3. Vaznice - tenkostěnná 3.1 Vnitřní (mezilehlá) vaznice
ie
Vaznice bude přenášet pouze zatížení působící kolmo k rovině střechy. Přenos zatížení působícího rovnoběžně se střešní rovinou bude popsán v poslední části kapitoly 3.
ko p
Statické schéma: Vaznice je navržena jako tenkostěnná (Z-vaznice firmy Kovové profily), působící jako spojitý nosník na celou délku haly. Spojitost profilu nad vnitřními podporami je zajištěna překrytím sousedních dílů, viz obr. Spoje sousedních dílů i přípoje v podporách se provedou pomocí šroubů M16 jakosti 5.6.
de n
ts
ká
K1 = 500 mm pro Z 120 až Z 180 resp. 600 mm pro Z 210 až Z 300 K2 = 750 mm pro Z 120 až Z 180 resp. 900 mm pro Z 210 až Z 300 K3 = min. 30 mm Celková délka sešroubování se navrhuje min. délky 1130 mm v délce 565 mm nad podporou – doporučení výrobce
Zatížení: Vzhledem k malému sklonu střechy lze zanedbat rozklad jednotlivých zatížení do složek qy a qz. Rovněž roznášecí šířka je zjednodušeně uvažována jako půdorysná vzdálenost vaznic b = 3m pro všechny typy zatížení.
st u
1) ZATÍŽENÍ STÁLÉ:
gk = 0,75 kN/m
2) ZATÍŽENÍ SNĚHEM:
3) ZATÍŽENÍ VĚTREM: Příčný vítr: Oblast F-H: wk = −2,44k / m Oblast G-H: wk = −2,19k / m
sk = 2,52 kN/m
ie ko p
Podélný vítr: Oblast F: wk = −4,38k / m Oblast H: wk = −1,98k / m Oblast I: wk = −0,87 k / m
de n
ts
ká
Pozn.: Tenkostěnné vaznice se většinou navrhují pomocí tabulek, které dodává výrobce. Posouzení se provádí porovnáním působícího zatížení s největším přípustným zatížením pro uvažovaný mezní stav. Tabulky jsou vypracovány pro konstantní rovnoměrné zatížení po celé délce nosníku. Pro zatížení větrem nalezneme náhradní rovnoměrné zatížení tak, že nejprve určíme (např. programem exis) moment v krajním poli a z něj pak zpětně spojité zatížení, které vyvolá v krajním poli stejný ohybový moment.
st u
Dále budeme hledat spojité rovnoměrné zatížení, které vyvodí v krajním poli moment 8,32 kNm (odpovídá momentu vzniklém při podélném větru) Moment v krajním poli pro spojitý nosník o 5 a více shodných polích: M Ed = 0,0778 ⋅ wk ,eq ⋅ L2 odtud wk ,eq = −2,97km −1
Kombinace zatížení: 1) STÁLÉ + SNÍH qk = 3,27 km −1 q Ed = 4,79km −1
ie
2) MIN. STÁLÉ + VÍTR qk = −2,64km −1
ávrh: Krajní pole: Z240 / 3 - S Vnitřní pole: Z240 / 2,5 - S Únosnost: Tíhová zatížení: q Rd = 5,98km −1 q Rk = 7,07 km
(MSÚ)
−1
(MSP; δ lim = L / 200 )
q Rd = −4,68km −1
(MSÚ)
ká
Zatížení sáním:
ko p
q Ed = −4,13km −1
Posouzení:
Vyhovuje
ts
4. Vaznice – plnostěnná válcovaná
- viz Vraný, T., Eliášová, M.: Ocelové konstrukce 2 – Cvičení, ČVUT Praha, 2005
de n
3.1 Vnitřní (mezilehlá) vaznice
Vaznice bude přenášet pouze zatížení působící kolmo k rovině střechy. Plnostěnné válcované vaznice se navrhují z průřezu IPE nebo I, ve speciálních případech U. Přípoj plnostěnné vaznice se provádí šrouby a přípojným úhelníkem s podložkou, která bývá nejčastěji přivařena k hornímu pásu vazníku, povoluje se také šroubový přípoj podložky (méně časté). Přípoje pro jednotlivé průřezy jsou pro jejich časté použití typizovány.
h/2 [mm]
úhelník
st u
IPE
vaznice b/2 [mm]
IPE 100 IPE 120 IPE 140 IPE 160 IPE 180 IPE 200 IPE 220 IPE 240 IPE 270
35 40 45 55
60 75
50 60 70 80 90 100 110 120 135
L 90 x 60 x 6 L 110 x 70 x 10 L 120 x 80 x 8 L 140 x 90 x 8
L 140 x 10 L 160 x 10
úhelník a1 [mm] 30 40 45 50 60 70 80 90 105
podložka l1 [mm]
e [mm]
plech (c – b x l2)
140
75
P 20 – 50 x 160 P 20 – 60 x 170 P 25 – 70 x 170
150
svary awe [mm]
šrouby M16 x 40
4
85
M20 x 45
P 30 – 70 x 170 6 160
95
P 30 – 80 x 180
M24 x 55
pohled – prosté podepření
pohled – vnitřní podpora spojitého nosníku
ko p
ie
detail připojení vaznice
Vaznice prostě uložená
pro rozhodující tíhovou kombinaci zatížení (většinou se jedná o kombinaci maximálního stálého zatížení a zatížení sněhem) se vaznice navrhuje na plastickou ohybovou únosnost a únosnost ve smyku.
-
pro rozhodující kombinaci zatížení působící v opačném směru než tíhové zatížení (kombinaci minimálního stálého zatížení a zatížení sáním větru) se vaznice navrhuje na plastickou ohybovou únosnost s uvážením ztráty příčné a torzní stability (klopení) a únosnost ve smyku.
ts
Vaznice spojitá přes dvě pole
ká
-
pro rozhodující tíhovou kombinaci zatížení se vaznice navrhuje na tzv. vyrovnaný ohybový moment v poli (průběh momentů s uvážením redistribuce ohybových momentů v souvislosti se vznikem plastických kloubů). Únosnost je také ovlivněna únosností průřezu v okolí podpory, kde lze předpokládat klopení. Pro rovnoměrné spojité zatížení platí:
st u
-
de n
Plnostěnné vaznice spojité přes dvě pole je vhodné navrhovat do rozpětí pole cca 7 m (ekonomičnost, dopravitelnost), ve výjimečných případech se mohou navrhnout i na rozpětí větší. Při návrhu střešní konstrukce je vhodné pamatovat na prostřídání vaznic v půdorysu, z důvodu rovnoměrnějšího zatížení příčných vazeb halového objektu. Liché krajní vaznice se z tohoto důvodu navrhují jako prosté nosníky, pro zachování stejné konstrukční výšky se tyto nosníky zesilují.
M pl , Rd ≥ M sd =
q ⋅ L2 11,656
-
pro rozhodující kombinaci zatížení působící v opačném směru než tíhové zatížení bývá únosnost nosníku ovlivněna klopením. Z tohoto důvodu se vaznice navrhuje na plastickou ohybovou únosnost s uvážením ztráty příčné a torzní stability (klopení) a únosnost ve smyku. Momenty se v tomto případě musí určit pouze pružně.
ie
M pl , Rd = χ LT ⋅ W pl , y ⋅ f yd ≥ M sd
Vaznice spojitá o více polích
ko p
pro rozhodující tíhovou kombinaci zatížení (většinou se jedná o kombinaci maximálního stálého zatížení a zatížení sněhem) se vaznice navrhuje na plastickou ohybovou únosnost při uvážení vzniku plastických kloubů (vyrovnaný ohybový moment ve vnitřním poli a nad podporou) a únosnost ve smyku, při splnění podmínky tuhého střešního pláště. q ⋅ L2 M pl , Rd ≥ M sd = 16
ká
-
st u
de n
ts
Krajní pole musí být zesíleno, nebo se může navrhnout převislý konec. Pro zesílené nosníky pak musí platit: M pl , Rd ≥ M sd = 0,0956 ⋅ q ⋅ L2 - pro nosníky o třech a více polích
-
pro rozhodující kombinaci zatížení působící v opačném směru než tíhové zatížení (kombinaci minimálního stálého zatížení a zatížení sáním větru) se vaznice navrhuje na plastickou ohybovou únosnost s uvážením ztráty příčné a torzní stability (klopení) a únosnost ve smyku. Momenty se v tomto případě musí určit pouze pružně.
Spojitost vaznic je zajištěna tzv. stykováním. Montážní styk se provádí v místě nulového ohybového momentu. Spojení vaznic je zajištěno obvykle šrouby a příložkami, které jsou umístěny pouze na stojině. Posouzení příložek a šroubů musí je provedeno na skutečné vnitřní síly v místě spoje.
Vaznice spojitá o více polích – Gerberův nosník
ko p
ie
Gerberův nosník je staticky určitá konstrukce, klouby se umisťují v předem určených místech (předpokládaná místa nulových momentů) v závislosti na daném systému příčných vazeb haly. První pole musí být opět zesíleno vzhledem k nerovnoměrným účinkům zatížení.
Vzdálenost „a“ se volí podle potřeby:
ts
ká
a) v případě že pro návrh vaznice rozhoduje momentová únosnost průřezu: při plastickém návrhu se snažíme docílit vyrovnání ohybových momentů v polích a nad podporami (při konstantním rovnoměrném zatížení) q ⋅ L2 M pl , Rd ≥ M sd = a = 0,1465 . L 16
de n
Průhyb v tomto případě bude rozhodovat v polích bez kloubů: q ⋅ L4 δ max = 0,00520 ⋅ ve středním poli E⋅I q ⋅ L4 δ max = 0,00911 ⋅ v krajním zesíleném poli E⋅I b) v případě že pro návrh vaznice rozhoduje průhyb: při plastickém návrhu se snažíme docílit vyrovnání průhybů v polích bez kloubů a v polích s klouby (při konstantním rovnoměrném zatížení) a = 0,2113 . L
q ⋅ L4 ve středních polích E⋅I q ⋅ L4 δ max = 0,00781 ⋅ v krajním zesíleném poli E⋅I pozor: ve srovnání s případem a) se zvýší momenty nad podporami.
st u
δ max = 0,00261 ⋅
Konstrukčně jsou vnitřní klouby modelovány jako dokonalé (pouze jedním šroubem). Geometrie takových kloubů jsou předepsány na obr. a v tabulce. Přípoj vaznic k vazníku se provádí běžným způsobem - (vnitřní podpora spojitého nosníku)
IPE 100 IPE 120 IPE 140 IPE 160 IPE 180 IPE 200 IPE 220 IPE 240 IPE 270
50 60 70 80 90 100 110 120 135
ie
h/2 [mm]
úhelník
šroub
plech (c – b x l2)
-
-
P 6 – 60 x 150
L 60 x 40 x 5
40
P 6 – 80 x 150
L 80 x 60 x 8
50
P 8 – 100 x 160
L 100 x 65 x 8
P 8 – 130 x 160
L 120 x 80 x 8
P 8 – 150 x 160
L 140 x 90 x 8
35 65
55
75
75
st u
de n
ts
ká
IPE
příložka
geometrie přípoje v1 l1 [mm] [mm]
ko p
vaznice
M20 x 50
M24 x 55
M24 x 60
5. Vaznice – speciální vaznice 5.2 Okapová vaznice
ko p
5.3 Přenos zatížení působícího rovnoběžně se střešní rovinou
ie
Okapová vaznice bude stejně jako vnitřní vaznice přenášet zatížení kolmo k střešní rovině. Zatížená ohybem bude méně, než vnitřní vaznice, navíc však bude přenášet síly od podélného větru do hlavního podélného ztužidla. Z konstrukčních důvodů je navržen shodný profil Posudek se provede pro kombinaci ohybu a osové síly při návrhu ztužidla.
Zatížení rovnoběžné se střešní rovinou se přenáší pomocí plášťového působení střešního trapézového plechu. K zajištění plášťového působení je potřeba provést dostatečné množství spojů. Spodní trapézový plech bude ke každé vaznici připojen v každé vlně pomocí samovrtných (resp. samořezných) šroubů φ 5,5 mm a jednotlivé pásy plechu budou na svých podélných okrajích spojeny po 500 mm samovrtnými (resp. samořeznými) šrouby φ 5,5 mm.
5.4 Hřebenová vaznice
ts
ká
Hřebenové vaznice jsou přitíženy svislou složkou zatížení rovnoběžného se střešní rovinou:
de n
Zatížení q II se určí ze zatížení vnitřní vaznice. Rozměr a udává šikmou délku jedné strany sedlové střechy ( a ≈ 12,3m ). q 4,79 ⋅ sin 2,86 = 0,08km − 2 q II = Ed sin α = 3m 3 qv , Ed = 2 ⋅ sin α ⋅ q II ⋅ a = 2 ⋅ sin 2,86 ⋅ 0,08 ⋅12,3 = 0,1km −1
Protože je vrcholová vaznice zdvojena, je zatížení přenášené jednou vaznicí poloviční a celkové zatížení (i se zohledněním přídavného zatížení) je menší než u vnitřní vaznice. Navržená vrcholová vaznice tedy vyhoví.
st u
Vaznice ve vrcholu sedlové střechy musí být vzájemně spojeny. Ve vrcholu mohou být vaznice uspořádány i tak, že horní pásnice míří na opačnou stranu než u běžných vnitřních vaznic.
