– 6. cvičení –
KONSTRUKCE POZEMNÍCH STAVEB Klasifikace konstrukčních prvků Uvádíme klasifikaci konstrukčních prvků podle idealizace jejich statického působení. Začneme nejprve obecným rozdělením, a to podle schematizace geometrického tvaru – rozeznáváme prvky – prutové, – plošné a – prostorové. Pruty Pruty mají jeden rozměr (délkový – l) značně převládající nad ostatními dvěma rozměry (příčnými – b, h). Působiště vnějších i vnitřních sil se koncentrují do osy prutu – spojnice těžišť průřezů. Příhradový prut je zatížen i podepřen ve směru své osy; přenáší pouze normálové síly (viz obr.).
Obr. – Příhradový prut Nosník má zatížení i podepření kolmé k ose prutu; přenáší posouvající síly a ohybové momenty (viz obr.).
Obr. – Nosník –1–
Rovinný rámový prut má zatížení i podepření, jež lze rozložit do směru kolmého a rovnoběžného s osou prutu; přenáší normálové síly, posouvající síly a ohybové momenty (viz obr.).
Obr. – Rámový prut rovinný Prostorový rámový prut má zatížení i podepření obecné; přenáší normálové a posouvající síly, ohybové a krouticí momenty (viz obr.).
Obr. – Rámový prut prostorový Plošné prvky Plošné prvky mají dva rozměry (délkové – l1, l2) značně převládající nad zbývajícím třetím rozměrem (tloušťkou t). Působiště vnějších i vnitřních sil se koncentrují do střednicové roviny – plochy půlící tloušťku prvku.
–2–
Stěna je zatížena i podepřena jen ve střednicové rovině; přenáší normálové a posouvající síly (viz obr.).
Obr. – Stěna Nosníková deska má zatížení i podepření kolmé ke střednicové rovině, v jednom směru konstantního průběhu; přenáší posouvající síly a ohybové momenty (viz obr.).
Obr. – Deska nosná v jednom směru Obousměrná deska má zatížení i podepření kolmé ke střednicové rovině (obecného průběhu); přenáší posouvající síly, ohybové a krouticí momenty (viz obr.).
Obr. – Deska nosná v obou směrech
–3–
Deskostěnový prvek má zatížení i podepření, jež lze rozložit do směru kolmého a rovnoběžného se střednicovou rovinou; přenáší normálové a posouvající síly, ohybové a krouticí momenty (viz obr.).
Obr. – Deskostěnový prvek
K modelu vnějších a vnitřních vazeb K úplnému popisu statického modelu stavební konstrukce je zapotřebí definovat okrajové podmínky jednotlivých prvků, a to jak při vnějších vazbách (podporách), tak při vnitřních vazbách (spojích). V zásadě se vazby rozlišují jako: – kloubové, jež přenášejí pouze síly (normálové, posouvající), – tuhé, jež přenášejí jak síly, tak momenty (ohybové, krouticí).
–4–
Konstrukční systémy patrových budov Představujeme pouze základní konstrukční prvky a jejich funkce při přenosu obvyklých druhů zatížení do základové konstrukce. Pro lepší pochopení problematiky vyložíme principy přenosu svislého a vodorovného zatížení odděleně. Přenos svislého zatížení Přenos svislého zatížení je zabezpečen systémem svislých vazeb a (vodorovných) stropů. Svislé vazby přenášejí zatížení ve své rovině. Jsou podepřeny v základech a zajišťují podepření stropů.
Obr. – Svislé vazby
–5–
Podle konstrukčního uspořádání (viz předchozí obr.) se svislé vazby rozlišují jako: – stěnové, tvořené plošnými prvky – stěnami (převážně v betonových konstrukcích), – skeletové, vytvořené ze sloupů a průvlaků – rámových prutů, spojených ať již kloubově anebo tuze (v betonových i ocelových konstrukcích). Svislé vazby se navrhují buď v jednom směru modulové osnovy nebo v obou směrech modulové osnovy. Oboje uspořádání se uplatňuje jak v betonových, tak v ocelových konstrukcích. Vodorovné konstrukce – stropy – přenášejí zatížení kolmé ke své rovině. Jsou podepřeny svislými vazbami. V budovách s jednou osnovou svislých vazeb (viz obr.) se navrhují jako: – deskové – stropní desky jsou nosné jen v jednom směru (převážně v betonových konstrukcích), – trámové, neboli stropnicové – stropní trámy, neboli stropnice působí jako nosníky (v betonových i ocelových konstrukcích).
Obr. – Stropy při jedné osnově svislých vazeb
–6–
V budovách se dvěma osnovami svislých vazeb (viz obr.) se navrhují jako: – tzv. křížem vyztužená deska (v betonových konstrukcích) – stropní desky jsou nosné v obou směrech, – tzv. složená stropnicová soustava (v ocelových konstrukcích) – stropnice působí jako nosníky.
Obr. – Stropy ve dvou osnovách svislých vazeb Přenos vodorovného zatížení Přenos vodorovného zatížení je zabezpečen systémem svislých a vodorovných ztužení. Svislé ztužení přenáší zatížení ve své rovině. Je podepřeno v základech a zajišťuje podepření vodorovného ztužení (je-li navrženo). Podle konstrukčního uspořádání (viz obr.) se svislé ztužení rozlišuje jako: – stěnové, tvořené plošnými prvky – stěnami (převážně v betonových konstrukcích), – rámové, vytvořené tuhým spojením průvlaků a sloupů (v betonových i ocelových konstrukcích), – příhradové, vytvořené vložením diagonálních prutů – příhradových prutů (převážně v ocelových konstrukcích). –7–
Obr. – Svislá ztužení Svislé ztužení musí být navrženo v obou směrech modulové osnovy, a to buď v každé její rovině (pak odpadá návrh vodorovného ztužení), nebo jen v některých (alespoň ve dvou) rovinách modulové sítě. Vodorovné ztužení přenáší zatížení ve své rovině. Je podepřeno svislým ztužením a navrhuje se obvykle v každém podlaží. Podle konstrukčního uspořádání (viz obr.) se vodorovné ztužení rozlišuje jako: – tuhá stropní deska (v betonových konstrukcích) – působí (vzhledem k současnému přenosu svislého zatížení) jako deskostěnový prvek, – příhradové ztužidlo (v ocelových konstrukcích), vytvořené vložením diagonálních prutů – příhradových prutů.
–8–
Obr. – Vodorovné ztužení tuhými stropními deskami
Obr. – Vodorovné příhradové ztužidlo
–9–
Konstrukční systémy jednopodlažních hal Představujeme opět jen základní konstrukční prvky a jejich funkce při přenosu obvyklých druhů zatížení do základové konstrukce. Principy přenosu svislého a vodorovného zatížení jsou u jednopodlažních hal obdobné jako u patrových budov. Halové objekty (viz obr.) v zásadě sestávají ze: – (svislých) podélných vazeb, – (svislých) příčných vazeb a – (vodorovné) střešní konstrukce.
Obr. – Půdorysná modulová síť halových objektů Obvyklá konstrukční uspořádání jsou v betonových a ocelových halách rozdílná. Společného mají většinou to, že: – podélné vazby přenášejí pouze vodorovné zatížení (ve své rovině), – příčné vazby přenášejí jak vodorovné, tak svislé zatížení (rovněž ve své rovině) a zajišťují podepření střešní konstrukce, – střešní konstrukce přenáší svislé zatížení (kolmé ke své rovině), je podepřena v místech příčných vazeb. Betonové haly Příčné vazby (viz obr.) se navrhují jako: – příčný rám, tvořený vetknutými sloupy a tuze připojenou příčlí (častěji v monolitických konstrukcích), – sloupová vazba, tvořená vetknutými sloupy a kloubově připojeným vazníkem (častěji v montovaných konstrukcích).
– 10 –
Obr. – Příčné vazby Podélné vazby (viz obr.) se navrhují jako: – podélný rám, tvořený opět vetknutými sloupy a tuze připojenými příčlemi (častěji v monolitických konstrukcích), – soustava sloupů a žlabových nosníků – sloupy jsou vetknuty, žlabové nosníky k nim připojeny kloubově (častěji v montovaných konstrukcích).
Obr. – Podélné vazby Střešní konstrukce se většinou navrhuje deskové soustavy – střešní desky jsou nosné jen v jednom směru (viz obr.).
– 11 –
Obr. – Střešní konstrukce Ocelové haly Příčné vazby (viz obr.) se navrhují jako: – sloupová vazba, tvořená vetknutými sloupy a kloubově připojeným vazníkem, – rámová vazba, tvořená kloubově podepřenými sloupy a tuze připojenou příčlí.
Obr. – Příčné vazby Podélné vazby sestávají z kloubově podepřených sloupů, zajištěných proti vodorovnému zatížení tzv. příčným (neboli větrovým) ztužidlem příhradového uspořádání (viz obr.).
Obr. – Podélná vazba Střešní konstrukce se většinou navrhuje vaznicové soustavy – vaznice působí jako nosníky (viz obr.).
– 12 –
Obr. – Střešní konstrukce Ve střešní konstrukci se z důvodu přenosu vodorovného zatížení rovněž navrhuje větrové ztužidlo (střešní část – viz obr.).
– 13 –
