KONSTRUKČNÍ SYSTÉMY POZEMNÍCH STAVEB STAVEBNÍ SOUSTAVY PODLAŽNÍCH OBJEKTŮ KOSTROVÉ (skelety) – část B Ústav stavitelství I Fakulta architektury České vysoké učení technické v Praze Ing.Vladimír Jirka, Ph.D.
poslední aktualizace: rok 2011
ŘEŠENÍ STYKŮ MEZI PRVKY ŽELEZOBETONOVÝCH PREFABRIKOVANÝCH SLOUPOVÝCH KONSTRUKCÍ průběh napětí ve spojitých rámech: -
v místech jeho nulové hodnoty je nejvhodnější poloha pro stykování průvlaků nebo sloupů; uprostřed rozpětí nebo na styku sloup-průvlak je naopak vhodná nejméně.
L/2
maximální napětí
krakorec styk průvlakprůvlak styk sloup-sloup
místo nulového momentového napětí
L
styk průvlak-průvlak
SKLADEBNÉ SESTAVY nosných rámů montovaných železobetonových sloupových staveb (vybrané příklady) 1. rámy z tyčových prvků
sestava 1.1
rám 1.2
1.1
1.2
Průběžné průvlaky stykovány v místě styčníku (nad podporou). Je výhodné pro menší četnost délek prvků, tedy v univerzálnějších konstrukčních soustavách (1.1, 1.2).
styk
1.3
1.4
sloup
průvlak Průběžné průvlaky stykovány v polích mezi podporami. Tato varianta má jednodušší vzájemný styk průvlaků, tuhý spoj průvlaků se sloupy a užití nalézá při návrhu specializovaných konstrukčních soustav pro menší zatížení (1.3, 1.4). 22
L/4÷5
2. rámy z křížových a T-prvků
3. rámy z půlrámových a H-rámových prvků
2.1
3.1
3.2
Rámové dílce jsou konstrukčně vylehčenými stěnovými panely. Jde o kombinované prvky sestávající z částí sloupů a průvlaků jejichž vzájemné propojení je tuhé a montážní styky jsou situovány do polí mezi rámovými stojinami nebo příčlemi.
rámová sestava
rámové průčelní prvky na výškovém domě v Londýně, VB
2.2
Tuhé a kloubové spojení prvků v rámech Rámová konstrukce nemusí mít veškeré styčníky prvků, z nichž sestává, dokonale tuhé. Může mít vhodně umístěné klouby či poloklouby a přitom splňovat požadavek únosnosti i tuhosti. U montovaného rámu tedy není nezbytné vyžadovat aby působil naprosto stejně jako shodný rám monolitický. Naopak vhodně situovanými kloubovými spoji (event. polokloubovými) lze dosáhnout příznivějšího rozdělení namáhání podél jednotlivých prutů.
tuhý spoj
kloub
Rámová konstrukce vyžaduje správnou volbu tuhých či kloubových spojení jednotlivých prvků: stojin a příčlí. ↑ Příklad nesprávného umístění kloubových spojení, konstrukce staticky neurčitá – umožňuje deformování tvaru. Lépe: ztužení rámu pomocí tuhého spojení se základem nebo sloupem v nižším podlaží: tuhý spoj Ztužení rámu užitím tuhých rámů („koz“) v krajních traktech: tuhý rám
kloub
tuhý spoj 23
Spojování prvků rámu spoje: dle tuhosti:
tuhé kloubové dle tvaru: na sraz na ozub upřednostňují se spoje kloubové (netřeba svařování levnější); kloub lze použít tam, kde se stýkají prvky rámové, které jsou už vedle tuhé - nelze použít vždy
Styk průvlak - průvlak : kloub:
tuhé spojení: 20
přivaření ocelové spojky přenášející tahové síly
+ zálivka
sraz
NA SRAZ
ozub
destičku navléci na vyčnívající výztuž (nesvařovat) a zabetonovat
propojení konců průvlaků přivařením ocelových pásků
destičku přivařit
shora je přivařena příložka zachycující tahy v ose průvlaků
otvor na výztuž a zabetonovat
nahoře a dole přivařit, otvor + trn jako u kloubového spoje
NA OZUB ze strany přivařena příložka zachycující tahy v ose průvlaků
zálivka cementovou maltou
Stykování sloupů
kontrolní otvor výztuž varianty:
A
ocelový úhelník
B
≥ 30 mm
Tuhý styk sloup - sloup :
trn obetonováno svařeno
výztuž
trny
SLOUP
ocelová příložka
svary
24
SLOUP
skrytý průvlak
tvarování sloupů v místě dosedání
Stykování sloupů - klouby: kovový čep:
svar šroubový spoj
pateční okování výztuž
vložením vzpěr se učiní spoj tuhým
další varianty stykování sloupů
trn výztuže dolního sloupu
A
B
C
D
E
F
G
Uložení průvlaků na průběžné sloupy:
„postelový“ ← styk (spoj) → sloup s ocelovou „kapsou“ (konzolou)
probíhá sloupem
výztuž
kloubové uložení průvlaku
kotvení sloupu
25
H
1
3
.
.
5
.
7
.
9
styk sloupů přes průběžné průvlaky spojené v jejich ose (Čapkův styk) →.
.
spojovací ocelová destička
2
4
.
.
6
.
8
.
armatura průvlaku
vývoj styčníku s průběžným průvlakem
svary propojeno armatura nižšího sloupu
SLOUP
ocelová patka vyššího sloupu vzájemně svařeno ocelové průchodky průvlakem
PRŮVLAK
Stropní panely a jejich uložení Stropní panely jsou uloženy vrchem na svých nosnících nebo jejich přírubách pomocí vrstvy ložné malty. Svislé spáry se vyplňují betoStyk stropních novou zálivkou. Ložná spára přenáší panelů s průvlaky kromě úložných tlaků panelů také vodorovné smykové síly. Stropní tabuli tvořenou panely, nemá-li nadbetonovanou monolitickou desku, je třeba přes nosníky (průvlaky) spojit tak aby působila jako celek. K tomu slouží zálivková výztuž ukládaná do vč. propojení panelů zálivkovou výztuží styčných spár mezi panely, procházející nad nebo skrz nosník připraVzájemný styk stropních panelů, Panely předpjaté, venými průchody. (viz obrázek) tvarování čelních konců ↓ žebrové, TT ↓ panely dutinové ← či předpjaté
panely žebrové panely → spřažené 26
Doplňkové dílce a konstrukce
Základní soustavu železobetonového montovaného skeletu doplňují další prefabrikované prvky, ze kterých se výsledná podoba hrubé stavby objektu kompletuje. Jsou to především: § trámy § schodiště § zavětrovací stěny § základové konstrukce
a
b c e f
d
g
h
KOVOVÉ (ocelové) SLOUPOVÉ SYSTÉMY Kovy, především ocel, jsou vhodným materiálem pro vodorovné i svislé nosné prvky skeletu. Mají značnou únosnost v tlaku i tahu. Pro obvyklé rozpony stropů 6 ÷7,5 m lze využít válcované profily tvaru I nebo [, případně prvky spřažené II, []. Použití oceli zrychluje stavění vyloučením technologických přestávek (charakteristických pro monolitický beton). Nevýhodou jsou malé momenty setrvačnosti sloupů, tedy nízký odpor systému vůči vodorovnému a excentrickým zatížením. U vícepodlažních konstrukcí je nezbytné sloupy spřahovat (průvlaky do rámů či diagonálními ztužidly). průvlak
strop
sloup
diagonální zavětrování ve fasádě
rám s kloubovými styčníky a diagonálními ztužidly 27
rám s kombinací tuhých a kloubových styčníků
ukázky variant spřažení profilů např. tvaru I a [
protipožární nástřik ocelových prvků obvyklé řešení stropů:
stropnice podporované průvlaky 50 (100) hS
železobetonová spřažená deska
ocelové trapézové plechy styčník ocelového rámu (příklad řešení)
šroubové (nýtové) spoje průvlak (rámová příčel)
svařovaná spojení
sloup (rámová stojka)
styk sloupu s průvlakem
28
kotvení sloupu
styk sloupů s průvlaky
diagonála (táhlo)
styčník ocelového rámu diagonálním výztužným prvkem
trubkové konstrukce
šroubové (nýtové) spoje namáhány střihem styčníkový plech
zdrsněno sloup (rámová stojka)
průvlak (rámová příčel)
tvárnice Ytong
příklady opláštění ocelového skeletu
samonosné tepelně izolační střešní a stěnové panely Elcom z profilovaného pozink. ocelového plechu válcovaného za studena, tl.0,5 mm, výplň: tepelná izolace z pěny tvořené samozhášivou polyuretanovou pryskyřicí 40 kg/m3; tloušťka panelů 25-30-35-40-50 mm
zasklené fasády
29
DŘEVĚNÉ SLOUPOVÉ SYSTÉMY Dřevo je konstrukční materiál mající pevnost v tlaku a tahu téměř stejnou, rovnající se přibližně tlakové odolnosti betonu. Jako takové je vhodné pro sloupové systémy. Nevýhodou je hořlavost, což jeho využití dotčeným způsobem redukuje na jedno- až dvoupodlažní objekty. Existují podlažní dřevěné stavby i vyšší.
Je-li plášť rovněž ze dřeva - ovlivňuje to rozmístění sloupů po obvodu budovy. Malé vzdálenosti a nízká intenzita vodorovných sil (nízký objekt) snižují nároky na průřezové plochy nosných prvků. Lze použít subtilní dřevěné trámky nebo fošny. Zavětrovací prvky jsou ale nezbytné!
příklady spojů vodorovných a svislých prvků dřevěného sloupového systému sloupek 160/200
čep a) nosníky křížící se v jedné úrovni
b) jednoduchá podpě- c) dvojité podpěry s jedra s dvojitými nosníky noduchým nosníkem
nosník 2x 120/180
svorník
d)
nosníky křížící se mimoběžně (ve 2 rovinách)
spojovací ocelové hmoždíky (bulldogy) 30
uzlové spoje dřevěných skeletů
trámek 140/180
sbíjení hřeby
použito příkladů z publikace: Stavební konstrukce I, D.Neumann, U.Weinbrenner,U.Hestermann, L.Rogen; naklad. JAGA Bratislava 2005, 33.vydání
spoj s podpěrou - spoj pomocí našroubo- spoj s podpěrou - zavaného ocelového puštěná a přibitá příložúplný průběžný úhelníku s navařenou ka z překližkové desky pravoúhlý čep příložkou (případně i čep)
sloupek
příložky 60/120
čepové spojení trám-sloupek
spoj s podpěrou pomocí špalíků
spojení nosných prvků pomocí čepů a zapuštěných spon
spoj se systémem ocelových kolíků (BSB)
Spojení trámů pomocí ocelových styčníků a svorníků usnadňuje pozdější výměnu prvků
rozhledna na Sedle u Sušice
Speciální lešeňový stavebnicový systém SSBS Z dřevěných elementů sestavené rámy mohou tvořit nosné části podlah, stěn a stropů. Spojení tvoří jednoduché kovové spojky. Montáž jako u lešení. Další kovové komplety zajišťují předepnutí, zavětrování i rektifikovatelné založení dřevěných rámů:
výstavba Nové poštovny Sněžka, ČR
Ateliér v Hoffman, Rajniš Architekti 2007. Experiment zahradě Anežka; systém nosných dřevěných lešeňoHoffman, Rajniš Architekti 2004 vých rámů SSBS - proměnlivý 4-vrstvý 31
LEŽINA
STROPNÍ TRÁMKY
PAŽDÍK
DIAGONÁLY PRÁH
800÷1000
DVEŘE
OKNO
ZÁPORA 80/160
NÁROŽNÍ SLOUPEK 160/160
≥30° PODEZDÍVKA
800..1200
120..180
KOSTRA STĚNY TESAŘSKY VÁZANÁ
NÁROŽÍ 32 100
T - SPOJENÍ
zápora 80x160
160 160
32 100
32 160
160 160
100..120
OKNO
400÷500
800÷900
KONSTRUKČNÍ VÝŠKA
DVEŘE
STROPNÍ FOŠNY
stěnové konstrukce z fošen jsou úzce propojeny s konstrukcemi zastřešení a krovů
≥30 0
PODEZDÍVKA 50..60
KOSTRA SBÍJENA Z FOŠEN
↑ NAPOJENÍ PAŽDÍKŮ
60 120
60 120
100..120
T - SPOJENÍ NÁROŽÍ
60 120
400..600
NAPOJENÍ PAŽDÍKŮ
vnitřní rozvody TZB se provádějí s ohledem na únik vody a požární bezpečnost 32
celistvost najednou betonovaných částí variabilita umístění sloupů i průřezů přizpůsobitelné funkčním i statickým požadavkům vysoká tuhost styčníků redistribuce vnitřních sil zjednodušení výroby, skladu a dopravy konstrukce snížení staveništní pracnosti umístění styků v minimálně namáhaných částech prodloužení stavební sezóny současné využití výhod a potlačení nevýhod zmíněných systémů v jedné konstrukci
malé momenty setrvačnosti průřezových modulů, nezbytnost konstrukčních úprav proti vodorovnému namáhání – rámy, diagonály, výztužné stěny, jádra
značná únosnost v tlaku – menší plochy průřezu sloupů, vyztužením čelí ohybovým momentům, větší požární odolnost.
zděné
kombinované
dřevěné
kovové
prefamonolitické
montované
železobetonové
monolitické
REKAPITULACE - dělení sloupových a pilířových konstrukčních systémů podlažních budov podle užitého materiálu a technologie výroby : výhody nevýhody malá technologická náročnost menší únosnost v tlaku, nulová v tahu stabilní, únosné na vzpěr hůře odolává excentrické a vodorovné zátěži možnost vyztužení i příčkami ze stejného velké profily pilířů materiálu jako svislé nosné konstrukce velmi vysoká pracnost konstrukcí bednící a armovací práce na stavbě ještě značná staveništní pracnost
členitost postupně montované konstrukce, komplikovaný tvar prvků, složité spojování potřeba výrobních, dopravních a zdvihacích prostředků, ničení komunikací obtížnost spojování monolitického a prefabrikovaného betonu – úpravy stykových ploch
vysoká únosnost v tahu, tlaku, ohybu nízká staveništní pracnost, vysoká rychlost stavění minimální půdorysné rozměry snadné spojování dílčích profilů v kombinované jednoduché styky a spojování prvků (svar, šroub, nýt) pevnost v tlaku a tahu jako žel.beton stejný materiál pro svislé i vodorovné konstrukce snadná opracovatelnost dřeva uplatnitelnost subtilních profilů hraněného řeziva obnovitelnost konstrukčního materiálu
malá ohybová tuhost, vodorovné deformace větrem nízká tuhost rámových styčníků malá požární odolnost: rychlá ztráta únosnosti za vyšších teplot destrukce prvků korozí
současné využití výhod a potlačení nevýhod zmíněných systémů v jedné konstrukci
komplikovanost propojení různých technologií provádění a styků odlišných materiálových bází obtížné sladění stavebně fyzikálních, statických či bezpečnostních parametrů
33
obtížné zajištění potřebné tuhosti spojů jen pro 1 ÷ 2 podlažní výstavbu značná hořlavost konstrukcí destrukce prvků biologickou korozí nižší ekonomická životnost
