Ocelové konstrukce
{
Jakub Stejskal, 3.S
Výhody a nevýhody ocelových konstrukcí
Výhody Vysoká pevnost vzhledem ke hmotnosti Průmyslová výroba (přesnost, produktivita, automatizace, odstranění sezónnosti, nízká hmotnost….) Rychlá montáž Adaptabilnost, rekonstrukce Recyklovatelnost až 90%
Nevýhody Náročnější údržba (především vlivem koroze) Nižší odolnost proti ohni (náhlý pokles hodnoty meze kluzu) Nižší fyzická životnost Vyšší tepelná a akustická vodivost Relativně vysoká cena
Výroba železa
Suroviny: Železná ruda (tvořena převážně kyslíkatými sloučeninami železa) Fe2O3 – krevel (hematit) Fe3O4 – magnetovec (magnetit) Fe2O3 . nH2O – hnědel (limonit) FeS2 – pyrit Koks – téměř čistý uhlík, slouží k redukci oxidů železa Vápenec CaCO3 - pomáhá k utvoření strusky z hornin
Vysoká pec Reakce, které probíhají ve vysoké peci: • Vysoušení surovin: Fe2O3 . nH2O → Fe2O3+nH2O • Redukce železa: Fe2O3 + 3C → 2Fe + 3CO Fe2O3 + 3CO → 2Fe + 3CO2 • Spalování koksu: C + O2 → CO2 CO2 + C → 2CO
Surové železo a struska Struska chrání povrch roztaveného železa před oxidací. Vypouštění (odpich) surového železa a strusky ze spodní části vysoké pece se provádí vždy asi po dvou hodinách. Surové železo obsahuje příměsi: asi 4% C, dále hlavně Mn, Si, P, S Je velmi tvrdé, ale křehké Odlévá se do forem (litina) a vyrábějí se z něj topná tělesa, části strojů, potrubí apod., ale většina se dále upravuje na ocel
Výroba oceli
Pro zlepšení vlastností surového železa se provádí v ocelárnách tzv. zkujňování (to je odstraňování většiny příměsí uhlíku a dalších prvků)
• Konvertorový způsob: odstraňování nežádoucích příměsí spočívá v jejich oxidaci vzdušným kyslíkem v konvertoru (speciální výklopná pec) • V nístějových pecích: k oxidaci nežádoucích příměsí dochází kyslíkem z železného šrotu nebo upravené železné rudy
Ocel Pomalu ochlazovaná (popouštěná) je méně tvrdá a dobře ohybatelná Prudce ochlazená (zakalená) je tvrdá, ale lámavá Podíl uhlíku je maximálně 1,7%. Čím více uhlíku ocel obsahuje, tím je tvrdší Vlastnosti oceli se vylepšují také přidáním malých množství některých dalších kovů (chromu, niklu, vanadu, wolframu…)
Ocelové konstrukce
Konstrukční celky (sestavy z prvků) Halové objekty Vazníky Vysokopodlažní budovy Mosty
Samostatné konstrukční prvky Sloupy Průvlaky, trámy, vaznice Patky Vzpěry, táhla, ztužidla
Konstrukční prvky
Sloupy a patky:
Prvek, u kterého převažuje výška nad šířkou a délkou Většinou se používají válcovaného profilu HEA, HEB, ale obecně se dělí na:
Otevřené a uzavřené profily Válcované profily Svařované prvky Plné profily – vyplněné např. betonem
Konstrukční prvky
Sloupy a patky
Vždy se musejí navrhovat na vzpěrný tlak (+ohyb), dochází totiž k vybočení prvku vlivem nerovnoměrného přenosu zatížení a nepřesností pří výrobě Následkem vybočení prvku je okamžitý kolaps konstrukce, proto je třeba dbát zvýšené pečlivosti při návrhu Kotvení sloupu je realizováno přes patní plech, který je navařen ke sloupu a přišroubován k betonovému základu Podle typu uložení (kloub/posuvný kloub) je pata sloupu dále vyztužena příložkami U konstrukcí menšího rozsahu se používají kotevní patky s již přivařeným vrutem nebo předvrtanými otvory
Vetknutí v obou směrech
V jednom směru vetknutí, v druhém kloub
Konstrukční prvky
Průvlaky, trámy, vaznice:
Vodorovné prvky, kde dílka převažuje nad šířkou a výškou Jsou zatěžovány rovnoměrně spojitým zatížením Navrhují se na prostý a šikmý ohyb – záleží na sklonu střešní/stropní konstrukce Používají se válcované profily nejčastěji I, U, HEB
Konstrukční prvky
Vzpěry, táhla a ztužidla:
Jedná se o prvky uložené v libovolných směrech, délka je opět převažující rozměr Setkáme se s nimi u příhradových konstrukcí, ale i u standardních konstrukcí krovu, halových konstrukcí mezi sloupy, nebo u napojení sloupu na průvlak Navrhují se buď na centrický tah nebo vzpěrný tlak Používají se jakékoliv průřezy, kruhové, tvaru L, I, U, svařované profily, plné tyčové, dráty…
Spoje ocelových konstrukcí
Ocelové konstrukce se spojují dvěma způsoby:
Tuhé spoje – svary, nýty Demontovatelné spoje – šrouby
Každý spoj je třeba dimenzovat na únosnost, otlačení, počítat s oslabením průřezu, lokálním vybočením, páčením…
Koutový svar
Tupý svar
Šroubový spoj
Nýtový spoj
Halové konstrukce Nejčastější případ užití ocelových konstrukcí u pozemních staveb Lehké, vzdušné konstrukce Variabilní dispozice díky obrovským rozponům stropní konstrukce Rychlá montáž za jakéhokoli počasí díky prefabrikovanému procesu realizace Statickým schématem haly je rámová konstrukce s tuhými nebo netuhými rohy Haly je nutno zavětrovat v obou směrech V příčném směru to zajišťuje tuhý spoj sloupů a průvlaků V podélném směru se konstrukce vyztužuje táhly (princip Ondřejových křížů)
Halové konstrukce - Názvosloví
Halové konstrukce
Konstrukce montovaných (výrobních) hal: TA příhradová konstrukce LP plnostěnný válcový profil
HW-CP pozinkované ohýbané profily TS konstrukce LP/TA kombinovaná konstrukce
LP
TA
TS
LP/TA
HW-CP
TA příhradová konstrukce – jízdárna
Příklad - TA příhradová konstrukce Nosná konstrukce je tvořena lomeným příhradovým vazníkem Hala je pouze šroubovaná (bez svárů) pro snadnou montáž i následnou demontáž Dolní a horní pásnice jsou U profily které jsou diagonálně propojeny táhly Příhradová konstrukce pokračuje dál a tvoří sloupy o stejné konstrukci Hala je tuhá v příčném směru díky tuhým rohům V podélném směru je doplněna táhly, které se střídají ve styčnících střešní konstrukce
LP plnostěný válcovaný profil
HW-CP – ohýbaný profil
Povrchové úpravy Ocelové konstrukce jsou chráněné proti korozi nátěrem, který se musí obnovovat Nátěry můžou mít také protipožární funkci Někdy se konstrukce obaluje vrstvou betonu, aby alespoň po určitou dobu ochránila konstrukci před žárem U některých konstrukcí – obzvlášť u dynamicky namáhaných – by se měly provádět pravidelné kontroly kvůli porušení či povolování šroubů a nýtů
Děkuji za pozornost
