•
Jméno studenta
Ladislav Zelinka
•
Název bakalářské práce
Krovové konstrukce sedlových střech malých rozpětí
•
Abstract Práce se zabývá krovovými konstrukcemi sedlových střech malých rozpětí
(do 10m.) a obecným posouzením spotřeby materiálu jejich nosných prvků. V praxi je návrh konstrukce vždy složitým procesem. Dimenze jednotlivých prvků jsou na základě zatížení střešní konstrukce stanoveny pomocí empirických vztahů, platných pro daný systém. Tyto poznatky jsou aplikovány na řešení zastřešení půdorysu 9x12m, pomocí dvou zcela odlišných konstrukčních alternativ, a to vaznicové a hambálkové soustavy. Součástí řešení je porovnání jejich spotřeby materiálu a náročnosti práce. Práce je pro základní rozdělení krovů a charakteristiku vybraných typů vazeb. Jejich historii a postup při výpočtu nosných prvků jednotlivých vazeb.
•
Klíčová slova − Krov − Stojatá stolice − Hambalek − Prvek − Krokev
1
•
Name of student
Ladislav Zelinka
•
Title of bachelor work
The frame constructions small allowance saddle roof
•
Abstract The work undertakes frame constructions of small allowance saddle roof (to 10
meters) and appreciation of material usage their bearing element. Practically the construction design is always complicated process. The element dimensions are provided pursuant loading of frame construction using empirical formulas, valid for specific system. These recognizes are used for solving roof platform 9x12 meters, by the help of two quite different constructional option, namely purline and spanner system. A part of solving is comparing their material usage and work heftiness. Work describes basic frames division and vignette of chosen binding types, their history and calculation procedure of bearing elements in each frame.
•
Keywords − Frame − Saddle frame − Spanner − Element − Spar
2
Prohlašuji, že jsem bakalářskou práci na téma: Krovové konstrukce sedlových střech malých rozpětí zpracoval sám a uvedl jsem všechny použité prameny. Souhlasím, aby moje diplomová práce byla zveřejněna v souladu s § 47b Zákona č. 111/1998 Sb., o vysokých školách a uložena v knihovně Mendelovy zemědělské a lesnické univerzity v Brně, zpřístupněna ke studijním účelům ve shodě s Vyhláškou rektora MZLU o archivaci elektronické podoby závěrečných prací.
Autor kvalifikační práce se dále zavazuje, že před sepsáním licenční smlouvy o využití autorských práv díla s jinou osobou (subjektem) si vyžádá písemné stanovisko univerzity o tom, že předmětná licenční smlouva není v rozporu s oprávněnými zájmy univerzity a zavazuje se uhradit případný příspěvek na úhradu nákladů spojených se vznikem díla dle řádné kalkulace.
V Brně, dne:......................................…
………………………
Rád bych poděkoval paní Ing. Jitce Čechové za její odborné vedení a cenné připomínky. 3
OBSAH 1.
Úvod a vysvětlení řešené problematiky ............................................6
2.
Cíl práce...............................................................................................7
3.
Metodika ..............................................................................................8
4.
Obecné zásady při řešení dřevěných krovů......................................9 4.1
Statická funkce konstrukcí krovů ...................................................10
4.2
Sklony střech a konstrukce krovu ...................................................11
4.3
Třídění a názvosloví krovů .............................................................12
5.
Charakteristika vybraných typů vazeb krovu .................................14 5.1.
Vazníkové krovy.............................................................................14
5.2.
Krokevní soustavy ..........................................................................15
5.3
Hambalkové krovy..........................................................................15
5.3.1
Historie hambalkových krovů...................................................15
5.3.2
Novodobé hambalkové krovy...................................................17
5.4
Vaznicové krovy .............................................................................18
5.4.1
Vaznicová soustava s ležatou stolicí.........................................19
5.4.1.1
Historie ležaté stolice..........................................................19
5.4.1.2
Novodobá ležatá stolice ......................................................20
5.4.2
6.
Vaznicová soustava se stojatou stolicí......................................21
5.4.2.1
Historie stojaté stolice.........................................................21
5.4.2.2
Současná stojatá stolice ......................................................23
Ochrana dřeva.....................................................................................25 6.1
Konstrukční ochrana dřeva .............................................................25
6.2
Ochrana povrchu dřeva...................................................................27
6.2.1
Nátěry........................................................................................28
Výpočet průřezů prvků a spotřeby materiálu..................................30
7. 7.1.
Metodika výpočtu nosných prvků...................................................30
7.2
Vaznicová soustava s stojatou stolicí..............................................32
7.2.1
Výpočet průřezů nosných prvků ...............................................32
7.2.2
Výpočet spotřeby materiálu ......................................................36
7.3
Hambalková soustava prostá ..........................................................38
7.3.1
Návrh průřezů nosných prvků...................................................38
7.3.2
Výpočet spotřeby materiálu ......................................................41
4
8.
Diskuse .................................................................................................43
9.
Závěr ....................................................................................................44
10.
Resumé.................................................................................................45
11.
Literatura ............................................................................................46
Přílohy...........................................................................................................47
5
1
Úvod a vysvětlení řešené problematiky Nosná konstrukce střechy, nebo-li krov je část střehy přenášející zatížení
jednoho nebo několika střešních plášťů i zatížení vodou, sněhem, větrem atd. do ostatních nosných částí objektu. Při návrhu konstrukce budu vycházet z ustanovení platných norem a bezpečnostních předpisů. Budu se snažit dodržet požadavky jako jsou: vlastnosti materiálů, postup výroby a ochrana dřevěných konstrukcí. Při navrhování konstrukce krovu je třeba dimenzovat každý prvek na základě stanoveného zatížení, ale i z hlediska hospodárnosti je v této fázi důležité: složitost vazeb a jejich statických systémů se zohledňují při návrhu a posouzení hlavních prvků nosných konstrukcí. Posouzením konstrukce se ověří, zda není překročena mez únosnosti (překročena mez pevnosti) a mez použitelnosti (překročena mez deformace a průhybu). Pokud jsou prvky dimenzovány tak, že při posouzení konstrukce nepřekročí žádný z těchto mezních stavů, máme jistotu, že konstrukce vydrží i ten nejnepříznivější zatěžovací stav zohledněný ve výpočtu. Pro vlastní práci
využiji empirické vztahy platné pro řešený konstrukční
systém. Empirické vzorce jsou ověřeny dlouhodobým užíváním v praxi a mohou být použity pro různé typy vazeb a jednotlivé prvky. Nejsou však úplně přesné a jedním z rozhodujících vlivů je tíha krytiny, kterou rozdělujeme na: Těžká – dvoudrážkové tašky, prejzová, betonová Středně těžká – vláknitocementová, jednodrážkové tašky Lehká – lepenková, šindelová, plechová Rozdělení krytin podle hmotnosti Typ krytiny Velmi těžké
Těžké:
Středně těžké:
Lehké:
Druh krytiny
Hmotnost
KM beta – bobrovky
83 kg/m2
Bramac – bobrovky
77 kg/m2
Tondach – bobrovky
70 kg/m2
KM beta – velkoformátové tašky
45 kg/m2
Bramac – velkoformátové tašky
43 kg/m2
Tondach – velkoformátové tašky
39 – 54,3 kg/m2
Cembrit
12,8 – 14,7 kg/m2
Šindele
7,5 – 9,8 kg/m2
Ondusteel
6,9 kg/m2
Satjam, Eureko
5 kg/m2
Onduline
3,3 kg/m2
6
2
Cíl práce Cílem práce bude obecné posouzení spotřeby materiálu vybraných konstrukcí
krovů (vaznicové a hambálkové soustavy). Budu vycházet z empirických vztahů, které se běžně využívají v praxi pro předběžný návrh základních rozměrů nosných prvků (b x h). Poněvadž nejrozšířenějším typem střechy je střecha sedlová se sklonem 45°, budu také vycházet z tohoto tvaru. Práce bude obsahovat popis a historii různých typů krovů s uvedením jejich charakteristik, tesařské prvky používané pro jejich konstrukci a postupy při výpočtu spotřeby materiálu. Závěrem bude provedeno porovnání vybraných typů krovů z hlediska spotřeby materiálu a náročnosti práce.
7
3
Metodika V práci používané empirické vztahy jsem vzal z literatury [7]. V tabulkách
jsem vyhledal základní nosné prvky pro vaznicovou a hambálkou soustavu a po dosazení základních veličin vypočítal průřez prvku (b x h). Zadáním bude zděná hospodářská stavba o rozměrech 9 x 12m. U všech výpočtů budu vycházet z tohoto zadání rozměrů, tvaru a materiálu konstrukce: Osová vzdálenost krokví (max. zatěžovací šířka)
0,900m
Sklon střechy
α = 45°
Sněhová oblast
III
Řezivo
SM, JD jakosti SI w = 20%
Typ střechy
sedlová
Typ krytiny
středně těžká
Nejprve spočítám pomocí empirických vzorců průřezy jednotlivých prvků pro vybrané typy vazeb. Potom se budu snažit jednotlivé výpočty posoudit a zjistit výhody a nevýhody vybraných typů krovů. Výpočet spotřeby materiálu bude uveden v materiálovém listě pro pilu s dostatečnými nadmírami v m3.
8
4
Obecné zásady při řešení dřevěných krovů Na konstrukci krovu působí tyto síly: vlastní tíha konstrukce, do které se počítá i tíha nosné konstrukce, včetně laťování, bednění a krytiny, zatížení sněhem v závislosti na sněhové oblasti a sklonu střechy. tlak větru podle větrné oblasti, výšky střechy nad terénem a situování budovy, občasné zatížení způsobené v případě opravy střechy. Jestliže má být zaručena statická bezpečnost dřevěného krovu, musí být podle
literatury [1] splněno několik podmínek: střešní konstrukce musí zatěžovat nosnou konstrukci budovy svislými silami, přičemž šikmé síly je třeba zachytit a svázat s nosnou konstrukcí střechy, všechny prvky a spoje musejí přenášet síly, které na ně působí. Proto je nutno jednotlivé průřezy dimenzovat na základě statického výpočtu a spoje řešit pro druh přenášené síly, konstrukce krovu musí být dostatečně prostorově ztužená v příčném směru, aby odolávala nerovnoměrnému zatížení větrem, sněhem apod. Dosáhne se toho pomocí pevných trojúhelníků, systémem šikmo osazených pásků nebo prken přibitých pod úhlem 45°, konstrukce krovu musí být pevně zakotvená do nosné konstrukce budovy (kvůli nasávání nebo tlaku větru) pomocí ocelových prvků, prvky, které podléhají deformacím nebo délkovým změnám, musí mít možnost dilatačních posunů v místě uložení, dřevěné prvky je nutno dostatečně provětrávat, proto je nelze obezdít, zabetonovat nebo umístit v uzavřených vrstvách. Pokud se používají konstrukce s vaznými trámy, jejich zhlaví se ukládá do kapes se vzduchovou mezerou minimálně 50mm na impregnované podložky. V případě konstrukce s pozednicí je třeba pozednici oddělit od zdiva impregnovanou deskou nebo lepenkou.
9
4.1
Statická funkce konstrukcí krovů
Uspořádání nosné konstrukce krovu je do jisté míry podmíněno sklonem střechy. To je možno doložit jak vývojem konstrukčních typů sledujících slohové proměny tvaru střechy, tak i poruchami starších typů krovů, které byly v předchozích obdobích nevhodně uplatněny pro změněný sklon střechy. V každém slohovém období je možno sledovat tendenci k vytvoření ideálního konstrukčního typu pro daný sklon střechy, slohová změna s sebou postupně přináší i změnu konstrukčních schémat. Tato tendence platí pouze obecně, v jednotlivých případech často patrný značný konzervativismus tesařů, setrvávání na schématech jinde už dávno překonaných, někde přímo kopírování podstatně starších konstrukcí. Naopak u významných staveb se setkáváme s progresivními technologickými prvky i u krovů – například volné uložení barokního krovu (bez tehdy obvyklého zazdívání pozednic) nebo v 18. století ojedinělé použití železa pro zpevnění značně namáhaných zhlaví. Pro statické působení konstrukce krovu jsou charakteristické šikmé prvky namáhané ohybem a tlakem. Při sklonu 50°-60° se větší část zatížení přenáší tlakem, kterému při řádově stejných pevnostech v tlaku i ohybu dřevo velmi dobře odolává. Při sklonu šikmého nosníku 30° převažuje zatížení ohybem, které klade větší nároky na dimenze prvku. Sledujeme-li vývoj krovů, je zjevná tendence vytvářet takové konstrukce, v nichž jsou dřevěné prvky pokud možno namáhány tlakem.
Graf č.1 Namáhání šikmých prvků
Graf č.2 Vodorovná síla v uložení (příklad)
Literatura [1]
Zatížení větrem a sněhem má pro dimenzování krovu stejný význam jako zatížení krytinou, proto byly sklony střech do jisté míry ovlivněny geografickou polohou. Sklon střechy má vliv na poměr zatížení sněhem a větrem. Při zvětšování sklonu střechy klesá zatížení sněhem, při sklonu 60° se sníh na střeše neudrží a není 10
nutno s ním počítat. Čím větší je sklon, tím vyšší je střecha a větší její plocha vystavená působení větru. Se zvětšujícím se sklonem se zvětšuje plocha krytiny a objem krovu a roste zatížení vlastní vahou. Ve vývoji krovů jsou patrné tendence snižovat sklon střechy a zmenšovat tak její objem, ovšem v míře, kterou dovolí klimatické podmínky. V uložení krovu vzniká vodorovná síla, jejíž velikost se zmenšujícím se sklonem střechy roste. Pokud není vodorovná síla zachycena konstrukcí krovu – vazným trámem, přenáší se do zdiva. Způsob zachycení vodorovné síly konstrukci krovu významně ovlivňuje.
4.2
Sklony střech a konstrukce krovu
V průběhu historie se měnily tvary střech a zejména jejich sklony. Sklony původních střech románských kostelů byly často velmi malé (30°-40°), jak můžeme zjistit z otisků na štítech pod pozdějšími krovy. Gotické kostely mají střechy se sklonem kolem 60°, v období renesance se sklony postupně zmenšují (55°-40°), období baroka mají střechy sklony od 40° do 55°, v klasicismu se opět objevují střechy s velmi malým sklonem 30°, v průběhu 19. století se sklon střech opět zvětšuje a ustaluje na 45°, což je sklon střech charakteristický pro celé 20. století. Proměna sklonů střech je natolik nápadná, že se často chápe jako slohový znak (běžně se užívá termín gotická střecha nebo barokní mansarda). Je zřejmé, že slohové tendence byly u nás jednou z nejdůležitějších příčin těchto změn, opakovaně se projevovala inspirace klasickou architekturou (v době románské, v renesanci, a v klasicismu), slohovým importem bylo i zavedení vysokých středověkých střech. Jak docházelo ke změně sklonů střech, měnila se i konstrukce krovů. Studiem krovů zjišťujeme, že pro určitý sklon střechy jsou staticky a ekonomicky výhodné jen některé konstrukce, které pak v určitých obdobích převládaly a postupně se vyvinuly v ideální typ, který byl úsporný a dořešený staticky i konstrukčně. Podobně jako u tvarů střech se určité typy konstrukcí přiřazují jednotlivým slohovým obdobím (gotický krov, barokní stolice). V mnoha případech přiřazení určité konstrukce slohovému období odpovídá, neplatí to však vždy. Je možno doložit, že někdy trvalo dlouhou dobu, něž byl vytvořený konečný typ, některé konstrukce, které považujeme za charakteristické pro určitá slohová období, se vyskytují ve stavbách časově (i místně) vzdálených. Nelze vyloučit, že obdobné konstrukce vznikaly v různých dobách i místech nezávisle na sobě, na základě obdobných konstrukčních požadavků, platí to zejména u konstrukcí
11
jednodušších (hambalkové krovy, stojatá stolice), samozřejmé je to u krovů primitivních (krovové krovy). Slohové vlivy byly u nás pro změny sklonů střech jistě rozhodující, podobně tomu byly i v jiných zemích mírného pásma, jak dokládá studie Patricka Hoffsummera z Belgie (obr. 1). Ve změně sklonů střech zjevně hrála svou roli okolnost, odkud k nám nový stavební sloh přicházel. V této souvislosti je nutno si povšimnout geografických vlivů, které se při konstrukci střech uplatňovaly. Zjišťujeme, že pro každé klimatické pásmo je charakteristický určitý sklon střechy (a často i typ krytiny), který se tam (někdy až dodnes) s převahou užívá. Ke klimatickým činitelům majícím vliv na sklon střechy, patří množství dešťových srážek, množství sněhu a vítr.
Obr. 1 Proměny sklonů střech (Hoffsummer, 1993)
4.3
Třídění a názvosloví krovů
Při třídění a názvosloví krovu jsem vycházel z literatury [1]. Třídění krovových soustav se může lišit podle toho, zda se dává přednost hledisku historickému, genetickému nebo statickému. Zde Vinař říká: “V tomto bodě není možno dojít k jednotě, především proto, že existuje celá řada krovů, které je možno zařadit do různých soustav.” Třídění krokevních soustav se může lišit podle toho, zda se dává přednost hledisku historickému, genetickému nebo funkčnímu (statickému). V tomto bodě není možno dojít k jednotě, především proto, že existuje celá řada krovů, které je možno
12
zařadit do různých soustav. Nepovažujeme za nutné zavádět obecně platné dělení konstrukcí, nebo dokonce jejich číselné třídění. Zavedení určitého systému je však nezbytné pro uspořádání a orientaci. Typologie konstrukcí je ovlivněna především tvary střech, které je možno rozdělit do několika skupin: Ploché střechy Střechy s malým spádem Střechy sedlové Střechy pultové Střechy centrálních staveb Střechy věží Krovové soustavy krovů střech sedlových a pultových můžeme dělit na několik hlavních skupin, čemuž odpovídá i další členění: Vazníkové soustavy - složené ze stejných příčných konstrukcí – vazníků, které nesou střešní krytinu buď přímo nebo častěji prostřednictvím vodorovných nosníků – vlašských krokví, Krokevní soustavy - složené ze stejných vazeb, které přímo nesou krytinu Hambalkové soustavy - chápeme jako skupinu soustav krokevních, pro které je charakteristický hambalek (vodorovný prvek), který krov ztužuje a zkracuje rozpětí krokví, Krovy s podepřenými hambalky - dochází k rozlišení plných a jalových vazeb, proto by je bylo možno řadit mezi krovy vaznicové, protože však vznikly z prostých hambálkových krovů, s nimiž mají mnoho společných znaků, zařazujeme je do krovů hambalkových, Vaznicové soustavy - vazby jsou rozlišeny na plné a jalové, charakteristickým prvkem jsou vaznice přenášející zatížení od krokví do plných vazeb.
Navržené třídění krovů vychází z konstrukčního uspořádání a statického působení, v zásadě odpovídá i historickému vývoji. Uvedené dělení krovů sedlových střech zahrnuje pouze nejběžnější typy, existují soustavy, které mají znaky různých typů, zařazujeme je podle znaků převažujících, případně podle souvislosti genetických.
13
5
Charakteristika vybraných typů vazeb krovu 5.1
Vazníkové krovy
Pro vazníkové krovy je charakteristická příčná nosná konstrukce – vazník, konstruována tak, aby bylo minimalizováno namáhání jejich prvků ohybem a převažovalo namáhání tahem nebo tlakem (viz. příloha obr.9 a obr. 10). Vazník má proti masivnímu nosníku výrazně větší účinnou výšku (obvykle rovnou vzepětí střechy). Jeho únosnost je ve srovnání s ním podstatně vyšší. Vzdálenosti vazníků nesoucích střechu mohou být proto větší
(2-5m) než vzdálenosti jalových vazeb krovů jiného
typu (1-2m) – výrazně se zde uplatňuje i menší zatížení vlastní vahou u střech s malým sklonem, vazníky jsou výhodné i pro zastřešení prostorů s velkým rozpětím. Střešní plášť nesou krokve rovnoběžné s okapem (vlašské krokve), na vlašských krokvích bývají latě kladené kolmo k okapu, pro které užíváme název svislé latě. Vazníky jsou vhodnou konstrukcí pro střechy s malým sklonem (kolem 30°). Ve Středomoří, kde při sklonu 30° vyhovuje pro spolehlivou ochranu staveb před deštěm i jednoduchá pálená krytina, se vazníkové krovy vyskytují od atiky až do současnosti. Vazníkové krovy o sklonech do 50° se užívaly na britských ostrovech. Při větších sklonech střechy, které byly pro tradiční krytiny v našich podmínkách nezbytné (min. 45°), je efektivita vazníků již nízká, proto se u nás v historických stavbách (do 19. století) zřejmě neuplatnily. Ve Středomoří zůstával v objektech zastřešených vazníky vnitřní prostor často otevřený do krovu, běžné je to u kostelů a radničních sálů, které v příznivých klimatických podmínkách nebylo nutno tepelně izolovat. Krovy otevřených prostor byly proto často zdobeny řezbou či malbou, dekorativně byl řešen i podhled krytiny. Vazníkové střechy jsou obvykle ukončeny štíty. Doporučujeme u vazníkových soustav rozlišovat krovy historické a krovy novodobé. V tomto dělení se projeví významná odlišnost novodobých vazníků, které jsou navrhovány podle zásad novodobé statiky a na základě výpočtu. Historické krovy jsou z masivních dřevěných prvků, novodobé příhradové vazníky se konstruují z různých materiálů, jejich prvky mají profily rozlišené podle statické funkce, užívá se rozmanitých spojů. Při dokumentaci a popisu je možno užít názvosloví obvyklého u příhradových vazníků nebo názvosloví historických krovů (podle funkce jednotlivých prvků).
14
5.2
Krokevní soustavy
Charakteristickým nosným prvkem je krokev ( u sedlových střech pár krokví ), šikmý nosník ukládaný ve směru spádu střechy, který je základem všech krovů kromě vazníkových. Pro dimenzování krokví je rozhodující sklon střechy a jejich rozpětí dané způsobem podepření. U větších sklonů (nad 45°) nad ohybem převažuje (viz. graf č.1 na str. 10) příznivější namáhání tlakem. Nejjednodušší krovy jsou tvořeny jenom krokvemi. U sedlových střech se krokve ve vrcholu vzájemně podpírají, v tomto případě pak je krokev kromě vlastního zatížení namáhána ještě reakcí krokve protější. U většiny krovů je rozpětí krokví zmenšeno podepřením. U krovů konstruovaných obdobně jako stropy jsou krokve podepřeny vaznicemi nebo konstrukcí spodní stavby (například srubem) a netvoří vazbu. Charakter položených střech mají některé archaické konstrukce s vrcholovou vaznicí. U krovů příčně vázaných jsou krokve podepřeny vzpěrami, případně patními sloupky. Podepření ve vrcholu odlehčuje krokev od reakce krokve párové, krokev podepřená sloupkem, vzpěrou nebo rozepřená hambálkem působí jako spojitý nosník s menším rozpětím. V uložení krokví působí vodorovná síla, která se přenáší do spodní stavby, pokud není zachycena vazným trámem. Vodorovná síla se zmenšujícím se sklonem střechy vzrůstá. Významným vylepšením krokevních soustav bylo zavedení hambalků, které krokve rozpírají i spojují, zmenšují jejich rozpětí a významně ztužují celý krov.
5.3
Hambalkové krovy 5.3.1
Historie hambalkových krovů
Spojení krokví hambalky vytváří vazbu, která se užívá od středověku až do 19. století (viz. přílohy obr.13 – 17). Hambalek zmenšuje rozpětí krokví, zajišťuje ztužení (přenáší tah i tlak), u krovů s podélnými hambalky přenáší zatížení z krokví do vaznic. Podle počtu hambalků se rozlišuje počet pater krovu. Hambalek je charakteristickým prvkem středověkých krovů, pro které je typický tvar blížící se rovnostrannému trojúhelníku (časté byly krovy, jejichž výška je
15
rovna základně 40°, 60°). Hambalkové krovy jsou výhodné při sklonech střechy větších než 50°, kdy i u krokví převažuje příznivější namáhání tlakem. Při sklonech větších než 60° není třeba uvažovat zatížení sněhem. Vzájemné spojení vazných trámů, krokví, hambalků, ondřejských křížů, pásků a patních sloupků vytváří u středověkých krovů příčné vazby složené převážně z malých trojúhelníků – to dodává vazbám tvarovou určitost a relativně velkou tuhost. U hambalkových krovů ztužených ondřejskými kříži nebo vzpěrami krokví (krovy klasového typu) jsou ohybem namáhány pouze krokve, u ostatních prvků převažuje namáhání tlakem a tahem. U vzpěr a ondřejských křížů může při zatížení větrem docházet ke střídavému namáhání tahem a tlakem. Prvky příčné vazby mají malá rozpětí a vzpěrné délky. Příčná vazba krovu působí jako rovinná konstrukce, všechny prvky se podílejí na přenosu zatížení, jejich dimenzování není problém. Všechny prvky (kromě vazného trámu) mívají často stejný profil, běžný je lehce obdélný průřez o rozměrech 140-200 mm. Relativně malé nároky jsou kladeny na spoje, charakteristickým detailem je plát na rybinu, schopný přenášet tah i tlak, který vyhoví u všech spojů. Tlak je ve spoji přenášen jádrem připojovaného dřeva, tah se přenáší plátem ve tvaru rybího ocasu, zaklíněným do zářezu v průběžném prvku. Rybinový plát většinou přesahoval přes celou šířku dřeva, se kterým byl spojován (plát nekrytý, otevřený, jednoduchý), někdy však zapadal do dlabu (plát krytý). Šikmost plátu byla dána seříznutím o 1/3 až ¼ šířky profilu. Plát je někdy složitější tvarován, může mít jedno nebo více zazubení, vyskytují se rybiny tvarované do oblouku. Složitějším tvarováním bylo možno dosáhnout lepšího přenosu tahu, někdy však šlo spíše o dekorativní působení spoje. Při stykování protilehlých prvků a prvků podélných a příčných (například u sloupu) se u starších konstrukcí styky obvykle vystřídaly, později se dávala přednost vstřícnému styku, kde plát zasahoval jen k ose průběžného prvku. U krokví převažuje namáhání tlakem, vyhovujícím stykem je začepování do vazného trámu, někdy jsou krokve osedlány na konec vazného trámu nebo na pozednici, případně osazeny na horní plochu pozednice, u nejstarších krovů se vyskytuje i spojení krokví vazným trámem na ostřih. Ve vrcholu jsou krokve plátovány, stykovány na ostřih, případně spojeny krytým čepem. V křížení ondřejských křížů a v jejich styku s hambalky jsou přímé pláty. Sevření spojů zajišťuje kolík válcového tvaru z tvrdého dřeva, který má na konci tvar klínu, s jeho pevností ve smyku se ve spoji nepočítá. Kolík se zarážel vždy ze strany 16
plátu. Sevření spojů, které podmiňovalo tuhost vazeb, bylo zajištěno plátováním připojovaných prvků střídavě z obou stran. Při plátování byl prvek oslabován nejvýše o 1/3 průřezu, prvky do sebe zapadaly na 2/3 průřezu. U středověkých krovů byly všechny spoje konstruovány tak, aby nebylo nutné užití železných spojovacích prvků. Krovy byly konstruovány tak, aby styky prvků byly pravidelně rozmístěny a aby trojúhelníky vznikající spojením prvků měly podobný tvar i rozměry. Krovy bývaly zdobeny řezbou nebo malováním, zejména krovy otevřené. Někdy byla jejich konstrukce podobná kamenné architektuře. Zdobení krovových prvků u nás se vyskytuje v menší míře.
5.3.2
Novodobé hambalkové krovy
Krovy vaznicové soustavy jsou v poslední době stále častěji nahrazovány krovy hambalkové soustavy, které jsou jednoduché a vyznačují se snazší montáží, úsporou řeziva a vytvořením volných podkrovních prostor vhodných k obývání.
Obr. 2 Axonometrie hambalkové soustavy
Statický princip je založen na pevných trojúhelníkových rámech tvořených dvojicí krokví, které jsou svázány kleštinami nazývanými hambalky, a spolupůsobící stropní konstrukcí (obr. 2), ve starších typech nahrazovanou stropními trámy. U hambalkové soustavy je tedy každá vazba plná. Prostorové ztužení v podélném směru zabezpečují úhlopříčně umístěná prkna (obr. 3) nebo šikmé laťování, případně šikmé 17
bednění pro některé druhy krytin. V případě osazení na pozednici má nadezdívka co nejmenší výšku a boční síly musí být přeneseny přes pozednici do stropní konstrukce pomocí ocelových kotev. Hambalkové krovy z klasických profilů jsou vhodné pro rozpětí od 8 do 9,5m. Při dimenzování profilů je třeba v případě obytného podkroví vzít v úvahu hmotnost tepelné izolace a podbití. Vazby jsou osově vzdálené 800, 900 nebo 1000 mm. Dimenze profilů na rozpětí aktuální pro rodinné domy a pro sklon střechy 45° jsou v tab. 2. Ze statických důvodů je vhodné hambalky vytvářet z dvojice profilů a při použití podbití mezeru vyplnit podélnou deskou. Krokve lze podepřít podpěrnými sloupky v blízkosti okapu, které vymezují světlou výšku podkroví, ale nutno počítat se zatížením stropní konstrukce.
Obr. 3 a- příčný řez b- část půdorysu u štítového domu
5.4
Vaznicové krovy
U vaznicových krovů jsou výrazně odlišeny plné a jalové vazby. Přenos zatížení z jalových vazeb do vazeb plných, které jsou dimenzovány na větší zatížení, zprostředkují vaznice, které působí jako spojité nosníky podpírané plnými vazbami. Rozpětí vaznic zkracují diagonály podélného ztužení (u ležatých stolic), pásky a sedla (u stolic stojatých). Zatížení se do vaznic přenáší buď přímo z krokví, nebo u starších soustav prostřednictvím hambalků. Vaznice jsou v plných vazbách podepřeny sloupky (svislými nebo šikmými) nebo různými typy věšadel, v plných vazbách se často uplatňují vzpěry sloupků nebo věšadla vynášející vazný trám.
18
Vaznicový systém dovoluje maximální vylehčení jalových vazeb, odstranění mezilehlých vazných trámů a jejich nahrazení kráčaty. Pomocí vhodné vaznicové soustavy je možno zastřešit každý půdorys bez ohledu na sklon střechy. Vaznicové konstrukce mají vetší spotřebu dřeva než hambalkové, vyžadují však diferencované profily a spoje, u některých prvků jsou nutné velké průřezy. Vaznice byly často ukládány na štíty – u hrázděných štítů na jejich dřevěnou konstrukci, u zděných štítů do kapes nebo na pilířky, které štít zesilovaly. U krovů 19. století se vaznice ukládaly i na komíny, nejčastěji na konzolu z komína vyloženou, případně i na samostatné zděné pilířky. Podle vaznic se rozlišuje počet pater krovu. Vaznicové soustavy můžeme třídit podle způsobu podepření vaznic.
5.4.1
Vaznicová soustava s ležatou stolicí
5.4.1.1
Historie ležaté stolice
Ležaté stolice jsou vzpěradla, která podpírají nejvíce zatížené vaznice krovu (viz. přílohy obr. 19 – 25). Ležatá stolice krovů doby baroka působí jako relativně tuhý rám, který přejímá zatížení od vaznic a horních částí krovu, zachycuje vodorovnou sílu a převádí svislé zatížení do uložení vazného trámu. Ležatá stolice je kromě tlaku namáhána i ohybem, její spolehlivá funkce je zajištěna použitím masivních profilů, ztužením rohů a dokonalým vyřešením spojů. Nejefektivnější parametry má stolice se sklonem vzpěry 50° až 60°, u které převažuje výhodnější namáhání tlakem. Při menších sklonech střech proto vzpěradla ležaté stolice posunuje dovnitř. Rozpor mezi potřebným sklonem vzpěry a dobovou tendenci ke snížení hřebene střechy úspěšně vyřešila mansardová střecha, která mívá ve spodním patře větší sklon. Využití ležatých stolic umožnilo proti předchozímu období snížit výšku krovů a vylehčit jejich konstrukci. Ležatá stolice se užívá od 15. až do 19. století, u nás je typická pro krovy 16.-18. století, postupně vzniká řada jejich variant. Vznik ležaté stolic je složitý a trval několik staletí. V průběhu vývoje se původně zdvojená krokev plné vazby mění v silnější profil vzpěry, delší dobu trvalo, než se ustálily proporce pásků. U starších typů byly všechny prvky krovu provázány a byly součástí prostorové konstrukce, u typů
19
klasických tvoří prostorovou konstrukci ležaté stolice a vaznice s podélným zavětrováním, krokve s hambalky jsou na ně položeny.
5.4.1.2
Novodobá ležatá stolice
Ležatá stolice má své označení podle šikmé plochy sloupků, které roznášejí svislé zatížení k okrajům vazných trámů nebo přímo do nosné zdi. V prvním případě se odlehčí střed vazného trámu, a tím i jeho namáhání na ohyb (obr. 4). Ve druhém případě nemusí být vazný trám vůbec použit, čímž se ušetří dřevo, ale toto řešení předpokládá střední vnitřní nosnou stěnu.
Obr. 4 Axonometrie vaznicové soustavy ležaté stolice
Literatura [8]
Vazba krovu ležaté stolice na rozpětí 8 až 11m je na (obr. 5). Šikmé sloupky procházejí nad vaznicí až po krokev. Vazný trám je kvůli úspoře materiálu sestaven z více kusů a spojen v místě podložky nad nosnou zdí jednoduchým srazem, zajištěným ocelovými příložkami, které jsou po stranách přišroubované. Tímto krovem lze získat rozlehlý a volný podkrovní prostor.
20
Obr. 5 a- řez s pohledem na plnou vazbu b- část půdorysu
Literatura [8]
5.4.2
Vaznicová soustava se stojatou stolicí
5.4.2.1
Historie stojaté stolice
Se snížením sklonu střech v klasicismu vyšly ležaté stolice z užívání, protože při sklonech kolem 40° převažuje u vzpěry namáhání ohybem, pásky jsou tažené, klasicky konstruovaná ležatá stolice se deformuje, vodorovná síla v uložení roste. Proto vznikají vaznicové krovy se šikmými i svislými sloupky, které přenášejí zatížení do vazných trámů nebo do vnitřních zdí. Pro tento typ krovu užíváme tradiční název stojatá stolice, i když přesnější by bylo nazývat je „vaznicové krovy se šikmými nebo svislými sloupky“. Stojaté stolice byly ovšem užívány již dříve u krovů s podepřenými hambálky (viz. přílohy obr. 17 a obr. 18), které je možno na základě jejich statického působení řadit také do krovů vaznicových. Stojaté stolice se v průběhu celé historie vyskytují u pultových střech, objevují se v horních patrech ležatých stolic, existují archaické stojaté stolice středověké. U stojatých stolic jsou vaznice podepřeny v plných vazbách sloupky s pásky, případně sedly (viz. přílohy obr. 25 – 28). Sloupky jsou svislé nebo šikmé, často jsou doplněny šikmými vzpěrami, které přenášejí zatížení do vazných trámů blíže k podporám tak, aby snížilo namáhání trámů ohybovým momentem. Kvůli odlehčení vazných trámů se do plných vazeb často vkládají vzpěradla a věšadla. Krovy se
21
šikmými sloupky někdy připomínají ležaté stolice. Oba typy krovů můžeme rozlišovat podle toho, že ležatá stolice působí jako vzpěradlový rám, kdežto jednotlivé prvky stojaté stolice jako samostatné pruty. Rozdíl je zejména ve způsobu namáhání šikmých vzpěr (sloupků): u ležaté stolice jsou namáhány tlakem a ohybem, u stojaté stolice jsou namáhány pouze tlakem. Krokve jsou u starších krovů podepřeny prostřednictvím hambálků jako u krovů s podepřenými hambálky a ležatými stolicemi, u pozdějších krovů osedlány přímo na vaznice. Příčné ztužení plných vazeb zajišťují hambálky z hranolů s čepem s kolíkem nebo s plátem na rybinu, v novějších krovech (od 19. století) kleštiny z fošen se svorníkovými spoji. Funkce prvků je rozlišena podle způsobu jejich namáhání: krokve a vaznice jsou namáhány momentem jako prosté nebo spojité nosníky, sloupky jsou tlačeny, prvky vzpěradel namáhány tlakem, táhla věšadel a kleštiny tahem. Průřezy prvků se u jednotlivých krovů liší podle velikosti namáhání. Prvky byly dimenzovány podle empirických vzorců, od 19. století i výpočtem podle zásad moderní statiky. Každý prvek byl posuzován jako samostatně působící. Běžně se užívá železo (od 2. poloviny 19. století ocel) ve spojích (svorníky ve spojích kleštin, závlačích věšadel a při vyšetřování trámů na průvlaky, pásové železo na kotvení pozednic nebo krokví k vazným nebo stropním trámům, sloupků pultových střech, třmeny a svorníky u dodatečných oprav). Postupně se přestává užívat čepování krokví do kráčat, ve 2. polovině 19. století převládá uložení krokví na pozednici nebo na spodní vaznici uloženou na vazné trámy. Krovy 19. století jsou důsledně osazovány na zdivo nad úroveň podlahy půdy, která má nespalnou úpravu (hliněná mazanina, topinková dlažba). Stojatá stolice umožňuje zastřešení každého půdorysu bez ohledu na sklon střechy. Neklade velké nároky na průřezy prvků, s výjimkou vazných trámů. Tvary a spoje prvků jsou podstatně jednodušší něž u ležaté stolice. Krovy se stojatou stolicí jsou maximálně vylehčené, nepůsobí prostorově. Podélná i příčná tuhost je nižší než u ostatních krovů, konstrukce nemá velké rezervy, při narušení některého prvku může dojít ke kolapsu celé konstrukce. Stojaté stolice mají proti stolicím ležatým podstatně jednodušší konstrukci, jsou méně pracné (jednodušší spoje, je možno využít řezané profily – přestaly se 22
používat profily víceboké a lichoběžníkové) a úspornější (dimenze se navrhují na základě výpočtu nebo empirických vzorců).
5.4.2.2
Současná stojatá stolice
U těchto krovů je vyšší spotřeba řeziva, jsou však staticky bezpečnější, jejich stavba je jednodušší a dají se jimi vyvázat všechny složité půdorysy a střechy s vazbami. Označují se podle svislých sloupků, které přenášejí zatížení do vazných trámů (obr. 6). U zastřešení rodinných domů se uplatňuje stojatá stolice se dvěma středními vaznicemi na rozpětí 8 až 11m (obr. 7). Vazný trám se musí kvůli velkým ohybovým momentům podepřít nad vnitřní nosnou zdí. Z úsporných důvodů má být nadezdívka co nejnižší (jestliže nejsou kladeny jiné požadavky kvůli obytnému podkroví). Aby se ušetřilo dřevo, volí se pro daný typ krytiny co nejmenší sklon střechy.
Obr. 6 Axonometrie vaznicové soustavy stojaté stolice
Literatura [8]
23
Obr. 7 a- řez s pohledem na plnou vazbu b- část půdorysu
Literatura [8] V případě valby probíhá vaznice po celém obvodu střechy a v nároží musí být podepřena sloupkem (obr. 8) nebo konzolou. Plná vazba tedy prochází valbovou vaznicí nebo je posunutá maximálně o jedno pole. U některých složitějších dispozic musí být sloupek kotven do trámové výměny. Vaznice je v místě zalomení vyztužená vodorovným páskem. Nárožní krokev musí mít větší průřez vzhledem k většímu zatížení a spojům s ostatními prvky- ztužená je kleštinami (obr. 8). V místě, kde se stýká nárožní a hřeben, je vhodné umístit výměnu nebo vystřídání krokví kvůli oslabenému spoji.
Obr. 8 Část půdorysu sedlové střechy s valbou
Literatura [8]
24
6
Ochrana dřeva Ochrana dřeva představuje soubor opatření, kterými lze trvale předcházet
škodám na dřevě, způsobeným napadením biotickými škůdci (plísněmi, řasami, lišejníky, mechy, dřevokaznými houbami a hmyzem), ohněm a povětrnosti. Tato opatření zahrnují podle literatury [2]: výběr kvalitního dřeva, případně vhodných druhů dřeva se zvýšenou přirozenou odolností (druh dřeviny se vybírá podle prostředí, ve kterém bude používána), s cílem dosáhnout co největší trvanlivosti objektu, stavební a konstrukční opatření, jejichž cílem je, aby dřevo použité jako stavební materiál bylo chráněno před působením vlhkosti (která je základní podmínkou biologického napadení) a dlouhodobě se uchovalo suché (stavební ochrana dřeva), povrchové ošetření dřeva proti vlivům povětrnosti – účinkům ultrafialového záření, vody, větru, větrné abrazi, exhalátů apod., použití biocidních chemických prostředků na ochranu dřeva, které snižují „atraktivitu“ dřeva pro škůdce, tlumí rozvoj škůdce ve dřevě, případně jej přímo likviduje (preventivní a likvidační chemická ochrana dřeva), použití výrazně likvidačních prostředků, kterými se rozšířený škůdce ničí (dodatečná likvidační chemická ochrana obvykle starých – historických dřevěných konstrukcí, ale i konstrukcí nových, u kterých stavební chyby způsobily rozvoj škůdce), protipožární opatření a použití prostředků na ochranu dřeva proti ohni (chemická ochrana dřeva retardéry hoření).
6.1
Konstrukční ochrana dřeva
Zásady konstrukční ochrany dřeva ve stavbách určuje ČSN 73 1701 Navrhování dřevěných konstrukcí: dřevo je třeba chránit proti vlhkosti, hnilobě, hmyzu, požáru a dalším vlivům (např. chemická koroze), dřevěné konstrukce mají být pokud možno přístupné pro kontrolu jejich stavu,
25
zvláštní pozornost je třeba věnovat částem, které budou vystavené kolísání vlhkosti, případně, které nebudou přístupné pro kontrolu jejich stavu.
ČSN 73 2810 Provádění dřevěných konstrukcí určuje: výroba a montáž dřevěných konstrukcí smí být svěřena jen podnikům a závodům, které mají pro příslušný druh konstrukcí náležitě kvalifikované pracovníky, je nutné, aby dřevo před použitím bylo správně a dostatečně dlouho uskladněno a mohlo vyschnout přirozeným způsobem; uměle se má v sušárnách jen dosušovat.
Nejvyšší dovolenou vlhkost dřeva prvků krovu doporučuje Vinař pro: konstrukční části a prvky spojované hřebíky, svorníky a ocelovými hmoždinkami je 20 %; části, u kterých vysychání není na závadu 23 %; části, jež jsou trvale ve vlhkém prostředí bez ohraničení; části trvale vystavené vysokým teplotám do 50°C max. 10 %; Tolerance je +2 % !!!
Mnohé principy stavební ochrany dřeva byly v minulosti běžné, některé zásady, které dnes považujeme za důležité, se v minulosti neuplatňovaly. Výrazně se v tomto ohledu liší stavby různých kategorií. Cílem konstrukční ochrany dřeva je stavebně-technickými a konstrukčními opatřeními zamezit zvýšení vlhkosti ve dřevě, a tím předejít napadení dřeva plísněmi a houbami, do jisté míry i hmyzem. Konstrukční opatření omezující rozvoj dřevokazných hub jsou velmi účinná, je třeba jim při zpracování projektu a při realizaci věnovat velkou pozornost, protože důsledky chyb, které se při konstrukční ochraně udělají, nelze mnohdy odstranit ani dodatečným chemickým zásahem. Základní konstrukční ochranou dřeva před vlhkostí a ostatními povětrnostními vlivy je chráněná expozice – v zastřešených prostorách se vlhkost dřeva běžně pohybuje v rozmezí 10 – 16%. Kritických hodnot 18 – 20% však vlhkost dřeva může dosáhnout i v chráněných prostorách, které se nevětrají nebo kde je vlhký provoz.
26
V nechráněné expozici je nutné odstranění nebo omezení zdrojů vlhkosti. Ochrana před vlhkostí vhodnými konstrukčními úpravami je důležitá i u expozice chráněné (např. ve styku se zdivem nebo zeminou). U staveb je nutná zejména: ochrana proti dešťovým srážkám a odstřikující vodě, ochrana proti vedení vlhkosti, ochrana proti kondenzování vody, ochrana proti vlhkosti v průběhu stavby, ochrana dřeva v užívané stavbě
6.2
Ochrana povrchu dřeva
K účinným metodám ochrany dřeva proti prostředí patří ochrana povrchu dřeva. V minulosti i dnes se dřevo chránilo nátěry, obklady (do tohoto způsobu ochrany můžeme zařadit i bednění a oplechování), omítkami, mazaninami a obezděním. U dřeva krovů se tyto způsoby uplatňovaly jen v malém rozsahu, setkáme se s nimi však u konstrukcí, které s krovy souvisejí.
Při ochraně jakékoliv dřevěné konstrukce nebo prvku je vždy nutno: zjistit historický (autentický) způsob ochrany povrchu dřevěné konstrukce a jeho přeměny, posoudit stav původního povrchu (pokud je zachován), posoudit stav dřeva, posoudit nutnost ochrany dřeva. Při rozhodování o způsobu ochrany nebo úpravy povrchu budou zpravidla zvažovány tyto možnosti: Ponechání dřeva bez ochrany, Ponechání, případně obnovení historického způsobu ochrany, Použití novodobého způsobu ochrany
27
6.2.1
Nátěry
Funkcí nátěru je kromě ochrany dřeva ve většině případů i vzhledová (zušlechťovací a dokončovací) nebo barevná úprava povrchu. Nátěry chrání především proti povětrnosti (omezují pronikání vlhkosti do dřeva a chrání před slunečním zářením). Prostředky určené k ochraně proti povětrnosti a k zušlechťování dřeva obvykle neobsahují biocidy, některé prostředky však mají účinky kombinované s ochranou proti škůdcům dřeva. Nátěry chrání povrch dřeva pouze dočasně, obvykle je nutná po čase jejich obnova. Dřevo trvale vystavené vlhkosti (třída ohrožení 4) nátěry dostatečně neochrání, dřevo užité v těchto podmínkách musí být tlakově impregnováno. Použití neprodyšných nátěrů dřeva (zejména asfaltem) nebo neprodyšné zakrytí dřeva ze všech stran zakazuje norma ČSN 73 1701 (podobně i ČSN 73 2810 a ČSN 73 3150). Uzavření povrchu vytváří podmínky pro zvýšení vlhkosti ve dřevě, tedy pro napadení dřevokaznými houbami. Vlhkost, která proniká do dřeva trhlinami, nemůže utěsněným povrchem odvětrat, uvnitř dřeva vzniká příznivé prostředí pro rozvoj hub. Nechráněné dřevo, které má možnost rychle vyschnout, ve stejných podmínkách odolává napadení lépe. Povrch dřeva však do jisté míry uzavírá každý nátěr. Příkladem může být uzavření povrchu u opakovaně natíraných dřevěných prvků střech, které jsou napadány trámovkou plotní (Gloeophyllyum sepiarium). Podle ČSN 73 3150 není dovoleno natírat dřevo mokré, namrzlé apod. V minulosti se pro povrchovou úpravu dřeva v interiéru i exteriéru používaly především nátěry vápenné a nátěry hlinkou. Životnost těchto nátěrů byla nízká, proto byly často obnovovány, opakování nátěrů mělo význam jako účinná ochrana proti řasám, plísním, případně i hmyzu. Pro povrchovou úpravu konstrukčního dřeva v interiéru byla užívána volská krev, která má pravděpodobně preventivní účinky proti napadení biotickými škůdci. V současné době se pro ochranu a úpravu povrchu dřeva nejvíce užívají nátěry na bázi syntetických rozpouštědel, alkydových pryskyřic (olejové) nebo akrylátů (vodní disperze). Vyrábějí se v širokém spektru, proto je pro jejich výběr nutné pečlivě definovat prostředí, ve kterém bude dřevo umístěno, a požadavky na ochranu dřeva, vzhled a životnost nátěru.
28
Konstrukční ochrana se zajišťuje vhodným konstrukčním řešením, které omezuje navlhání dřeva, zejména ve styku se zdivem nebo základy, a zabezpečuje trvalé provětrávání konstrukce. Chemická ochrana se zajišťuje povrchovou nebo tlakovou impregnací chemickými ochrannými prostředky. Zvláštní péče se musí věnovat tlakové impregnaci těch částí a prvků dřevěných konstrukcí, které jsou střídavě vystaveny suchu a vlhku a jsou nesnadno přístupné, popř. po zabudování vůbec nepřípustné. Rozvoji dřevokazných hub se musí zabránit použitím suchého dřeva (s obsahem vlhkosti max. w = 20 %) dobře impregnovaného, které musí mít možnost vysychat stálým prouděním vzduchu; proto se musí zajistit větrání půdních a střešních prostorů, zhlaví stropnic a trámů uložených na zdivo apod.
29
7
Výpočet průřezů prvků a spotřeby materiálu 7.1
Metodika výpočtu nosných prvků
Pro výpočet nosných prvků vaznicové a hambalkové soustavy jsem použil empirické vztahy uvedené v literatuře [5] a [8]. Emprické vzorce v slouží pro předběžný návrh průřezů nosných prvků (b/h) a vlastní výpočet se provádí na základě daných veličin a, d, c:
Literatura [5] uvádí: a..........volná délka trámce (krokve) v metrech od podpory k podpoře d..........osová vzdálenost plných vazeb v metrech
Literatura [8] uvádí: a..........vzdálenost podpěr (m) c...........délka krokve mezi jednotlivými vaznicemi (m) Literatura [5] vychází z empirických vzorců z roku 1954 a literatura [8] z roku 2002, proto budu počítat jednotlivé průřezy podle literatury [8] (viz. Tab. 2) a empirické vztahy z literatury [5] (viz. Tab. 1) budu používat pouze v případě, že počítaný prvek není uveden v literatuře [8]. Předběžný návrh průřezů nosných prvků vaznicové soustavy vypočítám pro 3 typy krytin (lehká, středně těžká a těžká). Výpočet spotřeby materiálu bude pouze pro krytinu středně těžkou. Pro předběžný návrh průřezu hambalku u hambalkové soustavy prosté počítam 2 hmotnosti izolací (62 kg/m2 a 28 kg/m2). Výpočet spotřeby materiálu hambalku bude pro hmotnost izolace 62 kg/m2. Délku jednotlivých prvků jsem vypočítal v závislosti na úhlu sklonu. Pro vaznici a vazný trám jsem při výpočtu šířky zvolil 5/7 výšky, protože tento poměr se v soudobé praxi nejvíce využívá.
30
Tab. 1 Empirické vzorce pro dimenzování krovů vaznicové soustavy Výška průřezu trámu v cm pro krytiny
krokve vaznice sloupky kleštiny vzpěry rozpěry vazní trámy pásky
těžké: prejzy, dvojité taškové 3a + 4 a.d + 3 a + 14 A + 16 a + 14 A + 12 1/2a + 18
středně těžké: jednoduché tašky
lehké: lepenka, plech
3a + 3 a.d + 2 A + 12 A + 14 A + 12 A + 11 1/2a + 17 10/12 až 12/15
3a + 2 a.d + 1 A + 10 A + 12 A + 10 A + 10 1/2a + 16
Šířka průřezu v cm 4/5 v 3/4 až 4/5 V 1/2 v 4/5 v 4/5 v 3/4 až 5/7 v
Literatura [5] Tab.2 Empirické vztahy pro obecný výpočet velikosti profilů nosných prvků vaznicové soustavy
Literatura [8] Tab.3 Dimenze prvků hambalkové soustavy z klasických profilů pro některá rozpětí a sklon střechy 45°.
Literatura [8]
31
7.2
Vaznicová soustava s stojatou stolicí 7.2.1
Výpočet průřezů nosných prvků
Schéma návrhu (půdorys a řez) jsou v příloze (obr. 28 a obr. 29) Pro výpočet nosných prvků využiji empirické vztahy z Tab.1 a….. vzdálenost podpěr (m) c….. délka krokve mezi jednotlivými vaznicemi (m) Krokve Délka krokve
c = 4,5m
Lehká krytina: Výška
h=
3c 3 ⋅ 4,5 + 0,02 = + 0,02 = 0,155m = 155mm 100 100
Šířka
b=
4 4 h = ⋅ 0,165 = 0,124m = 124mm 5 5
Výška
h=
3c 3 ⋅ 4,5 + 0,03 = + 0,03 = 0,165m = 165mm 100 100
Šířka
b=
4 4 h = ⋅ 0,165 = 0,132m = 132mm 5 5
Výška
h=
3c 3 ⋅ 4,5 + 0,04 = + 0,04 = 0,175m = 175mm 100 100
Šířka
b=
4 4 h = ⋅ 0,175 = 0,140m = 140mm 5 5
Středně těžká krytina:
Těžká krytina:
Podle empirického vzorce bude průřez krokve b/h - 140/170mm.
Vaznice Vzdálenost podpěr a = 3,6m
Délka krokve
c = 4,5m
32
Lehká krytina: Výška
h=
ca 3,6 ⋅ 4,5 + 0,01 = + 0,01 = 0,172m = 172mm 100 100
Šířka
b=
5 5 h = ⋅ 0,172 = 0,123m = 123mm 7 7
Výška
h=
ca 3,6 ⋅ 4,5 + 0,02 = + 0,02 = 0,182m = 182mm 100 100
Šířka
b=
5 5 h = ⋅ 0,182 = 0,130m = 130mm 7 7
Výška
h=
ca 3,6 ⋅ 4,5 + 0,03 = + 0,03 = 0,192m = 192mm 100 100
Šířka
b=
5 5 h = ⋅ 0,192 = 0,137 m = 137 mm 7 7
Středně těžká krytina:
Těžká krytina:
Podle empirického vzorce bude průřez vaznice b/h - 130/190mm.
Sloupek (čtvercový průřez) Vzdálenost podpěr a = sin α =
a = sin α ⋅ b = a = 0,707 ⋅ 4,5 = 3,182m b
Lehká krytina: Strana
s=
a 3,182 + 0,10 = = 0,132m = 132mm 100 100
s=
a 3,182 + 0,12 = = 0,152m = 152mm 100 100
s=
a 3,182 + 0,14 = = 0,172m = 172mm 100 100
Středně těžká krytina: Strana Těžká krytina: Strana
Podle empirického vzorce bude průřez sloupku - 150/150mm. Já však zvolím průřez
130/130mm, protože sloupek bude podepírat vaznici a ta má šířku 130mm.
33
Vazný trám Vzdálenost podpěr a = 9 − (2 ⋅ 0,25) = 8,5 − (2 ⋅ 0,05) = 8,4m
Lehká krytina: Výška
h=
2a 2 ⋅ 8,4 + 0,16 = + 0,16 = 0,216m = 216mm 300 300
Šířka
b=
5 5 h = ⋅ 0,216 = 0,154m = 154mm 7 7
Výška
h=
2a 2 ⋅ 8,4 + 0,17 = + 0,17 = 0,226m = 226mm 300 300
Šířka
b=
5 5 h = ⋅ 0,226 = 0,161m = 161mm 7 7
Výška
h=
2a 2 ⋅ 8,4 + 0,18 = + 0,18 = 0,236m = 236mm 300 300
Šířka
b=
5 5 h = ⋅ 0,236 = 0,169m = 169mm 7 7
Středně těžká krytina:
Těžká krytina:
Podle empirického vzorce bude průřez vazného trámu b/h - 160/230mm.
Kleština (horní i spodní) Délka krokve
c = 4,5m
Lehká krytina: Výška
h=
c 4,5 + 0,12 = + 0,12 = 0,165m = 165mm 100 100
Šířka
b=
0,02 0,02 = = 0,121m = 121mm h 0,165
34
Středně těžká krytina: Výška
h=
c 4,5 + 0,14 = + 0,14 = 0,185m = 185mm 100 100
Šířka
b=
0,02 0,02 = = 0,108m = 108mm h 0,185
Výška
h=
c 4,5 + 0,15 = + 0,15 = 0,195m = 195mm 100 100
Šířka
b=
0,02 0,02 = = 0,103m = 103mm h 0,195
Těžká krytina:
Podle empirického vzorce bude průřez kleštiny b/h - 110/190mm.
Vzpěra Empirický vzorec pro tento prvek není uveden v Tab. 2, proto budu průřez počítat pomocí Tab. 1 Volná délka krokve a = 4,5m
Lehká krytina: Výška
h = a + 10 = 4,5 + 10 = 14,5cm = 145mm
Šířka
b=
4 4 h = ⋅ 14,5 = 11,6cm = 116mm 5 5
Středně těžká krytina: Výška
h = a + 12 = a + 12 = 16,5cm = 165mm
Šířka
b=
4 4 h = ⋅ 16,5 = 13,2cm = 132mm 5 5
Těžká krytina: Výška
h = a + 14 = a + 14 = 18,5cm = 185mm
Šířka
b=
4 4 h = ⋅ 18,5 = 14,8cm = 148mm 5 5
Podle empirického vzorce bude průřez vzpěry b/h - 130/170mm.
35
Pozednice Empirický vzorec pro tento prvek není uveden ani Tab.1 ani v Tab. 2, proto využiji literaturu [8], která uvádí průřez prvku 100/120mm až 130/160mm.
Výška
h = 120mm
Šířka
b = 150mm
Délka
l = 11800mm
Vybral jsem si průřez pozednice b/h - 150/120mm.
Pásek Empirický vzorec pro tento prvek není uveden v Tab. 2, proto budu průřez počítat pomocí Tab. 1, která uvádí b/h - 10/12cm až 12/15cm.
Výška
h = 150mm
Šířka
b = 120mm
Vybral jsem si průřez pásku b/h - 120/150mm.
Latě Empirický vzorec pro tento prvek není uveden ani Tab.1 ani v Tab. 2, proto využiji literaturu [8], která uvádí průřez prvku pro středně těžkou krytinu (b x h) 32/50mm. Délka je 12600mm, protože přesah latí je od štítu 300mm z vnější strany. Výška
h = 50mm
Šířka
b = 32mm
Délka
l = 12600mm
Průřez latě bude b/h - 32/50mm.
7.2.2
Výpočet spotřeby materiálu
Při výpočtu spotřeby materiálu je nutno vycházet přesně z daného řešení krovu. Při vymezování délek jednotlivých profilů vaznicové budu dodržovat tyto zásady:
36
Délky krokví do 6,5m se zaokrouhlují na 100mm, nad 6,5m na 250mm. Pozednice se sestavují obvykle z délek 4m. Méně častá je délka 5 a 6m. Obecně platí zásada (kromě krokví), že u hraněného řeziva, kde se vyskytují délky 5 a 6m se provede přepočet kusů na délky 4m.
Délky latí se zaokrouhlují na celé metry. Přitom je třeba dbát, aby konce latí dosahovaly až na středy krokví. Latě nemají být nastavovány na jedné krokvi.
Čisté přířezy pro stavbu
Sdružené délky pro pilu
Počet ks
Rozměry b/h/l mm
Druh řeziva
Krokve
26
140/170/7070
Vazný trám
4
Vaznice
Pro materiál. list
Počet ks
Rozměry mm Jakost řeziva SI
Sm,Jd
26
140/170/7075
4,378
160/230/8400
Sm,Jd
4
160/230/8400
1,237
2
130/190/11700
Sm,Jd
6
130/190/4000
0,593
Pozednice
2
150/120/11800
Sm,Jd
6
150/120/4000
0,432
Sloupek
8
130/130/3182
Sm,Jd
8
130/130/3200
0,433
Kleština horní
8
110/190/3400
Sm,Jd
8
110/190/3400
0,569
Kleština spodní
16
110/190/3600
Sm,Jd
16
110/190/3600
1,204
Pásek
16
150/120/1200
Sm,Jd
16
150/120/1200
0,346
Vzpěra
8
170/130/3300
Sm,Jd
8
170/130/3300
0,583
Laťování
44
50/32/12600
Sm,Jd
14
50/32/4000
0,090
Prvky zastřešení
Celkem spotřeba v m3
Popis návrhu viz. příloha obr. 29
37
m3
9,865
7.3
Hambalková soustava prostá 7.3.1
Návrh průřezů nosných prvků
Schéma návrhu (půdorys a řez) jsou v příloze (obr. 30 a obr. 31) Pro návrh nosných prvků hambalkové soustavy budu vycházet z Tab. 3
Krokve Výška krokví se vypočítá podle osové vzdálenosti krokví (viz. kap. 3), která se dosadí do empirického vzorce v Tab. 3.
Výška
h = 170mm
Šířka
b = 75mm
Délka
l = 7120mm
Podle empirického vzorce bude průřez krokve b/h - 75/170mm.
Hambalky Hmotnost izolace 62 kg/m2 Výška
h = 170mm
Šířka
b = 38mm
Hmotnost izolace 28 kg/m2 Výška
h = 150mm
Šířka
b = 38mm
Délka
l = 2 ⋅ a = 2 ⋅ (sin α ⋅ c) = 2 ⋅ 1678,5 = 3352mm
Podle empirického vzorce bude průřez hambalku b/h - 38/170mm.
38
Hambalek-vložka Vložka hambalku je stejně široká jako šířka krokve. Výška vložky je stejná jako výška hambalku. Délka vložky je kratší o 2x výšku krokve než hambalek.
Výška
h = 170mm
Šířka
b = 75mm
Délka
l = 3200mm
Vybral jsem průřez prvku hambalek-vložka b/h - 75/170mm.
Pozednice Empirický vzorec pro tento prvek není uveden v Tab. 3, proto využiji literaturu [8], která uvádí průřez prvku 100/120mm až 130/160mm. Délka pozednice je stejná jako délka hospodářské stavby (viz. kap.3), ale je zkrácena o štítové zdivo (200mm) Výška
h = 100mm
Šířka
b = 120mm
Délka
l = 11800mm
Vybral jsem průřez pozednice b/h - 120/100mm.
Hřebenové příložky-horní Empirický vzorec pro tento prvek není uveden v Tab. 3, proto využiji literaturu [5] a [8], která uvádí průřez prvku 160/32mm.
Výška
h = 160mm
Šířka
b = 32mm
39
Délka
l = 640mm
Průřez hřebenové příložky-horní b/h - 32/160mm.
Hřebenové příložky-spodní Empirický vzorec pro tento prvek není uveden v Tab. 3, proto využiji literaturu [5] a [8], která uvádí průřez prvku 160/32mm. Výška
h = 160mm
Šířka
b = 32mm
Délka
l = 950mm
Průřez hřebenové příložky-spodní b/h - 32/160mm.
Zavětrování hambalků Empirický vzorec pro tento prvek není uveden v Tab. 3, proto využiji literaturu [5] a [8], která uvádí průřez prvku 140/38mm.
Výška
h = 140mm
Šířka
b = 38mm
Délka
l = 2700mm
Průřez zavětrování hambalků b/h - 38/140mm.
Zavětrování krokví Empirický vzorec pro tento prvek není uveden v Tab. 3, proto využiji literaturu [5] a [8], která uvádí průřez prvku 140/38mm. Výška
h = 140mm
40
Šířka
b = 38mm
Délka
l = 3000mm
Průřez zavětrování krokví b/h - 38/140mm.
Latě Empirický vzorec pro tento prvek není uveden ani Tab.1 ani v Tab. 2, proto využiji literaturu [8], která uvádí průřez prvku pro středně těžkou krytinu (b x h) 32/50mm. Délka je 12600mm, protože přesah latí je od štítu 300mm z vnější strany. Výška
h = 50mm
Šířka
b = 32mm
Délka
l = 12600mm
Průřez latě bude b/h - 32/50mm.
7.3.2 Výpočet spotřeby materiálu Stejně jako u vaznicové soustavy budou platit tyto zásady:
Délky krokví a hambalků do 6,5m se zaokrouhlují na 100mm, nad 6,5m na 250mm.
Pozednice budu sestavovat obvykle z délek 4m. Délky latí zaokrouhlím na celé metry. Přitom dbám, aby konce latí dosahovaly až na středy krokví. Latě nejsou nastavovány na jedné krokvi.
41
Čisté přířezy pro stavbu
Sdružené délky pro pilu
Počet ks
Rozměry b/h/l mm
Druh řeziva
Krokve
26
75/170/7120
Hambalky
26
Hambalek-vložka
Pro materiál. list
Počet ks
Rozměry mm Jakost řeziva SI
Sm,Jd
26
75/170/7125
2,362
38/170/3352
Sm,Jd
26
38/170/3360
0,564
13
75/170/3200
Sm,Jd
13
75/170/3200
0,530
Pozednice
2
120/100/11800
Sm,Jd
6
120/100/4000
0,288
Hřebenové příložky-horní
26
32/160/640
Sm,Jd
5
32/160/4000
0,102
Hřebenové příložky-spodní
26
32/160/950
Sm,Jd
7
32/160/4000
0,143
Zavětrování hambalků
12
38/140/2700
Sm,Jd
12
38/140/2700
0,172
Zavětrování krokví
12
38/140/3000
Sm,Jd
12
38/140/3000
0,192
Latě
44
32/50/12600
Sm,Jd
14
32/50/4000
0,090
Prvky zastřešení
Celkem spotřeba v m3
Popis návrhu viz. příloha obr. 31 42
m3
4,443
8
Diskuse Volbu konstrukce krovu ovlivňuje zejména sklon střechy, její tvar, rozpětí,
volná šířka i výška, účel budovy a prostředí. Každá krovová konstrukce má zatěžovat podpory svisle, proto je nutno šikmé tlaky zachytit (vazní trám, kleštiny, kovová táhla). Konstrukce krovu musí být náležitě tuhá (zavětrovaná) v příčném i podélném směru. Hambalková soustava se vyznačuje nižší spotřebou řeziva než vaznicová soustava a její velikou výhodou je volný půdní prostor, který se dá využít jak pro skladování, tak pro obytné prostory. Pokud bude používána k obývání, musí se podélné zavětrování hambalkové soustavy začepováno do krokví, aby nám nezavazelo při obkládání krovu. Jinak se zavětrování přibíjí z vnitřní strany krokví. Podoba všech vazeb v příčném směru je stejná. Dá se tedy říci, že hambalková soustava má každou vazbu plnou. Vaznicová soustava je stabilnější, ale vyžaduje větší náročnost na práci a odbornost pracovníků. Pokud budeme krov používat k obývání nebo ke skladování, může vytvořit volný půdní prostor pomocí ležaté stolice, která se vyznačuje šikmými sloupky. V příčném směru jsou vazby plné nebo prázdné (jalové).
43
9
Závěr V této práci je obecně popsáno rozdělení krovů, charakteristika jednotlivých
typů vazeb, jejich historie a ochrana. Hlavním záměrem bylo ukázat výpočet spotřeby dřevěného materiálu dle empirických vztahů, které se využívají při návrzích a rozhodování o systému zastřešení, ale před vlastní realizací je nutné ověření statickým výpočtem. Posloužily mi jako prostředek pro předběžný návrh průřezů nosných prvků. Jsou omezené délkou krokví mezi vaznicemi (max. 4,5m) a volnou délkou krokví bez vrcholové vaznice (max. 2,5m).Z hlediska zatížení má vliv také sněhová oblast. Empirické vzorce se dají použít jen pro sněhovou oblast I – III.
Pomocí těchto výpočtů jsem došel k závěru, že hambalkové krovy jsou pro zadanou hospodářskou stavbu úspornější z hlediska spotřeby materiálu a náročnosti práce na jejich provedení. Jejich velikou výhodou je, že jsou využitelné k vytvoření volných podkrovních prostor vhodných pro ukládání materiálu. Krovy vaznicové soustavy se sice vyznačují vyšší spotřebou řeziva, náročnosti práce a na jejich konstrukci je potřeba kvalifikovanějších pracovníků, jsou však staticky bezpečnější a dají se jimi vyvázat všechny složité půdorysy a střechy s vazbami. Dají se také použít pro větší rozpětí krovů než krovy hambalkové soustavy.
Pro přesnější výpočet spotřeby materiálu doporučuji stanovit průřezy jednotlivých nosných prvků pomocí statických výpočtů nebo softwarových produktů, protože empirické vztahy se používají pro předběžné návrhy nosných konstrukcí.
44
10
Resumé This work deal universal appreciation and calculation of several frames, historical
development and protection. For frame designing is need to size every component mainly loading, but also economization. In this phase is made use of knowledge from practice or computers. Form and section of each element are found up by construction appreciation. I used empirical formulas for calculation bearing elements which are verified by long-term practically usage and should be used for different constructions and individual elements. However the empirical formulas are not exact and important thing is roofing heaviness too. Sorts of roofing: light, middle heavy and heavy. I selected purline and spanner system for calculation using empirical formulas. I realized in the course of calculation, that purline system requires bigger usage material, time and qualified expert than spanner system. The advantage of purline system is that it does not need endwise brace and the spars put out only vertical power on wall-beams and purlines. The advantage of spanner system is creating free loft place without internal supports. The disadvantage of spanner system is that maximum frame allowance can be 9,5 meters only.
45
11 [1]
Seznam použité literatury KUFNER, V., VINAŘ, J.: Historické krovy I – Konstrukce a statika. 1.vyd. Praha, GRADA PUBLISHING 2004, 272s.
[2]
VINAŘ, J.: Historické krovy II – Průzkům a opravy. 1. vyd. Praha, GRADA PUBLISHING 2005, 304s.
[3]
OHRABLO, F., OLÁH, J.: Konštrukcie pozemných stavieb IV. 1. vyd. Bratislava, STU 2001, 92s.
[4]
KOS, J., FAJKOŠ, A.: Konstrukce pozemních staveb III. 1.vyd. Brno, VN MON 1990, 87s.
[5]
Studijní a typizační ústav Praha: Zastřešení – Konstrukční a technologická pravidla pro svépomocnou výstavbu. 3.vyd. Brno, DRUPOS 1986, 144s.
[6]
VINAŘ, J., KUFNER, V., HOROVÁ, I.: Historické krovy. 1.vyd. Praha, EL CONSULT 1995, 92s.
[7]
KOHOUT, J., TOBEK, A., MÜLLER, P.: Tesařství – Tradice z pohledu dneška. 8.vyd. Praha, GRADA PUBLISHIG 1996, 255s.
[8]
OLÁH, J., MIKULÁŠ, M., MIKULÁŠKOVÁ, D.: Šikmé střechy. 1.vyd. Bratislava, JAGA GROUP 2002, 207s.
Použité normy [8]
ČSN 73 0035
[9]
ČSN 73 1701
[10]
ČSN 73 3150
46
Přílohy I. Obrazová část II. Výkresová část
47
I. Obrazová část
Obr. 9 Otevřený vazníkový krov střechy s malým sklonem. Karlovy Vary, tržní kolonáda, 1883, sklon střechy 20°.
Obr. 10 Detail obr 9. hlavním nosným prvkem jsou střední vaznice nesoucí krokve
48
Obr 11. Hambalkový krov prosté soustavy, hambalky na střední čep zajištěny kolíkem. Ve valbách diagonální hambalky, v ose krovu podélná rozpěra mezi hambalky. Kalenice (u Horažďovic), krov zámečku, 19.století
Obr. 12 Rekonstrukce hambalkového krovu soustavy prosté z 19 století
49
obr. 13 Hambalkový krov bez vazných trámu se šindelovou krytinou, hambálky plátovány na krokve. Kutná Hora, 18.-19.století
Obr. 14 Detail obr 13. osedlání krokví sousedních domů na společnou pozednici zajištěné kolíkem
50
Obr. 15 Konstrukce hambalkového krovu prostého se dvěma hambalky a ondřejským křížem
Obr. 16 Prostý hambalkový krov. Klášterní Skalice (u Českého Brodu)
51
Obr. 17 Krov se jedním hambalkem podepřeným v ose vaznicí na sloupcích. Sloupky jsou v každé druhé vazbě, pásky má jen každý druhý sloupek. Opálka (u Klatov)
Obr. 18 Kopie zříceného krovu postavená s částečným využitím starého dřeva. Libuchovec 19.století
52
Obr. 19 Detail ležaté stolice s tlačenými spoji zajištěný krátkým čepem. Poběžovice (u Domažlic)
Obr. 20 Ležatá stolice s ondřejskými kříži. Mezi plnými vazbami je vždy jen jedna vazba prázdná. Čachrov (u Klatov)
53
Obr. 22 Ležatá stolice bez věšadla s podélným trámem neseným plnými vazbami v ose krovu pod hambálky, krokve ukládány do kráčat. Praha
Obr. 23 Ležatá stolice bez věšadla s podélným trámem v ose krovu, vazné trámy v každé vazbě. Praha
54
Obr. 24 Ležatá stolice s věšadlem, krokve ukládány do kráčat. Praha
Obr. 25 Ležatá stolice s věšadlem, vazné trámy jsou v každé vazbě. Praha
55
Obr. 26 Stojatá stolice. Detail na plnou vazbu
Obr. 27 Stojatá stolice s věšadlem vynášeným šikmými vzpěrami
56
II. Výkresová část
Obr. 28 Příčný řez návrhu vaznicové soustavy se stojatou stolicí
a b c d e f g h i
kleština horní vaznice vzpěra krokev kleština spodní pásek sloupek pozednice vazný trám
b/h b/h b/h b/h b/h b/h b/h b/h b/h
110/190mm 130/190mm 130/170mm 140/170mm 110/190mm 120/150mm 130/130mm 150/120mm 160/230mm
Obr. 29 Půdorys návrhu vaznicové soustavy se stojatou stolicí
57
Obr. 30 Příčný řez návrhu hambalkové soustavy prosté
a b c d e f g
zavětrování hambalků krokev zavětrování krokví pozednice příložka horní příložka spodní hambalek + (vložka)
b/h b/h b/h b/h b/h b/h b/h
38/140mm 75/170mm 38/140mm 120/100mm 32/160mm 32/160mm 38/170mm + (75/170mm)
Obr. 31 Půdorys návrhu hambalkové soustavy prosté
58
