KONSTRUKČNÍ SYSTÉMY HALOVÝCH STAVEB

Ing. Vladimír Jirka, Ph.D.

Ústav stavitelství I fakulty architektury

učební texty předmětu POZEMNÍ STAVITELSTVÍ

KONSTRUKČNÍ SYSTÉMY HALOVÝCH STAVEB část druhá KONSTRUKCE NAMÁHANÉ PŘEVÁŽNĚ OHYBEM

2006

Konstrukční systémy halových staveb

@

KONSTRUKCE OHÝBANÉ VAZNÍKY, RÁMY A PROSTOROVÉ KONSTRUKCE Odlišnosti statického fungování prostého nosníku a rámu Základním prvkem v ohýbaném konstrukčním systému je ohybově namáhaný prostě uložený (a) nebo vetknutý (b) prvek přenášející především svislá zatížení. zatížení

a)

PROSTÝ NOSNÍK

b)

rámová příčel tuhé spojení

opěrná kce

RÁM průběh momentu M ohybový moment M rozpon L tlak

profil prvků

tah

reakce

Veškeré zatížení na prostě uloženém prvku je přenášeno ohybovým namáháním uprostřed rozpětí . Únosnost závisí na průřezovém modulu nosníku a dovoleném namáhání materiálu (viz. vazníkové a bezvazníkové soustavy). Je-li nosníková konstrukce v podepření vetknuta (tuhá) vznikne

v oblasti podpory ohybový moment, který je přenášen i opěrnou (svislou) konstrukcí vzniklé rámové soustavy. V důsledku spolupůsobení opěrné konstrukce se snižují ohybové momenty v rámové příčli. Horní pas nosníku i rámové příčle je tlakově namáhán, je třeba zajistit stabilitu před vybočením.

Deskové soustavy Betonové bezvazníkové soustavy Střešní konstrukci tvoří desky s výztužnými žebry (a), zalamované lomenicové desky (b), zvlněné skořepinové dílce (c) nebo komůrkové tenkostěnné průřezy. V podélném směru mohou být prizmatické (výhoda kontinuální výroby) nebo zakřivené (d) (vzepnuté), sedlového tvaru apod. Navrhují se na rozpony 12 – 24 m při šířkách prvků 1,2 – 3 m. žebrové panely TT profilu

hladké panely Spiroll (skelet S1.2)

Fakulta architektury, ústav stavitelství I, ing.Vladimír Jirka, Ph.D. 31


a) desky s výztužnými žebry 50

@

2400 1200 Pro zajištění tuhosti střešní tabule jsou prvky vzájemně stykovány.

12 ¸ 24 m

Bezvazníková soustava mezi rámy těžkého montovaného skeletu Integro



70

600 ¸ 800

b) zalamované lomenicové

50

90 0

1200 ¸ 3000

c) zvlněné skořepinové 80 600

0

2400

d) komůrkové tenkostěnné zakřivené, vzepnuté

prizmatické


@


Příhradové a strukturální deskové konstrukce Strukturální deskové útvary – jednosměrně a zejména obousměrně pnuté střešní konstrukce. Přenáší zatížení obousměrným ohybem a někdy i tuhostí v kroucení. a) roštové desky z rovinných příhradových nosníků

L= 30 ¸ 150 m h = 1/15 ¸ 1/30 L

b) soustavy s prostorovým uspořádáním diagonál Navrhují se převážně z kovových materiálů (ocel, dural,…) z tenkostěnných uzavřených trubkových nebo Jäklových profilů, někdy z plastů a dřeva

příruby dolní příruby horní diagonály

@

h = 1/15 ¸ 1/30 L

L= 30 ¸ 150 m



Vazníkové soustavy Střešní konstrukce vazníkové soustavy sestává především ze střešních vazníků (nosníkových prvků) ukládaných na sloupy, průvlaky nebo stěny.Vazníky lze členit podle: Tvaru: přímopasé, pultové, sedlové, lomené a obloukové

A – přímopasý

Konstrukce: plnostěnné, příhradové, Virendelovy

B – pultový

Materiálu: železobetonové, ocelové, dřevěné

C - sedlový

příčel

D – lomený pas horní styčník diagonála

pas dolní

E - obloukový táhlo


@

Konstrukční systémy halových staveb Na střešní vazníky jsou ukládány přímo plošné střešní prvky (žebírkové či kazetové panely s odlehčenou deskou) – bezvaznicový systém nebo střešní vaznice nesoucí střešní plášť - vaznicový systém. střešní panely vaznice

podpora

@

vazník (rámová příčel)

vaznice

BEZVAZNICOVÝ ¬ ® VAZNICOVÝ

vazník

rámová příčel střešní panely

vazník vaznice

táhlo



Soustavy s betonovými vazníky Železobetonové vazníky jsou zpravidla navrhovány z předpjatého prefabrikovaného železobetonu. Betonové vazníky mají velkou životnost a nevyžadují údržbu. Smykové propojení obou pásnic bývá řešeno:

plnou stěnou

stěnou vylehčenou otvory Plné vazníky jsou výrobně jednodušší, ale často brání prostupu technických instalací. Rozpony 12 – 24 m.

montážní styk těžiště pruty příhradové soustavy Příhradové vazníky výrobně pracnější, vyžadují větší konstrukční výšku haly. Pro větší rozpony je nutno je dělit a na stavbě dodatečně spojit předpínacími kabely. Z důvodu montážní stability se ukládají nad svým těžištěm. Rozpony 18 – 36 m Vierendeel příčlemi

táhlo rozpon až 30 m

Vazníky jednolodních hal jsou ukládány na sloupy, u vícelodních jsou vnitřními podporami průvlaky. Sloupy bývají profilu obdélného, I, nebo členěné, uložené na monolitické či prefabrikované patky (na sraz či do kalichu). Fakulta architektury, ústav stavitelství I, ing.Vladimír Jirka, Ph.D. 37

@


@

Soustavy s ocelovými vazníky a) plnostěnné vazníky s prolamovanou stojinou – menší rozpony 6 ¸ 9

m, větší zatížení Plnostěnné vazníky z válcovaných nosníků nebo složených svařovaných průřezů (z plechů a širokých ocelí). Snadná výroba i údržba, těžké, menší rozpony ocelový I nosník - rozřezaný, o ½ vlny posunutý a svařený

b) plnostěnné průřezy složené – větší rozpony 12 ¸ 15 m h = 1/15 L L

c) příhradové vazníky rovinné – velké rozpony 15 ¸ 24 (¸ 32) m h = 1/10 L

d) girlandové sedlové vazníky

vytvářející t r o j k l o u b o v o u s o u s t a v u s ocelovým táhlem – na rozpony až 80 m. Typické parabolickým tvarem dolního pasu a taženými diagonálními prvky. Příhradovina bývá z prutových prvků válcovaných, tenkostěnných profilů nebo z trubek. Lehčí, umožňují i větší rozpětí. dolní parabolický pas kloub

kloub

tažené diagonály

táhlo


kloub

Konstrukční systémy halových staveb Podpůrné konstrukce – betonové či ocelové sloupy, zděné stěny. Ocelové sloupy ze svařovaných profilů (otevřených či uzavřených), z válcovaných profilů, nebo jako členěné průřezy. Ukládají se pomocí kotevních desek na základovou konstrukci.

Spojování prutů ve styčnících (styčníkový plech) pomocí svarů. Montážní styky se šroubují.

styčníkový plech

kulový styčník

kotevní deska styčníkový plech Fakulta architektury, ústav stavitelství I, ing.Vladimír Jirka, Ph.D. 39

@


@

Střešní plášť je navrhován s plnostěnnými vaznicemi prostě uloženými. Při větších roztečích bývají vaznice příhradové, spojité: vzpěrkové (a) nebo zavěšené (b).

a vazník

světlík

vaznice

b vaznice

vazník

Při bezvaznicové skladbě se na vazníky přímo ukládají plošné dílce: profilované plechy , žebírkové železobetonové desky, kovoplastické a dřevěné kompletizované panely



Soustavy s dřevěnými vazníky Vazníky jsou plnostěnné nebo příhradové, celodřevěné nebo materiálově kombinované. Horní a dolní pasy dřevěných vazníků jsou z hranolů a prken. Plná stojina je prvek sbíjený nebo lepený z prken (a,c), vodovzdorných překližek (b) nebo dřevotřískových desek. Příhradové stojiny se navrhují z prken nebo hranolů (d,e)

h = 1/8 ¸ 1/12 L

L = 6 ¸ 15 m

a)

b)

h1 = 1/16 L

L = 10 ¸ 30 m

c) h = 1/5 L

h2 = 1/30 L

d) L = 21 ¸ 30 m

h = 1/5 ¸ 1/7 L

e) L = 12 ¸ 24 m

Výhodou lepených konstrukcí (c) je jejich větší odolnost, únosnost a požární bezpečnost. Dřevěné vazníky se ukládají na zděné stěnové nebo pilířové konstrukce na dřevěnou pozednici. Malé rozpony – bezvaznicová soustava s dřevěným bedněním, větší rozpony užívají dřevěných vaznic lepených nebo příhradových. Lze užít i dřevěných žebrových panelů, kde žebra nahrazují profily vaznic. Tuhost v rovině střešního pláště se zajišťuje diagonálním zavětrováním.

vazníky příhradové

vazníky lepené


@


@

Průřezy dřevěných vazníků se tvoří spojováním konstrukčních částí různými spojovacími prostředky:

svorníky svorníky

hřebíky či vruty

lepením

styčníkové kovové desky s trny

hmoždíky (bulldogy)



@ Příklad uplatnění centrálního uspořádání ocelových vazníků na objektu:

SAZKA ARENA Praha, Vysočany - 2004 ateliér ATIP Trutnov – Vladimír & Martin Vokatý 36 vazníků délky až 56 m, hmotnosti do 20 tun

víceúčelová hala 18 000 diváků malá aréna 2 300 míst

135 m

tubus 180 tun kupole 1500 tun

ocelová táhla pro přesná předpínání



RÁMOVÉ SOUSTAVY Vetknutí střešního nosníku do sloupové podpory v rámovém rohu (tuhé spojení) vede ke zmenšení ohybových momentů uprostřed rozpětí. V důsledku tuhého spojení se přenáší rámový moment do rámové stojky. Nevýhodné namáhání stojek rámu ohybem (a) lze částečně eliminovat návrhem spojité rámové konstrukce (b):

a)

rámová příčel tuhý styčník rám

průběh momentu M

zatížení

rámová stojka

@

kloub

b) spojitá rámová konstrukce

kloub kloub vetknutí rozpon L

náběhy lze vytvořit tuhý styčník

Průběh ohybového namáhání v konstrukci je závislý na ohybové tuhosti stojky a příčle, je ovlivňován také náběhy. Pak se koncentruje v místech s vyšší ohybovou tuhostí.



c) vetknutý rám – velká míra statické neurčitosti, citlivost konstrukce na účinky poklesu podpor, teplotních a objemových změn

h = 1/12 ¸ 1/15 rozpětí L b = 1/3 ¸ 2/3 h rozpětí L = 12 ¸15 m hC = h – (100 ¸ 150); bC = b

vetknutí

d) dvojkloubový rám – vložením kloubů do patek, menší citlivost na pokles základů (sedání stavby)

h = 1/10 ¸ 1/6 L

kloub

e) trojkloubový rám – přidáním kloubu i do příčle

třetí kloub


@


f1) konzolový rám – vložením kloubu do rámového rohu, stejně jako trojkloubový není citlivý na vynucené deformace kloub vzpěra

@

kloub

vetknutí

f2) konzolový rám spojitý – vložením kloubu do rámového rohu, stejně jako trojkloubový není citlivý na vynucené deformace

kloubová vzpěra

vetknutí Fakulta architektury, ústav stavitelství I, ing.Vladimír Jirka, Ph.D. 46


Betonové rámové soustavy Železobetonové rámové konstrukce se realizují jako monolitické (a) nebo prefabrikované (montované) (b). Pro celomontované rámové soustavy se užívají subtilní prutové dílce z betonů vysoké pevnosti, skořepinové (c) a lomenicové (d) rámové prvky. Prutové soustavy mohou vytvářet rovinné vazby.

a) monolitické

Paris Churých Riola, Italy Alvar Aalto 1978

b) prefabrikované


@


@

c) skořepinové sakrální stavba (USA)

zimní stadion v Plzni

d) lomenicové

L = 9 ¸ 36 m tloušťka 75 ¸ 125 mm, h = 1/40 ¸ 1/50 L



Tuhé spojení rámové příčle a stojky se v monolitické železobetonové konstrukci docílí uspořádáním výztuže v rámovém rohu (a). Totéž v montované konstrukci se řeší prostřednictvím šroubovaných nebo svařovaných stykovacích desek (e,f). Spoje jsou přímo v rohu nebo v místech s malými ohybovými momenty (vkládání zkrácených příčlí mezi sloupy s konzolami) (g). Řešení střešního pláště obdobné jako u vazníkových zastřešení (h).

a)

tuhý roh v monolitické konstrukci

f)

e)

šroubový styk v montované konstrukci

h) vaznice

g) tuhé rohy (styčníky)

vloženy mezi zkrácené stojiny a příčel

24 m Fakulta architektury, ústav stavitelství I, ing.Vladimír Jirka, Ph.D. 49

@


Ocelové rámové soustavy Pro lehké ocelové haly malých a středních rozponů – tenkostěnné profily tvářené za studena (např. [ ), válcované plnostěnné a prolamované profily, příhradové z tenkostěnných trubek, betonářské oceli apod. Pro těžké haly – plnostěnné svařované průřezy otevřené (I) nebo uzavřené (truhlíkové •) ev. příhradové trubkové nebo z válcovaných profilů. Tuhost v příčném směru je zajištěna vlastní tuhostí vazníků, v podélném směru se vkládají příhradová, rámová ap. ztužidla. Střešní a obvodový plášť v bezvaznicové či vaznicové skladbě jako u hal vazníkových.

h = 1/35 ¸ 1/40 L

L = 9 ¸ 60 m

střešní plášť s vaznicemi

bezvaznicová skladba táhlo ztužidlo

ztužidlo

kloubové uložení

@

cca 18 m


Konstrukční systémy halových staveb Tenkostěnné, otevřené, za studena tvarované ocelové profily v tříkloubovém tlačeném nosníku s táhlem užívá soustava HARD. Průřezy nosných prvků ve tvaru [

20% vzpěra

táhlo

12 ¸ 30 m


@


@

Provedení rámového rohu (styčníku) v ocelové konstrukci

a) rám plnostěnný svary

šroubové spoje

b) rám příhradový

c) kotvení rámové stojky do základové konstrukce se provádí ocelovou kotevní deskou a kotevními šrouby



Dřevěné rámové soustavy Rámová příčle i stojky plnostěnné (a) nebo příhradové (b). Konstrukční návrh sbíjeného nebo lepeného průřezu je obdobný jako u dřevěných vazníkových soustav. Zvýšení únosnosti plnostěnného vazníku lze dopomoci vlepovanou ocelovou výztuží. V praxi rámy 2- nebo 3-kloubové: příznivé statické působení, výhody dopravní a montážní.

a)

H = 1/23 L

H = 1/25 L

b)

b)

H = 1/25 L

L = 15 ¸ 30 m L = 12 ¸ 20 m

R = 5 ¸ 10 m L = 15 ¸ 60 m Střešní plášť v závislosti na vzdálenosti rámů v bezvaznicové nebo vaznicové skladbě jako u vazníkových soustav

Kloubové uložení stojiny rámu na základovou patku


@


@

Pozornost nutno věnovat rámovému rohu a přenosu smykových sil. Příklady řešení rámového rohu: (b) příhradový sbíjený (předchozí strana); (c) plnostěnný lepený; (d) smíšený. Vnitřní a podporové klouby jsou řešeny jako kovové (d),(e). lepený prvek

c)

d) svorníky

tlak tah

e)

H =1/25 L

f) Rámový roh lze zjednodušit rozpon L = 15 ¸ 30 m

užitím ocelového táhla zachycujícího tahovou složku momentu v rámovém rohu.



Některé příklady uplatnění rámových konstrukcí na stavbách

olympijský stadion v Soulu, Korejská republika 1988 (železobeton)

Continental Train Platform, Waterloo Station, London, United Kingdom - N.Grimshaw & part. 1993 (ocel)

rekonstruovaná tržnice v Praze na Smíchově (ocel)

bazénová hala (lepené dřevo) Fakulta architektury, ústav stavitelství I, ing.Vladimír Jirka, Ph.D. 55

@

KONSTRUKČNÍ SYSTÉMY HALOVÝCH STAVEB

Recommend Documents