pořízení nařídil stavební úřad, obsahuje zejména: -

údaje o účelu a místu stavby, jméno (název) a adresu (sídlo) vlastníka stavby,

-

situační výkres současného stavu území v měřítku katastrální mapy se zakreslením polohy stavby a vyznačením vazeb na okolí,

-

stavební výkresy vypracované podle skutečného provedení stavby s příslušnými řezy a pohledy, s popisem všech prostor a místností podle současného, případně uvažovaného způsobu užívání a s vyznačením jejich rozměrů a plošných výměr,

-

technický popis stavby a jejího vybavení.

- 14 (43) -


4

Materiály pro nosné stavební konstrukce

Materiály používané pro nosné stavební konstrukce v zásadě rozlišujeme: a) progresivní: c) doplňkové: d) jiné. b) tradiční: - beton (prostý, - zdivo, - hliník, železový, - plasty, - dřevo; předpjatý), - sklo; - ocel; V dalším textu je výklad zaměřen na progresivní materiály, tj. beton a ocel, z ostatních se uvádí už jen dřevo.

4.1 4.1.1

Složení a výroba konstrukčních materiálů Beton

Složky betonu se rozlišují základní (plnivo, pojivo, voda) a doplňkové (přísady a příměsi). Plnivo vytváří pevnou bázi betonu; všeobecně se od něj požaduje, aby co možná nejlépe vyplnilo veškerý prostor, jež má výsledný beton zaujímat. Z celé řady surovin vhodných jako plnivo se nejčastěji používá kamenivo, především běžné přírodní (ať již těžené nebo drcené) z čediče, žuly, vápence, pískovce, ruly. Pojivo, jakožto sypká látka s hydraulickými vlastnostmi, vytváří po smíchání s vodou postupně tuhnoucí a tvrdnoucí hmotu; všeobecně se požaduje, aby co možná nejlépe stmelilo jednotlivá zrna plniva a vytvořilo tak celistvou pevnou fázi (stálou na vzduchu i ve vodě). Množství pojiva závisí jednak na množství použitého plniva, jednak na křivce jeho zrnitosti. Z celé řady vhodných látek se nejčastěji používá cement, především portlandský či směsný. Voda (rozuměj záměsová) je látka nezbytná k průběhu hydratační reakce pojiva. Množství záměsové vody závisí jednak na množství použitého pojiva, jednak na požadované zpracovatelnosti betonové směsi. Přísady a příměsi jsou doplňkové složky, které se použijí, pokud je to žádoucí, za účelem vhodné modifikace vlastností betonu. Z hlediska technologie výroby jsou oba pojmy poměrně přesně definovány; na tomto místě jen stručně uveďme, že přísady (jejich použití je obvyklejší) se podávají „po špetkách“, kdežto méně časté příměsi se podávají „po lopatách“. Výroba betonu se zahájí smícháním příslušných složek v míchačce; tím vzniká betonová směs, kterou následně transportujeme na místo určení. Zde se ukládá do forem zvaných bednění (jež respektuje požadovaný tvar konstrukčního prvku), obvykle bývá žádoucí betonovou směs v bednění zhutňovat. Takto uložený a zhutněný produkt se nazývá čerstvý beton. Po dobu tuhnutí a tvrdnutí čerstvého betonu (vlivem hydratační reakce pojiva s vodou) je třeba zajistit jeho ošetřování a ochranu. Jakmile beton nabude (obvykle po 28 dnech) definovaných konstrukčních vlastností (pevnost, tvarová stálost), můžeme jej odbednit, potom hovoříme o betonu zatvrdlém. Konečné konstrukční vlastnosti zatvrdlého betonu závisí jednak na použitých složkách (správný výběr a jejich vzájemný poměr), jednak na kvalitě zpracování a způsobu ošetřování.

- 15 (43) -


Z hlediska místa výroby a ukládání betonové směsi se rozlišují konstrukční prvky monolitické a prefabrikované. Monolitické prvky se vytvářejí ukládáním betonové směsi přímo na staveništi; betonová směs se vyrábí buďto na staveništi nebo v centrální betonárně, odkud se na staveniště dopraví pomocí autodomíchávačů (tzv. transportbeton). Prefabrikované prvky jsou pak produktem odborných automatizovaných výroben. Z hlediska konstrukčního provedení se rozlišuje beton prostý, železový a předpjatý. Vyjma prostého betonu bývá tedy nedílnou součástí konstrukčních prvků také výztuž (v železobetonu tzv. měkká výztuž, v předpjatém betonu tzv. tvrdá výztuž). Měkká výztuž se ukládá do bednění ještě před betonovou směsí; tvrdá výztuž se umísťuje buďto také před betonovou směsí nebo až po zatvrdnutí čerstvého betonu (rozlišuje se tedy beton předem předpjatý a dodatečně předpjatý).

4.1.2

Ocel

Ocel je zušlechtěná slitina železa (Fe) a některých dalších kovů i nekovů (C, Mn, Si, Cu, Ni, W, Co, Mo, V, T, P, S atd.). Nejdůležitějším prvkem ovlivňujícím vlastnosti oceli je uhlík, jehož běžný obsah bývá 0,1 až 0,2 %. Výroba surového železa probíhá ve vysokých pecích; jako suroviny se používají železná ruda, koks a vápenec. Železné rudy – magnetit (magnetovec), hematit (krevel), limonit (hnědel) a siderit (ocelek) – obsahují železo, které je však chemicky svázané s kyslíkem. Z rudy se železo získává tzv. redukcí (jež probíhá při teplotě 1200 až 1400 °C), kdy se kyslík váže s uhlíkem obsaženým v koksu – ten se používá při výrobě nejen jako redukční činidlo, ale současně jako palivo. Produktem vysoké pece je potom vedle surového železa také struska, která sestává z popele koksu, hlušiny rudy apod.; jako struskotvorný materiál se používá obvykle vápenec (někdy dolomit). Kovový produkt – surové železo – je slitinou čistého železa, uhlíku a celé řady vedlejších látek (zejm. křemík, fosfor, síra, mangan), používá se jako výchozí surovina pro další výrobu oceli. Poznamenejme, že obsah uhlíku v surovém železe je přibližně 3 až 4 %. Výroba oceli spočívá v odstranění přebytečného uhlíku ze surového železa. Děje se tak v konvertorech (Thomasovou či kyslíkovou metodou), v Siemensových–Martinových pecích nebo v elektrických pecích, kde při vysokých teplotách dochází k tzv. oxidaci, při níž se uhlík chemicky váže s přiváděným kyslíkem (ať již čistým nebo obsaženým ve vzduchu). V této fázi výroby lze jako další suroviny použít ocelový šrot, příp. legující přísady (látky ovlivňující vlastnosti oceli) – podle stupně legování se rozlišuje ocel uhlíková, nízkolegovaná a legovaná. Následuje proces dezoxidace, kdy se z „vařící“ oceli uvolňuje přebytečný kyslík. Tento proces lze modifikovat přidáním dezoxidačních přísad – podle výsledného obsahu kyslíku se rozlišuje ocel neuklidněná a uklidněná. Tekutý kov se odlévá buď do forem zvaných kokily (ztuhlý kov se nazývá ingot) nebo v tzv. kontilití (ztuhlý kov se nazývá brama). Výsledné produkty slouží jako výchozí materiál k výrobě hutních výrobků. Výroba hutního materiálu se provádí rozličnými způsoby tváření oceli. Tak např. vývalky se zhotovují válcováním za tepla, tenkostěnné profily se získávají tvarováním za studena, dráty se provádějí tažením, odlitky se zhotovují odléváním, výkovky se získávají kováním, výlisky se provádějí lisováním. Násle-

- 16 (43) -


duje obvykle ještě tepelné zpracování oceli za účelem vhodné modifikace vlastností oceli. Základními druhy jsou žíhání a kalení. Žíhání spočívá v ohřevu oceli na určitou teplotu, dále setrváním na této teplotě po určitý čas a následném pomalém zchlazení. Kalení spočívá opět v ohřevu oceli na určitou teplotu a setrváním na této teplotě po určitý čas, avšak následné zchlazení je rychlé. Vedle toho existuje celá řada dalších druhů tepelného zpracování (např. popouštění, patentování, cementování apod.).

4.1.3

Dřevo

Dřevní hmota je přirozený organický materiál tvořený buněčnou strukturou. Chemické látky zastoupené v dřevní hmotě jsou: celulosa (asi 50 %), hemicelulosa (asi 22 %), lignin (asi 22 %) a doprovodné látky (pryskyřičné látky, tuky, vosky, dusíkaté látky, třísloviny, barviva, alkaloidy a neústrojné látky). Dřevo se získává těžbou v lese, která spočívá v pokácení vybraných živých stromů. Vhodná doba pro kácení je pozdní podzim nebo zima, kdy je dřevní hmota nejméně náchylná k napadení škůdci. Stromy se po pokácení ihned zbavují větví a postupně i kůry. Pokácené kmeny stromů se v lese třídí na dřevo užitkové a palivové; užitkové dřevo se dále třídí (podle délky) na sloupovinu a na výřezy, které jsou určeny pro další zpracování. Po úplném odstranění kůry se má kulatina ihned dopravit (z lesa) na místo spotřeby, kde se nechá na volném vzduchu aspoň půl roku vysychat. Sloupovinu i výřezy je možné použít pro stavební účely, často se však výřezy dále zpracovávají podélným rozřezáním (rámovými nebo okružními pilami) na řezivo požadovaných rozměrů. Dřevo se pro stavební účely dodává vysušené, buď se suší přirozeně pod otevřeným přístřeškem (půl roku až dva roky) nebo v sušárně (8 až 10 dní), přičemž výsledná vlhkost má být přibližně 15 %. Garance konstrukčních vlastností rostlého dřeva se zajišťují jeho tříděním podle pevnosti; třídění se rozlišuje vizuální (podle suků, hniloby apod.) nebo strojní (podle modulu pružnosti v ohybu). Výrazného zlepšení vlastností lze dosáhnout výrobou lepeného lamelového dřeva. Řezivo definovaných rozměrů a definované vlhkosti se nejprve nastavuje zubovitými spoji (za účelem vytvoření „nekonečné“ lamely). Na lamely se nanáší lepidlo, ty se pak uloží vedle sebe na stojato a zalisují se. Konstrukční vlastnosti lepeného lamelového dřeva závisí na kvalitě použitého řeziva i provedení zubovitých spojů.

4.2

Hlavní materiálové charakteristiky

V tomto odstavci uvádíme některé fyzikálně–mechanické vlastnosti běžně používaných konstrukčních materiálů; úplný přehled pak čtenář nalezne v příslušných normách pro navrhování konstrukcí: pro beton v [6], pro ocel v [7] a pro dřevo v [8]. Protože problematika konstrukcí bývá v literatuře (např. [1], [2], [3], [4], [5]) často aplikována ve stávající národní normativní soustavě, uvádíme zde i orientační přiřazení nového evropského označování materiálů ke stávajícím národním značkám, viz tab. 4.2, tab. 4.4 a tab. 4.6. Jednou z nejdůležitějších materiálových charakteristik je pevnost, která vyjadřuje míru přípustného mechanického namáhání materiálu. Pevnost má stejný rozměr jako napětí (MPa = N mm–2), pak ji lze chápat jako největší možné pů- 17 (43) -


sobící napětí, které je schopen daný materiál přenést, aniž by došlo k jeho porušení. Pevnost materiálu se nejčastěji používá při navrhování konstrukcí podle 1. skupiny mezních stavů (čili mezních stavů únosnosti), ve statických výpočtech ji uvažujeme v tzv. návrhové hodnotě, jež je obecně definována jako: f fd = k , (4.1) γM kde fk je charakteristická hodnota příslušné pevnostní veličiny, γM dílčí součinitel spolehlivosti materiálu. Vztah (4.1) je modifikován zvlášť pro každý materiál, neboť ten vzhledem ke svému skutečnému působení vykazuje vždy určitá specifika. Tak např. pro beton se návrhová pevnost v tlaku stanoví: f f cd = α cc ck , (4.2) γC kde fck, γC viz např. tab. 4.1, αcc je součinitel vyjadřující vliv působení vnějšího prostředí na chování materiálu, běžné hodnoty se pohybují od 0,8 do 1,0. tab. 4.1 některé materiálové charakteristiky běžně používaných konstrukčních betonů Konstrukční betony podle ČSN EN 206-1 1) Materiálová charakteristika C 12/15 C 16/20 C 20/25 C 30/37 C 40/50 C 50/60 Charakteristická pevnost 12 16 20 30 40 50 v tlaku fck (MPa) 2) Charakteristická pevnost 1,1 1,3 1,5 2,0 2,5 2,9 v tahu fctk,0,05 (MPa) Dílčí součinitel spoleh1,50 livosti materiálu γC 3) Sečnový modul pruž27 000 29 000 30 000 32 000 35 000 37 000 nosti Ecm (MPa) 2 500 2 600 Hustota ρ (kg m–3) 4) 1 ) ČSN EN 206-1 Beton. Část 1: Specifikace, vlastnosti, výroba a shoda 2 ) Platí též pro tlak za ohybu 3 ) Platí pro základní kombinace zatížení v mezním stavu únosnosti 4 ) Platí pro obyčejný železový vibrovaný beton s netuhou výztuží

tab. 4.2 informativní přiřazení betonů dle tradičního národního označování k nově zaváděným evropským pevnostním třídám podle ČSN 73 2400 podle ČSN EN 206-1

B 12,5 C 12/15

B 15 C 16/20

B 20 C 20/25

Dále pro ocel se návrhová mez kluzu stanoví: fy f yd = , γ M0 kde fy, γM0 viz např. tab. 4.3.

B 30 C 30/37

B 40 C 40/50

B 50 C 50/60

(4.3)

Pro dřevo se návrhová pevnost v tlaku rovnoběžném s vlákny stanoví: f f c ,0,d = k mod c ,0,k , (4.4) γM kde fc,0,k, γM viz např. tab. 4.5, kmod je součinitel vyjadřující vliv působení vnějšího prostředí na chování materiálu, běžné hodnoty se pohybují od 0,6 do 0,9. - 18 (43) -


tab. 4.3 některé materiálové charakteristiky běžně používaných konstrukčních ocelí

Materiálová charakteristika

Konstrukční oceli podle ČSN EN 10025+A1 1) S 235 S 355 Tloušťka prvku (mm) nad 40 nad 40 do 40 do 40 do 100 do 100

Charakteristická mez kluzu 235 215 355 335 fy (MPa) 2) Dílčí součinitel spolehlivosti materiálu 1,15 1,15 γM0 3) Modul pružnosti v tahu i tlaku 210 000 E (MPa) –3 7 850 Hustota ρ (kg m ) 1 ) ČSN EN 10025+A1 Výrobky válcované za tepla z nelegovaných konstrukčních ocelí. Technické dodací podmínky 2 ) Platí pro tah, tlak i ohyb 3 ) Platí pro základní kombinace zatížení v mezním stavu únosnosti

tab. 4.4 informativní přiřazení ocelí dle tradičního národního označování k nově zaváděným evropským pevnostním třídám podle ČSN 42 0074 podle ČSN EN 10025+A1

11 373

11 375 S 235

11 378

11 523

11 484 S 355

11 503

tab. 4.5 některé materiálové charakteristiky běžně používaného konstrukčního rostlého dřeva Konstrukční dřevo podle ČSN EN 338 1) měkké 2) tvrdé 3) C 16 C 22 D 30

Materiálová charakteristika

Charakteristická pevnost v ohybu 16 22 fm,k (MPa) Charakteristická pevnost v tlaku 17 20 rovnoběžném s vlákny fc,0,k (MPa) Charakteristická pevnost v tahu 10 13 rovnoběžném s vlákny ft,0,k (MPa) 1,45 Dílčí součinitel spolehlivosti materiálu γM 4) Modul pružnosti v tahu i tlaku 8 000 10 000 rovnoběžném s vlákny E0,mean (MPa) 370 350 Hustota ρk (kg m–3) 5) 1 ) ČSN EN 338 Konstrukční dřevo. Třídy pevnosti 2 ) Jehličnaté dřeviny (smrk, jedle, borovice, modřín) 3 ) Listnaté dřeviny (dub, buk, jasan) 4 ) Platí pro základní kombinace zatížení v mezním stavu únosnosti 5 ) Platí ve vysušeném stavu

30 23 18

12 500 530

tab. 4.6 informativní přiřazení rostlého dřeva dle tradičního národního označování k nově zaváděným evropským pevnostním třídám podle ČSN 49 1531 podle ČSN EN 338

S II

SI měkké

C 16

C 22

tvrdé D 30

Další důležitou materiálovou charakteristikou je modul pružnosti v tahu a tlaku (též Youngův modul) – označení E, který vyjadřuje schopnost materiálu se pod určitým zatížením deformovat. Modul pružnosti má stejný rozměr jako napětí (MPa = N mm–2), jedná se o (fiktivní) napětí, jehož působení vyvolá jednotkové

- 19 (43) -


poměrné přetvoření vzorku daného materiálu. Modul pružnosti se nejčastěji používá při navrhování konstrukcí podle 2. skupiny mezních stavů (čili mezních stavů použitelnosti), některé hodnoty uvádíme v tab. 4.1, tab. 4.3 a tab. 4.5. Nakonec se zmíníme o hustotě materiálu ρ, jejímž prostřednictvím stanovujeme celkovou hmotnost konstrukce. Na tomto místě stručně poznamenáme, že hmotnost konstrukce bývá měřítkem ceny (pro různé materiály platí jiná měřítka); rovněž hustotu uvádíme v tab. 4.1, tab. 4.3 a tab. 4.5.

4.3 4.3.1

Výhody a nevýhody konstrukčních materiálů Beton

K výhodám betonu a konstrukcí z betonu počítáme: pevnost a trvanlivost na vzduchu, ve vlhku i pod vodou; odolnost proti mechanickému poškození; odolnost proti požáru; u monolitických konstrukcí odolnost proti účinkům dynamického zatížení, a také možnost provedení libovolného tvaru; dále vodotěsnost a minimální požadavky na údržbu. K nevýhodám betonu a betonových konstrukcí patří: značná hmotnost konstrukčních prvků; problematické stavební práce při rekonstrukcích a modernizacích; velký rozptyl fyzikálně-mechanických vlastností; tepelná a zvuková vodivost; objemové změny způsobené smršťováním a dotvarováním; malá odolnost proti agresivnímu prostředí; nesnadná kontrola hotových konstrukcí; obtížná recyklovatelnost použitého materiálu.

4.3.2

Ocel

K výhodám oceli a konstrukcí z oceli počítáme: vysokou pevnost; malou hmotnost konstrukčních prvků; odolnost proti mechanickému poškození; malý rozptyl fyzikálně mechanických vlastností; možnost překonat velká rozpětí a dosáhnout velkých výšek; rychlou montáž konstrukcí nezávislou na klimatických podmínkách; snadnou rekonstrukci a modernizaci staveb; snadnou recyklovatelnost použitého materiálu. K nevýhodám oceli a ocelových konstrukcí patří: nutnost ochrany proti korozi a proti požáru; malá odolnost proti účinkům dynamického zatížení; tepelná a zvuková vodivost.

4.3.3

Dřevo

K výhodám dřeva a konstrukcí ze dřeva počítáme: příznivý poměr mezi pevností a objemovou hmotností; odolnost proti účinkům dynamického zatížení; dobré tepelně izolační vlastnosti; nepatrnou tepelnou roztažnost; odolnost proti působení kyselin a plynů; rychlou montáž konstrukcí; snadnou rekonstrukci a modernizaci staveb; příznivý estetický a psychologický vliv na člověka; akustickou odezvu při probíhajících změnách struktury materiálu; obnovitelnou surovinovou základnu.

- 20 (43) -


K nevýhodám dřeva a dřevěných konstrukcí patří: velká proměnlivost fyzikálně–mechanických vlastností způsobená heterogenitou a anizotropií materiálu; změny objemu i pevnosti podmíněné měnícím se vnějším prostředím (teplota, vlhkost); hořlavost a snadná zápalnost; výskyt přirozených vad (suky apod.); nutnost ochrany proti hnilobě a škůdcům.

- 21 (43) -


5

Zatížení podle ČSN 73 0035-1988

Výše uvedená norma je používaná pro určování zatížení stavebních konstrukcí. Všeobecnou snahou v technické praxi je přejít na jednotná pravidla navrhování konstrukcí. Výstupem této snahy pak mají být tzv. „Eurokódy“. I pro některá zatížení byl již takovýto předpis (označený jako ČSN P ENV) vypracován a lze ho používat souběžně s ČSN. V „Eurokódech“ je zatížení popsané jako charakteristická hodnota zatížení Fk a návrhová hodnota zatížení Fd . Například ČSN 73 1401-98 Navrhování ocelových konstrukcí v čl. 3.3.1.2 uvádí, že charakteristická hodnota zatížení Fk je normovou hodnotu zatížení podle ČSN 73 0035-1988. V následujícím čl. 3.3.1.3 je uvedeno, že návrhová hodnota zatížení se určí ze vztahu Fd = γ f ⋅ Fk , kde γ f je součinitel zatížení. Norma je členěná na jednotlivé kapitoly, jejichž obsah lze popsat následovně:

5.1 5.1.1

Názvosloví a značky Názvosloví

Zatížení - mechanický nebo jiný fyzikální vliv, který vyvolává napjatost nebo způsobuje změny napjatosti, přetvoření nebo změny tvaru a polohy konstrukce, její části, příp. jejího založení, zatížení statické nebo dynamické. Normové (charakteristické) zatížení - základní charakteristika zatížení, z které se odvozují hodnoty zatížení, používané při výpočtu konstrukce Výpočtové (návrhové) zatížení - charakteristika zatížení, která se používá při výpočtu konstrukce Součinitel zatížení - charakteristika zatížení, která vyjadřuje náhodné odchylky zatížení od normových hodnot Stálé zatížení - jeho velikost, směr, smysl a poloha jsou považované za neměnné po celou dobu užívání konstrukce Nahodilé zatížení - jeho velikost, směr, smysl a poloha se mění anebo se o nich předpokládá, že se může změnit Užitné zatížení - vyplývá ze skutečného užívání konstrukce (nepatří sem klimatická zatížení) Klimatická zatížení - jsou vyvolána meteorologickými jevy (sníh, námraza, vítr, klimatické teploty) Zatížení od vynucených přetvoření - nahodilá zatížení, vyvolané přetvořením a objemovými změnami vlastní konstrukce, popř. přilehlých konstrukcí, podzákladí nebo nenosných konstrukcí např. od smrštění, teplotních změn, popuštění podpor, sedání základů, poddolování, předpětí atd.

- 22 (43) -


Nahodilá zatížení dlouhodobá - předpokládáme, že se může vyskytnout v dlouhém období při užívání a provádění objektů Nahodilá zatížení krátkodobá - předpokládáme, že se může vyskytnout jen v krátkém období při užívání a provádění objektů Nahodilá zatížení mimořádné - předpokládáme, že se může vyskytnout jen ve vyjímečných případech při užívání a provádění objektů, obvykle v důsledku katastrofálních událostí Kombinace zatížení - souhrn několika současně působících zatížení Součinitel kombinace zatížení - vyjadřuje se jím zmenšená pravděpodobnost současného působení jednotlivých zatížení v jejich výpočtových (návrhových) hodnotách ve srovnání s pravděpodobností působení těchto zatížení ve výpočtových (návrhových) hodnotách jednotlivě, nezávisle na sobě

5.1.2

Značky

V tomto odstavci ČSN 730035 jsou definované značky pro základní používané veličiny. Například plocha konstrukce vystavená větru je označována písmenem A .

5.2 5.2.1

Všeobecně Charakteristiky zatížení a jejich stanovení

charakteristická (normová) zatížení, obecně Fn ( Fk ) , se stanovují pro: - stálá zatížení podle geometrických a konstrukčních parametrů uvedených v projektech, - užitná i montážní zatížení podle nejnepříznivějších hodnot vyskytujících se za předpokládaných normálních podmínek provozu objektu, - klimatická zatížení podle ročních ( popř. měsíčních nebo denních) nejnepříznivějších hodnot mnohaletých měření; součinitele zatížení, obecně γ f , se stanovují na základě rozborů zatížení nebo na základě zkušeností z provozu;

(

)

návrhová (výpočtová) zatížení, obecně Fd ; Fd = γ f ⋅ Fn ; Fd = γ f ⋅ Fk .

5.2.2

Klasifikace zatížení (stálá, nahodilá)

Podle doby trvání a podle změn velikosti, polohy smyslu a směru se zatížení dají rozdělit na: - 23 (43) -


stálá zatížení, za která se považují zejména tíha nosné konstrukce a všech trvalých částí objektu; trvale působící tlaky hornin, sypkých hmot a kapalin; účinky předpětí, pokud se považují za vnější sílu. Pro stálá zatížení je v dalším textu zavedeno označení X g . nahodilá zatížení, za která se považují zejména zatížení užitná, klimatická, od vynucených přetvoření, montážní apod. Nahodilá zatížení lze podle doby trvání rozdělit na dlouhodobá, krátkodobá a mimořádná. Pro nahodilá zatížení je v dalším textu zavedeno označení X q .

5.2.3

Zatížení ve statických výpočtech

Při dimenzování konstrukcí podle zásad ČSN 73 0031:88, Spolehlivost stavebních konstrukcí a základových půd. Základní ustanovení pro výpočet lze zatížení do statických výpočtů zavést některým z následujících dvou postupů: -

na vyšetřované konstrukci se určí účinky výpočtových (návrhových) zatížení a tyto účinky se použijí při navrhování a posuzování podle příslušného mezního stavu,

-

na vyšetřované konstrukci se určí účinky normových (charakteristických) zatížení; takto určené účinky se vynásobí příslušnými součiniteli zatížení a po vynásobení se použijí při navrhování a posuzování podle příslušného mezního stavu.

Oba postupy jsou rovnocenné, avšak u téže konstrukce se dovoluje použít jen jeden výše uvedený postup.

5.2.4

Kombinace zatížení

Výpočet konstrukcí se provádí s uvážením všech nejnepříznivějších kombinací zatížení. Kombinace je třeba stanovit s ohledem na skutečnou možnost současného působení jednotlivých druhů zatížení v době: -

výroby, dopravy, výstavby (montáži),

-

provozu konstrukcí a objektů, demontáži konstrukcí.

Podle druhu zatížení uvažovaných v kombinaci se rozlišují: základní kombinace - sestavené ze zatížení stálých, nahodilých dlouhodobých i krátkodobých mimořádné kombinace - sestavené ze zatížení stálých, nahodilých dlouhodobých i krátkodobých a jednoho mimořádného zatížení Obecný předpis pro sestavení kombinace zatížení pak lze napsat ve tvaru seznamu zatížení, která připadají do úvahy v příslušné době, např. K n = X g1; X g 2 ; ...; X gn ; ψ c ⋅ X q1; ψ c ⋅ X q 2 ; ...; ψ c ⋅ X qn , kde

- 24 (43) -


Kn

… je označení kombinace číslo n,

X gn

… je označení n-tého stálého zatížení,

X qn

… je označení n-tého nahodilého zatížení,

;

… oddělovač jednotlivých položek (zde zatížení) v seznamu (zde příslušná kombinace zatížení), který je použit proto, aby bylo zřejmé, že zatížení v kombinaci nelze vždy sčítat,

ψc

… je součinitel kombinace, kterým se v kombinacích zatížení vynásobí hodnoty výpočtových (návrhových) nahodilých zatížení.

Součinitel kombinace ψ c se určí v základní kombinaci sestavené ze zatížení stálých a: -

pouze jednoho zatížení nahodilé dlouhodobého ... součinitel kombinace ψ c1 = 1,00 ,

-

pouze jednoho zatížení nahodilé krátkodobého ... součinitel kombinace ψ c1 = 1,00 ,

-

dvě a více nahodilých zatížení, z nichž alespoň jedno je dlouhodobé … součinitel kombinace ψ c1 = 0,95 ,

-

jedno nahodilé zatížení krátkodobé a jedno nebo více nahodilých zatížení dlouhodobých ... součinitel kombinace ψ c 2 = 0,90 ;

-

Při větším počtu nahodilých zatížení krátkodobých se používají dva rovnocenné způsoby výpočtu: -

pokud nelze seřadit zatížení podle velikosti účinků na stav napjatosti nebo přetvoření, vynásobí se výpočtová (návrhová) hodnota každého nahodilého zatížení krátkodobého: součinitelem kombinace ψ c 2 = 0,90 při výskytu dvou nebo tří nahodilých zatížení, - součinitelem kombinace ψ c 2 = 0,80 při výskytu čtyř a více nahodilých zatížení, pokud lze seřadit zatížení podle velikosti účinků na stav napjatosti nebo přetvoření, pak při výskytu dvou a více nahodilých krátkodobých zatížení se vynásobí výpočtová (návrhová) hodnota zatížení s největším účinkem součinitelem ψ c 2 = 1,00 , druhé ψ c 2 = 0,80 , každé další ψ c 2 = 0,60 . -

-

Součinitel kombinace ψ c v mimořádné kombinaci sestavené ze zatížení stálých a: -

zatížení dlouhodobých: výpočtové (návrhové) hodnoty nahodilých násobí součinitelψ c1 = 0,95 , zatížení krátkodobých: výpočtové (návrhové) hodnoty nahodilých součinitel ψ c 2 = 0,80 , mimořádné zatížení se uvažuje bez snížení.

- 25 (43) -


Účinky kombinace zatížení na které navrhujeme konstrukci jsou vnitřní síly a momenty (obecně posouvající síly VSd, normálové síly NSd, ohybové momenty My, Sd, Mz, Sd, kroutící momenty Mx,Sd (taktéž označované Tt,Sd ), bimomenty BSd, ohybově kroutící momenty Tw,Sd.

5.3

Přehled stálých zatížení

Typ zatížení

Vlastní tíhou konstrukce

Zatížení zemním, horninovým a vodním tlakem Zatížení předpětím

5.4 5.4.1

Rozdělení

Součinitel zatížení

tíha nosné konstrukce a tíha všech trvalých součástí objektu, γ f = 0,8 ÷ 0,9 (zatížení trvale působící tlaky hornin, syp- působí příznivě), kých hmot a kapalin, γ f = 1,1 ÷ 1,3 (zatížení účinky předpětí konstrukce, popůsobí nepříznivě). kud se považují za vnější sílu (nebo předpětí lisy, táhly). Charakteristiky zatížení od zemního a horninového tlaku lze stanovit dle ČSN 73 0037:90 a dle ČSN 731001:87. Charakteristiky zatížení od vodního tlaku se stanoví podle ČSN 73 6503:79. Předpětí materiálu konstrukce se γ f ≤ 1,0 (zatížení půpovažuje za zatížení v těch přípa- sobí příznivě), dech, kdy má charakter vnější síly γ f ≥ 1,0 (zatížení pů(předpětí lisy, táhly atd.). sobí nepříznivě),

Přehled nahodilých užitných zatížení Zatížení stropů a střech

Zatížení může vznikat od lidí, zvířat, zařízení, výrobků, materiálů, dopravních prostředků, technologických zařízení, dělících příček a jiných částí objektu, jejichž poloha se může během užívání konstrukce měnit. 5.4.1.1

Rovnoměrná zatížení

Jsou náhradním zatížením pro zatížení popsaná výše v odstavci 5.4.1 až na zatížení příčkami, které se uvažuje podle skutečného působení. Užitné rovnoměrné normové (charakteristické) zatížení při výpočtu nosných částí lze zmenšit úměrně k počtu podlaží nebo s přihlédnutím k velkým zatěžovacím plochám. Součinitele zatížení, určené pro normovou hodnotu užitného zatížení v (kN/m2) γ f = 1,4 pro v < 2,0 ; γ f = 1,3 pro 2,0 ≤ v < 5,0 ; γ f = 1,2 pro v ≥ 5,0 .

- 26 (43) -


tab. 5.1 některá užitná rovnoměrná zatížení

Normové (charakteristické) zatížení v kN/m2

Místnosti a prostory Byty včetně předsíní a chodeb, pokoje ubytoven, hotelů, místnosti v dětských školkách, ložnice internátů a zotavoven, pokoje sanatorií, nemocnic a jiných léčebných zařízení, lékařské ordinace a čekárny

1,5

Pokoje a kancelářské místnosti vědeckých institucí, administrativních budov, čítárny, učebny škol i jiných zařízení pro výuku s vyjímkou místností, kde se předpokládá umístění těžkého zařízení nebo skladování materiálu

2,0

Dvorany, chodby a schodiště prostor uvedených výše s vyjímkou školských zařízení

3,0

Posluchárny, sály jídelen, kaváren a restaurací

3,0

Shromažďovací místnosti a taneční sály, sály vědeckých institucí i administrativních budov, veřejné místnosti nádraží, sály divadel, kin, klubů, koncertní síně, sportovní haly, tribuny se stálými sedadly

4,0 ≥ 4,0 ≥ 5,0

Prodejní místnosti, místnosti muzeí, výstavní sály a pavilony Knihovny, archívy, tribuny ke stání, jeviště divadel Dvorany, chodby a schodiště jídelen, kaváren, restaurací, škol, nádraží (jejich veřejné části), divadel, kin, klubů, koncertních síní, sportovních hal, obchodních domů, muzeí, výstavních síní a pavilonů, knihoven a archivů průmyslových budov

4,0

Chodby a schodiště k tribunám všeho druhu, nástupiště veřejné dopravy

5,0

Půdy

kromě tíhy stálého zatížení

Místnosti hygienických zařízení a sociální zařízení průmyslových závodů; zvláštní a pomocné místnosti obytných i občanských budov; zvláštní kabinety a laboratoře zdravotních, školních, vědeckých i kancelářských zařízení a ústavů, mjístnosti strojně početních stanic, kuchyně veřejného stravování, technická podlaží, sklepní místnosti apod. Střehy zatížené průmyslovým spadem

5.4.1.2

0,75

≥ 2,0 Podle technologických podkladů

Soustředěná a podobná místní zatížení

Pokud není v technologické části projektu přesné určení o soustředěných a podobných místních zatíženích, uvažuje se při návrhu konstrukcí stropů, střech, teras, balkonů a schodišť normové (charakteristické) svislé zatížení a to zejména jako osamělé břemeno. Součinitel zatížení pro soustředěná a podobná místní zatížení γ f = 1,2 . 5.4.1.3

Zatížení stroji a zařízením

Statická normová zatížení se stanoví z údajů technologických norem a katalogů, z popisu výrobců a z údajů technologické části projektu. Při stanovení zatížení se uvažuje dynamický koeficient δ > 1,0 . Součinitel zatížení stroji a zařízením γ f > 1,2 .

- 27 (43) -


5.4.1.4

Zatížení vysokozdvižnými vozíky

Vysokozdvižné vozíky vyvozují na pojížděné konstrukci svislé i vodorovné zatížení. Při stanovení zatížení se uvažuje dynamický koeficient δ = 1,3 . Součinitel zatížení γ f = 1,2 .

5.4.2

Zatížení zábradlí, říms a obvodových plášťů objektů

Zatížení může na tyto části konstrukce působit jak svisle tak vodorovně. Součinitel zatížení γ f = 1,2 .

5.4.3

Zatížení jeřáby

Jeřáby zatěžují jeřábovou dráhu staticky, dynamicky a na únavu. Charakteristiky zatížení jeřábových drah vychází z: - hodnot sil statických, vodorovných a svislých, - geometrického uspořádání jeřábů. Součinitel zatížení γ f > 1,1 ; dále se uvažuje dynamický koeficient δ > 1,0 , kterým se násobí normová (charakteristická) hodnota zatížení.

5.5 5.5.1

Klimatická zatížení Zatížení sněhem

Normové (charakteristické) zatížení sněhem na 1 m2 půdorysné plochy zastřešení, popř. povrchové plochy budov se určí dle vzorce sn = s0 ⋅ µ s ⋅ χ , kde -

-

s0 … je základní tíha sněhu podle mapy sněhových oblastí nebo dle údajů Hydrometeorologického ústavu v kN/m2; µ s …je tvarový součinitel dle normy zatížení, závislý na tvaru zastřešení; pro sklon střešní roviny α ≤ 25° je µ s = 1,0 ; je-li α ≥ 60° je µ s = 0 ; pro mezilehlé úhly α se stanoví hodnoty µ s interpolací podle přímky; χ je součinitel, který závisí na tíze zastřešení: - při průměrné normové (charakteristické) tíze zastřešení přenášeného posuzovaným prvkem do 0,5 kN/m2 je χ = 1,2 ; - při průměrné normové (charakteristické) tíze zastřešení přenášeného posuzovaným prvkem nad 1,0 kN/m2 je χ = 1,0 ; - mezilehlé hodnoty se interpolují.

Součinitel zatížení γ f = 1,4 .

- 28 (43) -


5.5.2

Zatížení větrem

Normové (charakteristické) statické zatížení větrem působícího na povrchovou plochu objektu se určí dle vzorce wn = w0 ⋅ χ w ⋅ Cw , kde -

w0 … je základní tlak větru podle mapy větrových oblastí v kN/m2;

χ w … je součinitel výšky - pro terén typu A, tj. otevřený terén nebo typu B, tj. rovnoměrně pokrytý překážkami; - Cw …je tvarový součinitel závislý zejména na tvaru a konstrukčním uspořádání. Součinitel zatížení je obvykle γ f = 1,2 ; pro -

budovy vyšší 40m, stožáry, věže atd. je γ f = 1,3 .

5.6 5.6.1 5.6.1.1

Užitná nahodilá zatížení zvláštních konstrukcí Zatížení stropů a střech Zatížení silničními motorovými vozidly

Silniční motorová vozidla vyvozují při pojíždění po konstrukci zatížení statická a dynamická (uvažuje se dynamický koeficient δ > 1,0 ). Zatížení působí ve směru svislém i vodorovném. Součinitel zatížení γ f = 1,2 . 5.6.1.2

Zatížení letadly se svislým startem a přistáním

Letadla se svislým startem a přistáním vyvozují na konstrukci přistávací plochy zatížení statická i dynamická (uvažuje se dynamický koeficient δ > 1,0 ). Zatížení působí ve směru svislém i vodorovném. Součinitel zatížení γ 5.6.1.3

f

se určuje v závislosti na směru působení zatížení.

Zatížení rázem

Na zatížení rázem se navrhují tenkostěnné a lehké stropní a střešní konstrukce a dílce, jejichž porušením může dojít k závažným škodám. Součinitel zatížení γ f = 1,1 .

- 29 (43) -


5.6.2

Zatížení dočasných konstrukcí a tribun

Pro zajištění dostatečné příčné i podélné tuhosti dočasných konstrukcí, tribun a jiných objektů pro sedící a stojící osoby se uvažují v úrovni každého podlaží těchto konstrukcí vodorovné síly H, působící nejnepříznivějším směrem. Součinitel zatížení γ f = 1,2 .

5.6.3 5.6.3.1

Zatížení svislých konstrukcí rázem Zatížení od nárazů dopravních prostředků

V místech kde se pohybují motorová silniční vozidla a vysokozdvižné vozíky je třeba uvážit možnost nárazu těchto prostředků na konstrukci. Tímto nárazem vznikne vodorovná síla, jejíž velikost je v závislosti na rychlosti dopravního prostředku. Součinitel zatížení γ f = 1,0 . 5.6.3.2

Zatížení tenkostěnných a lehkých konstrukcí, zábradlí

Uvažuje se vodorovná síla v závislosti na rychlosti letícího předmětu. Součinitel zatížení γ f = 1,1 .

5.6.4

Zatížení vodorovným tlakem betonové směsi

Čerstvá betonová směs vyvozuje na svislé konstrukce vodorovné tlaky, které jsou závislé na vlastnostech, způsobu zpracování a ukládání betonové směsi a rozměrech betonové konstrukce. Součinitel zatížení součinitel zatížení γ f = 1,1 (0,9) .

5.7 5.7.1

Klimatická zatížení zvláštních konstrukcí Zatížení námrazou

Námrazový jev (námraza) – jinovatka, krystalická námraza, ledovatka, zmrzlý mokrý sníh – se uvažuje při návrhu elektrického vedení sdělovacích a elektrorozvodných sítí, vrchního vedení elektrifikované dopravy, anténních stožárů a jiných konstrukcí pro něž jsou účinky zatížení námrazou ve vztahu k jiným účinkům významné. Normové (charakteristické) zatížení námrazou lze určit pro: - lana a dráty elektrického vedení podle ČSN 33 3300, - potrubí na jednotku jejich délky dle vzorce

- 30 (43) -


v gl1n = π ⋅ χ gl ⋅ t gl ⋅ µ gl ⋅ (d + χ gl ⋅ t gl ⋅ µ gl ) ⋅ γ gl , - pro ostatní prvky konstrukce (jiného průřezu než kruhového) na jednotku jejich povrchové plochy dle vzorce v gl 2 n = χ gl ⋅ t gl ⋅ µ gl ⋅ γ gl , kde -

χ g … je součinitel výšky,

- t gl … je základní tloušťka námrazy, -

µ gl … je tvarový součinitel, vyjadřující vliv tvaru prvku na tloušťku ná-

- γ gl

mrazy, … objemová tíha námrazy, obvykle 9,0 kN/m3,

- d …

průměr lana, lanka, drátu.

Současné zatížení sněhem a námrazou se neuvažuje. Součinitel zatížení je uvažován obvykle γ f = 1,3 , pokud nejsou v příslušných normách pro navrhování uvedeny pro zvláštní konstrukce údaje jiné.

5.8 5.8.1

Zatížení od vynucených přetvoření Zatížení teplotami

Zatížení klimatickými, popř. provozními teplotami se stanoví jako: - rozdíl průměrné teploty ∆t konstrukce od její výchozí teploty, - teplotní rozdíl povrchu průřezů ∆tc konstrukce nebo prvku daný rozdílem teplot na jejich vnějším a nitřním povrchu - teplotní rozdíl části konstrukce ∆t p jako celku, daný rozdílem průměrných teplot jednotlivých částí. Součinitel zatížení je γ f = 1,2 u klimatických teplot, nebo γ f = 1,1 u provozních teplot.

5.8.2

Zatížení smršťováním a dotvarováním betonu

Součinitel zatížení γ f = 1,1 .

5.8.3

Zatížení poddolováním a poklesem podpor

Součinitel zatížení se uvažuje, pokud není uvedeno jinak, u konstrukcí jež mají podle požadavků projektové dokumentace zajištěno trvalé sledování a při dosažení uvažovaných přetvoření se provádí jejich rektifikace o velikosti γ f = 1,1 , u ostatních konstrukcí je γ f = 1,2 (0,9) .

- 31 (43) -


5.9

Zatížení konstrukcí navrhovaných jinak než podle ČSN 73 0031

Do výpočtu se zavádějí hodnoty normových (charakteristických) zatížení. Druhy zatížení se rozlišují s ohledem na: - dobu trvání zatížení, - stupně bezpečnosti, popř. dovolená namáhání staviv. Uvažují se součinitele zmenšení rovnoměrných užitných zatížení stropů. S ohledem na stupeň bezpečnosti, popř. na dovolená namáhání staviv, se rozlišují tyto druhy zatížení: - hlavní zatížení, které působí na konstrukci vždy, popř. které je podle charakteru konstrukce nejdůležitější pro její posouzení; složkami hlavního zatížení jsou zpravidla: - stálé zatížení, - jiné běžně působící síly (např. elektrická vedení), - užitné zatížení i s jeho dyna- odstředivé síly, mickými účinky, - trvalá, do konstrukce záměrně - zemní tlak, vnesená namáhání (předpětí, - zatížení sněhem, pokud se považuje za vnější sílu - tlak betonové směsi, atd.), - tlak vody a jiných kapalin, - vedlejší zatížení, tj. méně důležité nebo méně časté zatížení; složkami vedlejšího zatížení jsou zpravidla: - účinky nerovnoměrného přetvoření základové půdy, - zatížení konstrukcí rázy, pokud není pokládáno za mimořádné zatížení, - vliv dotvarování, - vlivy, jimiž se trvale zmenšuje předpětí, příp. účinnost spřažení, - úbytek plochy průřezu vlivem koroze, - mimořádné zatížení, působící na konstrukci ve zvláštních případech, popř. mající pro ni charakter pohromy; složkami jsou zpravidla: - zatížení větrem, - zatížení námrazou, - nepravidelné účinky hlavního zatížení, - brzdné síly, - účinky tření v ložiskách nosných konstrukcí, - vliv tepelných změn a tepelných rozdílů, - vliv objemových změn staviv,

- účinky namáhání vznikající v konstrukci při výrobě, dopravě a montáži - zatížení montážními jeřáby, - neobvyklá zatížení (účinky výbuchu, zvukové vlny při přeletu nadzvukových letadel, občasná doprava zvlášť těžkých strojů a zařízení), - jiná zatížení působící jen občas (tlak ledu, vlnění vody, nárazy plovoucích předmětů), - zatížení způsobená závadami, poruchou zařízení (přetržení lana zdvihadla, náraz dopravního prostředku na překážku, jeřábu na zarážku), - 32 (43) -


- účinky změny teploty při uvádění topných zařízení do chodu a při přerušení jejich chodu, - účinky nerovnoměrného přetvoření základů a základové půdy, - účinky zemětřesení a jiných nepředvídaných seizmických vlivů, - účinky tlaku vody při katastrofických záplavách, - účinky namáhání vznikajících v konstrukci při porušení některé části stavby, - celkové zatížení, jímž se rozumí nejúčinnější kombinace složek zatížení hlavního i vedlejšího, které mohou působit současně. Kombinace zatížení se při výpočtu konstrukce uvažují tak, aby účinky hlavního zatížení, jakož i účinky hlavního a vedlejšího zatížení (celkové zatížení) byly pro konstrukci i její části nejnepříznivější. Kombinace dvou nebo více účinků mimořádných zatížení se ve výpočtu neuvažují. Účinky mimořádných zatížení se uvažují dle účelu a životnosti konstrukce.

5.10 Mapa větrových oblastí Součástí normy je mapa bývalé ČSSR, ve které jsou jednotlivé lokality rozdělené do barevně odlišených oblastí v závislosti na intenzitě zatížení větrem.

5.11 Zatížení dynamickou složkou větru V příloze normy zatížení je popsán způsob, jakým lze stanovit dynamické účinky ve směru větru a postup pro posouzení dynamických účinků na vysoké válcové objekty kruhového průřezu kolmo ke směru větru. Taktéž je zmíněn postup pro stanovení dynamické složky zatížení větrem u vysokých budov s pravoúhlým nosným systémem.

5.12 Hmotnosti a jiné charakteristiky staviv V této příloze jsou uvedené normové (charakteristické) hodnoty objemových, sypných a plošných hmotností a hodnoty jiných mechanických charakteristik partikulárních materiálů, stavebních výrobků, hornin a skladovaných materiálů a sypkých hmot.

5.13 Mapa sněhových oblastí Součástí normy je mapa bývalé ČSSR, ve které jsou jednotlivé lokality rozdělené do barevně odlišených oblastí v závislosti na intenzitě zatížení sněhem.

- 33 (43) -


5.14 Námrazová mapa Součástí normy je mapa bývalé ČSSR, ve které jsou rozdílným šrafováním vyznačené oblasti v závislosti na intenzitě zatížení námrazou.

- 34 (43) -

Závěr

6

Závěr

6.1

Příklady

Příklad 1 Ze zaměřené geometrie tvaru střešní konstrukce stanovte pro nové skladby střešního pláště a pro danou lokalitu klimatických zatížení statická schémata vazníku v rekonstruované budově 1

GEOMETRICKÉ SCHÉMA KONSTRUKCE

obr. 6.1 geometrické schéma vazníků – půdorys, řez, pohled

2 ZATÍŽENÍ ZS Stálé 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Gk [kN/m] γf Gd [kN/m]

hydroizolace… 0,1*ZŠ … (0,1*12=1,2) hydroizolace… 0,1*ZŠ … (0,1*12=1,2) tepelná izolace 2,0 kN/m3; tl. 160 mm (2*0,16*ZŠ) tepelná izolace 2,0 kN/m3; tl. 160 mm (2*0,16*ZŠ) nosná část pláště - trapézový plech (0,13*ZŠ) nosná část pláště - trapézový plech (0,13*ZŠ) vlastní tíha vaznice … (0,287/3) kN/m2*ZŠ vlastní tíha vaznice … (0,287/3) kN/m2*ZŠ odhad vlastní tíhy vazníku … (0,2 kN/m2*ZŠ) odhad vlastní tíhy vazníku … (0,2 kN/m2*ZŠ)

1,20 1,2 0,9 3,84 1,2 0,9 1,56 1,1 0,9 1,15 1,1 0,9 2,40 1,2 1,2

1,44 1,08 4,61 3,46 1,72 1,40 1,26 1,03 2,64 2,16

Qk [kN/m] γf Qd [kN/m]

ZS Nahodilé 11 plný sníh… sn = s0*µs*κ*ZŠ=0,5*1,0*1,06*ZŠ s0 … základní tíha sněhu v kN/m2 µs … pro sklon střechy 5% je 1,0 κ… pro normovou tíhu zastřešení (0,1+0,32+0,13+0,10+0,2=0,85 kN/m2) je cca 1,06 12 poloviční sníh (jednostranný sníh) 13 vítr… wn = w0*κw*Cw*ZŠ=0,55*1,13*(-0,8)*ZŠ w0…základní tlak větru v kN/m2; κw… součinitel výšky; Cw…tvarový součinitel 14 osamělé břemeno

- 35 (43) -

6,36 1,4

8,90

6,36 1,4 -5,97 1,2

8,90 -7,16

1,00 kN 1,2

1,20 kN


Kombinace zatížení charaktristické zatížení gk; návrhové zatížení gd č. K1 K2 K3

ZS ZS6; ZS8; ZS10; ZS13 ZS1; ZS3; ZS5; ZS7; ZS9; ZS11 Zleva: ZS1; ZS3; ZS5; ZS7; ZS9; ZS12 Zprava: ZS1; ZS3; ZS5; ZS7; ZS9

stádium montáž provoz provoz provoz

Poznámka 1

Pro sestavení kombinací zatížení byl použitý postup dle ČSN 73 0035:86, Změna a–8/1991, čl. 54B, odstavec a).

2

Svislé osamělé břemeno nebylo do kombinace uvažované, protože jeho vliv v kombinaci by nezajistil vznik extrémů vnitřních sil – zejména proto, že pro dvě nahodilá zatížení bude použitý součinitel kombinace ψ = 0,9 pro každé z nahodilých zatížení.

3 NÁVRH A POSOUZENÍ 3.1 Statická schémata

obr. 6.2 statické schéma vazníku - č. 1

obr. 6.3 statické schéma vazníku - č. 2

Při sestavování statických schémat by byl vyhodnocený tvar konstrukce, podpory a zatížení takovým způsobem, aby se schéma co nejvíce blížilo skutečnosti. Na obr. 6.2, je uvažováno, že pásy jsou průběžné, výplet (diagonály a vertikály) jsou připojené kloubově a zatížení je spojité. Na obr. 6.3 je stejná geometrie a vnitřní vazby (kloubové připojení), zatížení je však převedeno na styčníková břemena.

- 36 (43) -

Závěr

Při řešení osových sil pro výše uvedená statická schémata jednoznačně dostává přednost počítačová podpora. Používají se nejrůznější programy na řešení vnitřních sil a momentů. Přesto je nutné znát principy řešení vnitřních sil i jinými metodami, např. styčníkovou metodou, aby bylo možné výstupy z počítačových programů překontrolovat. Další možnost kontroly poskytuje průsečná metoda.

Příklad 2 Stanovte zatížení a jejich kombinace pro stropní konstrukci bytu v rekonstruované budově 1

GEOMETRICKÉ SCHÉMA KONSTRUKCE

obr. 6.4 řez stropní konstrukcí

2

ZATÍŽENÍ

Zat. stav ZS 1 ZS 2 ZS 3 ZS 4 ZS 5 ZS 6 ZS 7 ZS 8 ZS 9

Stálé

Dlažba 0,015 * 23,00 =0,35 Dlažba 0,015 * 23,00 =0,35 Železobetonová deska 0,06 * 25,00 =1,50 Železobetonová deska 0,06 * 25,00 =1,50 Dřevěný záklop 0,022 * 5,00 = 1,10 Dřevěný záklop 0,022 * 5,00 = 1,10 Dřevěné trámy (0,24*0,24/0,8)*5,0 = 0,36 Dřevěné trámy (0,24*0,24/0,8)*5,0 = 0,36 Omítka (vápenocementová) [(0,800+2*0,24)/0,8]*0,015*20,00 = 0,48 ZS 10 Omítka (vápenocementová) [(0,800+2*0,24)/0,8]*0,015*20,00 = 0,48 Zat. stav ZS 11 ZS 12 ZS 13

γf

Gk [kN/m2] 0,35 0,35 1,50 1,50 1,10 1,10 0,36 0,36 0,48

1,1 0,9 1,1 0,9 1,1 0,9 1,1 0,9 1,3

Gd [kN/m2] 0,39 0,32 1,65 1,35 1,21 0,99 0,40 0,32 0,62

0,48

0,9

0,43

Qk γf 2 [kN/m ] Užitné rovnoměrné 1,5 1,4 Užitné rovnoměrné v pruhu o šířce 500 mm 2,55 1,2 podél stěn (1,5*1,7) Svislé zatížení 1,50 kN 1,2 Nahodilé

- 37 (43) -

Qd [kN/m2] 2,10 3,06 1,80 kN


Kombinace zatěžovacích stavů Označení Obsah kombinace kombinace K1 ZS 1; ZS3; ZS 5; ZS 7; ZS 9; ZS 11; ZS 12; ZS 13 – na kraji K2 ZS 1; ZS3; ZS 5; ZS 7; ZS 9; ZS 11; ZS 12; ZS 13 – uprostřed K3 ZS 2; ZS4; ZS 6; ZS 8; ZS 10; ZS 11; ZS 12; ZS 13 – na kraji K4 ZS 2; ZS4; ZS 6; ZS 8; ZS 10; ZS 11; ZS 12; ZS 13 – uprostřed Poznámka 1

Před určením zatížení, které působí na konstrukci, je nutné vždy nejprve nakreslit tvar konstrukce na kterou bude zatížení působit. Z tohoto nákresu je pak zřejmé, jak a kde bude zatížení působit.

2

Hodnoty zatížení je vhodné uspořádat do tabulky.

3

V tabulce zatížení je zatížení rozděleno na stálé a potom na nahodilé. Při určování velikosti zatížení je vhodné zvolit do záhlaví sloupce takovou jednotku, která se bude pravděpodobně nejčastěji vyskytovat, další jednotky je pak nutné dopsat u příslušné hodnoty zatížení. U stálého zatížení jsou uváděny dvě výpočtové hodnoty, protože nelze předem určit, zda účinek působí na konstrukci příznivě (γf <1,0), nebo nepříznivě(γf >1,0).

4

Osamělé břemeno (ZS 13) musí být umístěno do nejnepříznivější polohy, tzn. jedná se tedy o více zatěžovacích stavů.

5

Součinitelé zatížení jsou vybrány dle ČSN 73 0035:88 pro příslušné zatížení.

6

Zatížení je stanovené s přesností na 1 N (0,1 kg). Z praktického hlediska je tato přesnost naprosto nesmyslná, stavební konstrukce by neměla být citlivá na změnu zatížení v řádu tisíciny kN. Proto je vhodné pracovat při stanovování velikosti zatížení s přesností nejvíce na jedno desetinné místo.

- 38 (43) -

Závěr

Příklad 3 Uvažujme tři zkušební tělesa, jež označíme písmeny A, B a C. Všechna tři tělesa jsou tvaru pravoúhlého kvádru o jmenovitých rozměrech a = b = = 80 mm, l = 150 mm, viz obr. 6.5. Předpokládejme, že těleso A je vyrobeno z betonu C 20/25, těleso B je z oceli S 235 a těleso C je ze dřeva C 22. Předpokládejme, že jsou splněny všechny podmínky pro použití číselných hodnot z tab. 4.1, tab. 4.3 a tab. 4.5. Proveďte porovnání fyzikálněmechanických vlastností daných těles podle následujících kritérií.

obr. 6.5

1) Každé těleso bude namáháno tlakovou silou od styčných ploch zkušebního lisu. Určete největší možnou působící sílu, při které zůstane materiál tělesa neporušen. Pro beton (vzorek A) uvažujte αcc = 0,85; pro dřevo (vzorek C) uvažujte kmod = 0,9 a namáhání rovnoběžně s vlákny. 2) Každé těleso bude opět tlačeno v lisu, tentokrát definovanou tlakovou silou F = 50 kN. Určete velikost zkrácení zkušebního tělesa. 3) Určete hmotnost každého uvažovaného tělesa.

obr. 6.6

Řešení Ad 1) Ke stanovení únosnosti tělesa v prostém tlaku určíme průřezovou plochu: AA = AB = AC = a b = 80 ⋅ 80 = 6,4 ⋅103 mm 2 . (P3.1) Z pružnosti víme, že z definice napětí vyplývá vztah pro normálové napětí při prostém tlaku: - 39 (43) -


F , A kde F je tlaková (resp. tahová) síla, A průřezová plocha. σ=

(P3.2)

Ze vztahu (P3.2) vyplývá závislost tlakové síly na působícím napětí: F = Aσ , (P3.3) do (P3.3) dosadíme za σ návrhové pevnosti v tlaku podle (4.2), (4.3) a (4.4). Vzorek A (beton C 20/25) – fck = 20 MPa, γC = 1,50, αcc = 0,85: f 20 = 72,5 kN FA, Rd = AA f cd = AA α cc ck = 6,4 ⋅10 3 ⋅ 0,85 ⋅ 1,50 γC (pro představu – jedná se o tíhu odpovídající hmotnosti 7,25 tun).

(P3.4)

Vzorek B (ocel S 235) – fy = 215 MPa, γM0 = 1,15: fy 215 = 6,4 ⋅10 3 ⋅ = 1200 kN FB , Rd = AB f yd = AB 1,15 γ M0 (pro představu – jedná se o tíhu odpovídající hmotnosti 120 tun).

(P3.5)

Vzorek C (dřevo C 22) – fc,0,k = 20 MPa, γM = 1,45, kmod = 0,9: f 20 FC , Rd = AC f c ,0,d = AC k mod c ,0,k = 6,4 ⋅10 3 ⋅ 0,9 ⋅ = 79,4 kN (P3.6) γ M0 1,45 (pro představu – jedná se o tíhu odpovídající hmotnosti 7,94 tun). Ad 2) K určení přetvoření tělesa stanovíme jeho délku: l A = l B = lC = 150 mm .

(P3.7)

Z pružnosti známe Hookeův zákon: σ =Eε, (P3.8) kde E je Youngův modul, ε poměrné přetvoření definované jako: ∆l ε= , (P3.9) l kde ∆l je velikost zkrácení (resp. prodloužení) namáhaného vzorku, l celková délka nezdeformovaného vzorku, viz obr. 6.6. Ze vztahů (P3.8) a (P3.9) vyplývá závislost velikosti zkrácení (resp. prodloužení) na působícím napětí: σl ∆l = , (P3.10) E do (P3.10) pak dosadíme (P3.2). Vzorek A (beton C 20/25) – Ecm = 30 000 MPa: F lA 50 ⋅10 3 ⋅150 ∆l A = = = 39 ⋅10 −3 mm . 3 Ecm AA 30 000 ⋅ 6,4 ⋅10 Vzorek B (ocel S 235) – E = 210 000 MPa: F lB 50 ⋅10 3 ⋅150 ∆l B = = = 5,6 ⋅ 10 −3 mm . 3 E AB 210 000 ⋅ 6,4 ⋅10 Vzorek C (dřevo C 22) – E0,mean = 10 000 MPa:

- 40 (43) -

(P3.11)

(P3.12)

Závěr

∆lC =

F lC E0,mean AC

=

50 ⋅10 3 ⋅150 = 120 ⋅10 −3 mm . 3 10 000 ⋅ 6,4 ⋅10

(P3.13)

Ad 3) Ke stanovení hmotnosti tělesa určíme jeho objem: V A = VB = VC = AA l A = AB l B = AC lC = = 6,4 ⋅10 3 ⋅150 = 960 ⋅10 −6 m 3 . Z fyziky víme, že hmotnost se stanoví: m= ρV , kde ρ je hustota, V objem.

(P3.14) (P3.15)

Vzorek A (beton C 20/25) – ρ = 2500 kg m–3: m A = ρ V A = 2500 ⋅ 960 ⋅10 −6 = 2,40 kg .

(P3.16)

Vzorek B (ocel S 235) – ρ = 7850 kg m–3: mB = ρ VB = 7850 ⋅ 960 ⋅10 −6 = 7,54 kg .

(P3.17)

Vzorek C (dřevo C 22) – ρk = 350 kg m–3: mC = ρ VC = 350 ⋅ 960 ⋅10 −6 = 0,34 kg .

(P3.18)

Z výše uvedeného provedeme porovnání. Při konstantních rozměrech vykazuje největší tlakovou únosnost vzorek oceli, řádově menších únosností dosahují vzorky dřeva a betonu. Dále při konstantním namáhání vykazuje nejmenší přetvoření vzorek oceli, řádově většího přetvoření dosáhne vzorek betonu, vůbec největší deformaci vykazuje vzorek dřeva. Z hlediska hmotnosti je porovnání následující: nejlehčí je vzorek dřeva, řádově těžší je vzorek betonu, vůbec největší hmotnosti dosahuje vzorek oceli.

6.2

Kontrolní otázky

1

Popište činnosti, které musíte provést v rámci sestavení výpočtového modelu.

2

Vysvětlete obsah pojmu „dimenzování prvků a spojů“.

3

Vyjmenujte materiály vhodné pro nosné konstrukce.

4

Vyjmenujte výhody a nevýhody nejvíce používaných konstrukčních materiálů.

5

Popište důvod určování a použití charakteristických a návrhových hodnot zatížení.

6

Popište způsoby určování kombinací zatížení.

- 41 (43) -


6.3

Shrnutí

Modul, který jste prostudovali, obsahuje informace o základním členění stavebních konstrukcí, základním postupu při návrhu a realizaci stavebního díla s důrazem na tvorbu výpočtových modelů, a dále se zabývá vlastnostmi stavebních materiálů a problematikou stanovení zatížení stavebních konstrukcí. Cílem předloženého textu je shrnout obecné zásady, platné při sestavování a vytváření výpočtových modelů stavebních konstrukcí nebo jejich částí, prezentovat zevrubný výčet konstrukčních materiálů vhodných pro navrhování a provádění standardních konstrukcí pozemního, inženýrského, dopravního i vodního stavitelství a charakterizovat problematiku zatížení stavebních konstrukcí v souladu s ČSN 73 0035-1988. Výše uvedená problematika je pojata obecně, bez vazby na konkrétní typ stavební konstrukce. Konkrétně bude tato problematika rozvedena v odborných předmětech dalších semestrů bakalářského studia a ve studiu magisterském.

- 42 (43) -

Studijní prameny

7 7.1

Studijní prameny Seznam použité literatury

[1]

JÍLEK, A., GRENČÍK, Ľ., NOVÁK, V. Betonové konstrukce, I. díl. Praha: SNTL / Alfa, 1985.

[2]

JÍLEK, A., GRENČÍK, L., NOVÁK, V. Betonové konstrukce pozemních staveb, díl IIA. Praha: SNTL / Alfa, 1984.

[3]

FERJENČÍK, P., SCHUN, J., MELCHER, J., VOŘÍŠEK, V., CHLADNÝ, E. Navrhovanie oceľových konštrukcií, 1. časť. Bratislava: Alfa / SNTL, 1986.

[4]

FERJENČÍK, P., LEDERER, F., SCHUN, J., MELCHER, J., VOŘÍŠEK, V., CHLADNÝ, E. Navrhovanie oceľových konštrukcií, 2. časť. Bratislava: Alfa / SNTL, 1986.

[5]

DUTKO, P. a kol. Drevené konštrukcie. Bratislava: Alfa, 1976.

7.2

Seznam doplňkové studijní literatury

[6]

ČSN P ENV 1992-1-1 Navrhování betonových konstrukcí. Část 1-1: Obecná pravidla a pravidla pro pozemní stavby. Praha: ČSNI, 1994.

[7]

ČSN P ENV 1993-1-1 Navrhování ocelových konstrukcí. Část 1-1: Obecná pravidla a pravidla pro pozemní stavby. Praha: ČSNI, 1994.

[8]

ČSN P ENV 1995-1-1 Navrhování dřevěných konstrukcí. Část 1-1: Obecná pravidla a pravidla pro pozemní stavby. Praha: ČSNI, 1996.

[9]

ČSN 73 0035 ZATÍŽENÍ STAVEBNÍCH KONSTRUKCÍ, schválená 19. 12. 1986, včetně Změny a) – 8/1991 a Změny 2) – 2/1994

- 43 (43) -

KONSTRUKCE A DOPRAVNÍ STAVBY

Recommend Documents