Nosné konstrukce krovů

Nosné konstrukce krovů Návrh nosné konstrukce šikmého zastřešení 1

Vladimír Žďára, FSV ČVUT Praha 2013

Výhody šikmých střech Minulost:  Šikmé střechy v minulosti představovaly jediné možné řešení zastřešení (existovaly pouze skládané krytiny)  V podstřešním prostoru se skladovalo seno (chovali jsme koně a seno dobře tepelně izolovalo) Současnost:  Známe spolehlivá řešení povlakových krytin  Známe účinné tepelné izolace  Podstřešní prostor využíváme pro bydlení, … Proč se šikmé střechy stále navrhují ?

Návrh nosné konstrukce šikmého zastřešení 1


Příklady konstrukcí šikmých (sklonitých) střech



Příklad



Příklad



Příklad



Příklad



Příklad



Příklad



Příklad



Příklad



Příklad



Příklad



Okrajové podmínky návrhu  Rozmanitost konstrukcí je důsledkem rozmanitých okrajových podmínek Okrajové podmínky:        

Půdorys konstrukce Rozpon Tvar střechy a způsob odvodnění Podmínky podepření Požadovaný vnitřní prostor Střešní krytina Dílčí úpravy (okna, vikýře, komíny, schodiště) Sklon střechy



Typy střech podle geometrie

a) pultová střecha, b) sedlová střecha, c) polovalbová střecha, d) valbová střecha, e) stanová střecha, f) mansardová střecha g) polovalbová střecha, h) pilová střecha



Části střešní plochy

1- hřeben, 2- okap, 3- nároží, 4 – úbočí, 5 – štít, 6 - sběžiště



Řešení geometrie šikmých střech  řešení tvaru střechy je základní geometrická úloha deskriptivní geometrie  řešení vychází z požadavků stejných sklonů a stejné úrovně okapů, zakázaných hran



Vliv střešní krytiny na návrh nosného systému  tíha krytiny (vliv na dimenze a vzdálenosti vazeb)  způsob podepření o bednění (prkna, OSB) - neúnosné krytiny, plech, živičné šindele, břidlice, šindele o latě (30/50, 40/60) - běžné krytiny, keramické a betonové tašky o vaznice (nebo vlašské krokve) - vlnité plechové krytiny, sendvičové panely, sláma (vodorovné krokve)  latě i vaznice musí být orientovány vodorovně



Poznámka ke starším učebním podkladům Co se za 100 let změnilo ?  využití podstřešních prostor (vazný trám a sloupky někdy překáží)  zvýšila se cena práce (pracné spoje)  nemáme velké trámy  máme kovové spojovací prvky  máme lepené dřevo, …  umíme dimenzovat krovy  umíme dělat lepší auta

Podle: Kupilík, V.: Střechy. SIA Praha 1997



Materiálové varianty krovů  Konstrukce vázané nehraněné řezivo prvky spojované vázáním (lýko, liany, provaz, drát)

 Tesařsky vázané konstrukce tesané, řezané hranoly a trámy a tesařské spoje (zářezy, čepy, kolíky, ..)

 Technologicky pokročilé konstrukce lepené dřevo, materiálově kombinované, spoje NC, spoje



Základní typy konstrukcí  jedno, dvou a třístupňové konstrukce – krokevní, vlašské a vaznicové  závislost na rozponu  způsob ukládání krytiny



Jednostupňová konstrukce



Prostá krokevní soustava  dva trámy spojené ve vrcholu kloubem  neposuvné podepření



Porovnání lomeného nosníku a krokevní soustavy  ohybový moment na přímém a lomeném nosníku jsou stejné  ohybový moment nezávisí na tvaru nosníku  vodorovným podepřením vzniká tlakové působení  krokve se ve vrcholu vzájemně podepírají a tím zmenšují rozpon na 1/2  ohybový moment se oproti lomenému nosníku sníží na 1/4



Prostá krokevní soustava – osová a vodorovná síla  Krokve se ve vrcholu vzájemně podepírají  Rozkladem svislé reakce ve vrcholu do šikmých složek vznikají v krokvích osové síly  Vodorovná síla je vodorovná složka osové síly (je konstantní)  Vodorovná reakce je při vertikálním zatížení rovna vodorovné síle  Velikost osových a vodorovných sil závisí na sklonu krokve



Prostá krokevní soustava - podíl vodorovných reakcí na přenosu svislého zatížení



tlaková čára



Prostá krokevní soustava - zachycení vodorových reakcí  uzavřené, otevřené a spojité systémy podepření (obecný systém)  zachycení reakce ohýbanou konstrukcí (M), rozkladem sil (N), smykovou konstrukcí (Q)



Časté chyby kotvení (princip slabého článku řetezu)  nedostatečné kotvení krokve k pozednici  nedostatečné kotvení pozednice k věnci  nedostatečné kotvení věnce ke zdivu  nedostatečná únosnost zdiva



Řešení valeb a nároží u krokevních soustav



Příklad řešení (tradiční konstrukce)

1- krokev, 2- vazný trám, 3- námětek, 4- zavětrování, 5- pozednice, 6- stropní konstrukce, 7-kotvení



Hambálková soustava  hambálek redukuje ohybové namáhání krokve



Hambálková soustava – působení hambálku pro svislé zatížení  Konstrukce kombinuje tlakové působení a ohyb  Tlačená konstrukce tvořená spodní částí krokví a hambálkem tvoří pro svislé zatížení podporu krokve (a tím redukuje moment)



Porovnání lomeného nosníku, krokevní soustavy a hambálku  prostý nosník, resp. lomený rám  nosník o dvou polích, resp. prosté krokve  spojitý nosník o čtyřech polích, resp. hambálková soustava



Vliv polohy hambálku na velikost vodorovné reakce

 charakter síly v hambálku závisí na jeho výšce (nahoře je tlačený, dole tažený)  hambálková střecha v sobě spojuje dvě tlačené konstrukce (horní a dolní)  hambálek tvoří pro horní táhlo a pro spodní rozpěru (výsledné působení je součet dílčích působení)



Na čem závisí velikost vodorovné reakce hambálkové konstrukce?  na poloze hambálku, tuhosti krokve a tuhosti vodorovného podepření  hambálek je staticky neurčitý  vnitřní síly závisí na tuhostech



Hambálková soustava při horizontálně netuhém podepření  Jedná se zpravidla o chybu v návrhu nebo provedení podpor  Netuhé uložení omezí podíl vodorovné síly na přenosu zatížení  Zatížení je přenášeno více nebo zcela rámovým působením (méně tuhé a méně únosné)  Není-li zachycena vodorovná síla (např. třením), je moment stejný jako na prostém nosníku shodného rozpětí !!



Prosté krokevní a hambálkové soustavy na velká rozpětí

1- lepená plnostěnná krokev, 2- vzpinadlová krokev, 3- příhradová krokev



Působení krokevní a hambálkové soustavy při vodorovném zatížení  samostatné působení krokví u prosté krokevní soustavy  spolupůsobení dvojic krokví u hambálku  neposuvný hambálek může působit jako vodorovně tuhý nosník a přenášet zatížení do štítů, ..



Konstrukční řešení tuhého hambálku  hambálek je vodorovný nosník přenášející zatížení větrem (tlak a sání) do podpor (štít, ..)  nosník musí mít pásnice a smykové spojovací prostředí (deska, diagonály)  viz: principy nosníku



Konstrukční („nepravá“) vaznice vložená do vrcholu hambálku  vaznice nepodepírá hambálky (nemá vliv na přenos svislého zatížení)  jedná se o konstrukční ztužení (zajištění spolupůsobení hambálků)  viz princip „pojišťovny“  vaznice může být použita pro řešení atypických míst (valby, rohy, ..)



Vliv tuhosti hambálku na velikost vodorovné reakce  tuhý hambálek a krokev redukují vodorovnou sílu  princip zmrzlé jitrnice



„Progresivní“ hambálková soustava  Vliv svislé stojky na charakter namáhání hambálku (domácí úkol pro studenty)



Ukázka tradičního řešení



Ukázka progresivního řešení



Dvoustupňová konstrukce



Co mají společného ?

Pražský groš (Václav II 1300) Návrh nosné konstrukce šikmého zastřešení 1


Vlašský krov vlašská krokev = horizontálně orientovaná nosná vazba může být řešena libovolně



Soustavy s vodorovnými krokvemi  dvoustupňová soustava (pravá)  jednostupňová soustava s krokvemi opřenými na štítech  jednostupňová soustava s falešnými vlašskými krokvemi opřenými na běžných krokvích



Tradiční formy



Příklad: Konstrukce na bázi oceli



Moderní formy  příhradové vazníky – obdobné řešení jako u halových konstrukcí  vyžaduje únosnou krytinu nebo plošné bednění



Poznámka k terminologii  u krovu je krytina (resp. její podkladní vrstva) nesena krokvemi  u halové konstrukce je krytina nesena vaznicemi



Třístupňová konstrukce



Optimalizace uspořádání  Okrajové podmínky návrhu (tvar, rozpon, krytina, zatížení, …)  Proměnné parametry (typ topologie, dílčí rozměry x1, x2, x3, typy dílčích konstrukcí 1,2,3)  Multikriteriální hodnocení variant (cena, vzhled, …..)  Prohledávání možných variant a hledání nejlepší varianty (7-mi rozměrný prostor parametrů)



Optimalizace pomocí heuristik

 bakalářská práce Folta



Optimální profil ohýbaných průřezů  pro vázané krovy je nejlépe ponechat celý průřez  pro tesařsky vázané krovy nutno profil ohranit  optimální poměr šířka/výška .....5/7 (maximální únosnost při daném průřezu) (optimalizační úloha)



Vaznicové soustavy krovu – návrh krokví  princip spojitého podepření  maximální rozpon pro běžné průřezy krokví 4,5 m (empirická hodnota)



Vaznicové soustavy krovu – návrh krokví  pro běžné profily a vzdálenosti krokví je mezní vzdálenost krokví 4,5m  mezní přesah krokve u okapu je 1,5 m  maximální vzdálenost od poslední vaznice nepodepřenému vrcholu krokve je 2,5 m  rozměry závisí na zatížením a profilu krokve



Vznik osové síly v krokvi ve vrcholu konstrukce  osová síla v vzniká, není-li vrchol podepřen vaznicí  krokve se vzájemně podepírají a svislé reakce se rozkládají do osových sil  dtto jako u prosté krokevní soustavy

 vodorovné síly lze zachytit kleštinou nebo v podpoře



Podepření krokve na vaznici (princip kočárku)



Uložení krokví na vaznici  čepování vaznic ve vrcholu  osedlání vaznic na krokve  uložení na pozednici



Návrh vaznic vaznicových soustav o uložena na plných vazbách nebo na štítu o běžné řešení (materiál, profil, rozpon) o varianty uložení vaznic (redukce rozponu) o možné materiálové varianty vaznic



Příklad uložení vaznice na sedlo a na pásky (historické krovu)



Uložení vaznic a krokví



Hlavní vazba



Varianty hlavní vazby vaznicové soustavy  vazba se svislými sloupky (stojatá stolice)  vazba se šikmými sloupky (ležatá stolice)  vazba se vzpěradlem  vazba s věšadlem



Vzpěradlo



Vzpinadlo

Zoarville bridge station

 Albert Fink truss was designed (Germany,1860)



Typy vzpínadel  nosník je podepírán vzpěrami opřenými o táhlo  síla ve vzpěře může vzniknout pouze při zalomení táhla



Statická neurčitost a působení vzpinadla 

staticky neurčitá konstrukce  nosník a dvojice táhel se stejnou deformací



Věšadlo

Foto: A. Lokaj



Věšadlo 

staticky neurčitá konstrukce  nosník a dvojice táhel se stejnou deformací



Příklady řešení plných vazeb

Podle: Kupilík, V.: Střechy. SIA Praha 1997



Soustava s vazným trámem (stojatá stolice) 

úplné schéma soustavy se všemi prvky



uložení vazného trámu (tradiční řešení), střední podpora



šikmé vzpěry (příčná tuhost)



pásky (podélná tuhost)



kleštiny (příčná tuhost, vodorovná reakce od pozednice, profil)



půdní nadezdívka, pozednice , kotvení



nahrazení vazného trámu stropní konstrukcí



Tradiční řešení



Vazba se šikmými vzpěrami a rozpěrou (ležatá stolice) o úplné schéma soustavy se všemi prvky o vzpěra a rozpěra – namáhání profil o spojení s krokví – barokní krovy o detaily spojů



Uložení vzpěry na vazném trámu a detaily



Vazba se zavěšeným vazným trámem (věšadlo)



Podrobnosti uložení vaznic a krokví



Konstrukce mansardové střechy



Řešení nároží a valby  

krokevní a hambálkové soustavy vaznicové soustavy  uzavřený vaznicový věnec



Řešení nároží a valby  krokevní a hambálkové soustavy  vaznicové soustavy  uzavřený vaznicový věnec



Řešení střech složitějších půdorysů o vhodnější jsou krovy vaznicových soustav o uzavřený vaznicový věnec



Řešení střech s velkou hloubkou  akustické a požární požadavky na mezistrop (požární, akustické)  samostatná nosná konstrukce nesoucí krokev či celý krov



Konstrukce mansardové střechy



Nosné konstrukce krovů

Recommend Documents