ÚVOD – 4.ročník KOSTRUKCE STAVEB
12.9.2014
12.9.2014
Cyklus materiálů ve stavebnictví
12.9.2014
•OTEVŘENÝ SYSTÉM – •
Stavebnice LEGO - základní prvek může být použit pro tvorbu nesčetného množství různých konstrukcí
•
Konstrukční systém INTEGRO
12.9.2014
UZAVŘENÝ SYSTÉM – a) Skládačka PUZZLE - každý dílek má pouze jednu neměnnou polohu ve výsledném obrazu
a) Unifikovaná soustava prostorové prefabrikace - USPP
A
12.9.2014
OBSAH 1.
NOSNÉ KONSTRUKČNÍ PRVKY
2.
KLASIFIKACE NOSNÝCH KONSTRUKČNÍCH SYSTÉMŮ 2.1. K.S. - VÍCEPODLAŽNÍCH BUDOV 2.2. K.S. - HALOVÝCH BUDOV
• Konstrukční systém představuje nosná konstrukce vymezující prostor budovy. • Nosné konstrukce zajišťují přenášení všech vnějších sil působících na objekt. • Konstrukce je spolehlivá, jestliže je dostatečně únosná, tuhá a polohově stabilní. • Nosný prvek : sloup, stěna, trám, deska, jádro, prutová příhradová kce, poddajné pruty – lana, klenba, skořepina
Všeobecné požadavky na nosné konstrukce Konstrukční systémy pozemních staveb musejí zajistit kromě únosnosti také : • prostorovou tuhost konstrukce • polohovou stabilitu stavby jako celku. Prostorová tuhost znamená, že se konstrukce příliš nedeformuje, nepřetváří, aby nevznikly závady na instalovaném zařízení, technologii, obvodových pláštích a podobně. Tvarová stabilita znamená, že nedojde k náhlému kolapsu konstrukce v důsledku nevhodného uspořádání nebo malého počtu vazeb. Zajištění tvarové stability a současně i prostorové tuhosti se také označuje jako zavětrování. Polohová stabilita celku znamená, že konstrukce se jako celek působením zatížení neposune nebo nenadzvedne. Podstatné je, že se tento požadavek týká objektu jako celku, nikoliv pouze nějaké části stavby.
Tvarová stabilita a prostorová tuhost staveb se zajišťuje vesměs stejnými konstrukcemi, běžně označovanými jako zavětrování staveb. Tvarovou stabilitu i prostorovou tuhost je možné pro jakýkoliv směr v prostoru zajistit tím, že se konstrukce vyztuží ve třech vzájemně nezávislých (nejlépe k sobě kolmých) směrech, zpravidla vodorovně, svisle příčně a svisle podélně
1. NAMÁHÁNÍ KONSTRUKČNÍCH PRVKŮ Sloup, stěna, trám
Deska, jádro
Příhrada, lana
Klenba, skořepina
Zatížení: Vlastní hmotností Užitné Větrem Sněhem Změnou teploty Montážní Mimořádné
2. KLASIFIKACE NOSNÝCH SYSTÉMŮ • A) Dle STATICKÉHO PŮSOBENÍ - Nosné kce 1. svislé : - stěnové - sloupové - kombinované 2. vodorovné: dle namáhání:
dle tvaru:
- Nenosné kce
- ohýbané - tlačné - tažené - nosníkové - deskové - visuté - pneumatické - kombinované
2. • B) Dle TECHNOLOGIE VÝROBY: - zděné - monolitické - montované
• C) Dle STAVEBNÍHO MATERIÁLU nosných kcí: - keramické ( cihelné) - betonové - kovové ( ocel, litina) - dřevěné - kamenné - kombinované
ANALÝZA POŽADAVKŮ NA KONSTRUKČNÍ SYSTÉM : - funkčně - architektonické - rozpony - konstrukční výška - základní modulace systému - tvar objektu - staticko – konstrukční
- efektivnost statického působení k.s. - limitní omezení ( max. velikost jednotlivých prvků)
- technologické
- volba materiálu - volba technologie s ohledem na místo a klimatické podmínky
- ekonomické
- optimalizace návrhu nosného systému ( dosažení maximální efektivnosti)
2.1.
KONSTRUKČNÍ SYSTÉMY JEDNOA VÍCEPODLAŽNÍCH BUDOV
• Základním kritériem pro klasifikaci konstrukčních systémů vícepodlažních budov je způsob přenosu svislého zatížení. • Při konstrukci výškových budov, kdy hraje rozhodující roli vliv vodorovného zatížení větrem a zemětřesením. 1. 2. 3. 4. 5.
konstrukční systémy stěnové konstrukční systémy sloupové (skeletové) konstrukční systémy kombinované konstrukční systémy výškových budov konstrukční systémy superkonstrukcí.
2.1.1. Stěnové k.s. • Svislé nosné konstrukce jsou tvořené stěnami. Svislé zatížení se přenáší ze stropních tabulí do stěn a odtud do základů. • V současné době se na konstrukci stěn používá zdivo a železový beton. b) Příčný systém ( travé) a) Podélný systém ( trakty)
c) Obousměrný systém - Krabicový systém ( vzdál.stěn 1:1, max.1:2) - Systém obvodových traktů ( 8-12 podlaží)
2.1.2. Sloupový (skeletový) k.s. • Svislé nosné konstrukce jsou tvořené sloupy, vodorovné konstrukce potom tuhými stropními tabulemi. Svislé zatížení se přenáší ze stropních tabulí do sloupů a odtud do základů. a) Deskové stropy ( bezprůvlakové, skryté průvlaky nebo hlavice)
b) Hlavicové (s hřibovými hlavicemi )
2.1.2. Sloupový (skeletový) k.s. c) Podélné rámy d) Příčné rámy
e) Obousměrné rámy
2.1.3. Kombinované k.s. • Kombinované systémy se vytvářejí se svislými prvky ve tvaru sloupů a stěn. Jako svislý prvek může být použito v kombinaci se sloupy i jádro. Volba kombinovaného systému má jak dispoziční, tak konstrukční souvislosti. • PRAVIDLO! Svislá nosná konstrukce v horním podlaží nesmí zatěžovat stropní konstrukci v podlaží nižším.
2.1.4. K. s. výškových budov a) Jádrový k.s. Svislé zatížení obvykle přenášejí sloupy, vodorovné konstrukce a potom jádra. Ta se umisťují podle dispozice jak uvnitř objektů, tak i na jejich obvodu. Staticky není systém příliš efektivní, protože jádra mají malou tlakovou rezervu na ohyb a malou půdorysnou plochu. Proto musejí být u vysokých budov hluboko založená.
2.1.4. b) Tubulární k.s. Základem je tubus, často označovaný také jako komůrkový nosník. Je to konstrukce určená k přenosu jak svislého, tak i vodorovného zatížení. Geometricky se jedná o půdorys obdélníkového nebo kruhového tvaru. Nad tímto půdorysem je vybudována tuhá uzavřená struktura rámového nebo příhradového charakteru, většinou na celou výšku objektu. Jedná se o staticky velmi efektivní uspořádání
2.1.4. c) Sendvičový k.s. Systém je založený na konstrukci sendvičových nosníků, vysoce únosných v ohybu. Principem jsou dva protilehlé tenkostěnné pláště, jejichž spolupůsobení (spřažení) při ohybu zajišťuje voštinová struktura, která je s plášti tuze spojena.
2.1.5. K. s. superkonstrukcí • Superkonstrukce je nosnou konstrukcí vyššího řádu, do které se vkládají menší samonosné jednotky. • Z konstrukčního hlediska superkonstrukce přenáší velká zatížení, typická spíše pro mostní konstrukce a konstrukce inženýrského stavitelství.
2.2.
KONSTRUKČNÍ SYSTÉMY HALOVÝCH BUDOV
• Halové stavby se vyznačují neobyčejně velkou variabilitou. Opakovatelnost typů halových staveb je v porovnání s vícepodlažními budovami výrazně nižší, jedná se o objekty daleko více individuální. • Charakteristickým rysem halových objektů je velká půdorysná plocha a relativně malá výška, je rozhodujícím typem zatížení vlastní tíha konstrukce střechy a tíha střešního pláště (zatížení stálé) a dále potom tíha sněhu (zatížení krátkodobé nahodilé). • Síly (podporové reakce), od tohoto zatížení působí v místech uložení konstrukce střechy a zásadně ovlivňují koncepci celé stavby.
2.2. DLE PŮSOBENÍ SÍLY V MÍSTECH ULOŽENÍ KONSTRUKCE STŘECHY ROZLIŠUJEME:
A) PŘEVÁŽNĚ OHÝBANÉ konstrukční systémy, (svislá složka rozhoduje)
• vazníkové soustavy, rámové soustavy, deskové soustavy, lomenicové kce B) PŘEVÁŽNĚ TLAČENÉ konstr. s., (svislá i vodorovná složka -tlak do podpor)
• obloukové soustavy, tlačené rámy, skořepiny C) PŘEVÁŽNĚ TAŽENÉ k.s., ( svislá i vodorovná složka - tah do podpor)
•
visuté soustavy ( lanové a membránové), pneumatické konstrukce D) HALOVÉ OBJEKTY SE ZAVĚŠENOU KONSTRUKCÍ STŘECHY E) HALOVÉ OBJEKTY PNEUMATICKÉ F) HALOVÉ OBJEKTY STANOVÉ
2.2. • Prvky halového k.s.
2.2. A) PŘEVÁŽNĚ OHÝBANÉ k.s. Při působení svislého zatížení mají pouze svislé podporové reakce. Nejčastěji se navrhuje pro konstrukci průmyslových hal. • vazníkové soustavy, rámové soustavy, deskové soustavy, lomenicové kce • vazníkové haly sloupy + vazníky + stř.desky ( plnostěnné, příhradové)
• bezvazníkové haly sloupy + průvlaky, nosníky + velkorozponové střešní panely
2.2. A) PŘEVÁŽNĚ OHÝBANÉ konstrukční systémy, • haly se střechou z příhradové desky - Bodově podepřená příhrad. deska
• Haly s rámovou konstrukcí - jednoduché nebo sdružené rámy
2.2. A) PŘEVÁŽNĚ OHÝBANÉ konstrukční systémy, • Haly s rámovou konstrukcí - jednoduché nebo sdružené rámy
2.2. A)
Deskové s.
Zastřešení rovinnými deskami (lomenicemi)
A)
Deskové s.
Zastřešení zakřivenými deskami (1 - sloupy, 2 - příčné průvlaky, 3 - podélné obvodové průvlaky, 4 - zakřivená střešní plocha)
2.2. B) PŘEVÁŽNĚ TLAČENÉ konstr. s., ( tlak do podpor) - obloukové soustavy, tlačené rámy, skořepiny Vodorovná síla se v patě oblouku či skořepin přenáší 3 způsoby: • Haly s konstrukcí zachycující účinek vodorovných sil - Zachycení obvodovou stěnou nebo tuhými obvodovými prstenci - Základová konstrukce je od svislého zatížení namáhána pouze tlakem
•
Haly s tlačenámi šikmými opěrami
-
Podporové reakce jsou zachyceny z nosné konstrukce střechy pomocí opěr skloněných ve směru podporových reakcí.
•
Haly tvořené oblouky a skořápkami - skořápky a oblouky jsou uložené přímo na základové konstrukce. Podporové reakce jsou zachyceny základovými konstrukcemi.
2.2.
2.2. C) PŘEVÁŽNĚ TAŽENÉ k.s., • -
Visuté soustavy ( lanové a membránové) Vodorovná tahová síla, která vzniká v lanech působí směrem do prostoru haly. Přenáší se 3 způsoby:
•
Haly s konstrukcí zachycující účinek vodorovných sil - Lana zakotvena do obvodové konstrukce ( tuhá obvodová stěna, tuhé prstence, tuhé obloukové segmenty). - Základové konstrukce jsou od svislého zatížení namáhány pouze tlakem (svislým, šikmým), tahové síly se do nich nepřenášejí.
2.2.
Dorthen Arena , Raleigh
Fotbalový stadion za Lužánkami, návrh Architekti Hrůša & spol., Ateliér Brno, s.r.o.
2.2. C) PŘEVÁŽNĚ TAŽENÉ k.s., • Haly s vnějšími šikmými opěrami - Lana zakotvena do speciálně tvarovaných ( rozkročených ) opěr. - Tvarované opěry rozkládají síly z lan do tahové a tlakové složky. Dle naklonění lze redukovat tahovou složku.
2.2. C) PŘEVÁŽNĚ TAŽENÉ k.s., • Haly s převodem lan do základů - Lana jsou zvenku viditelná, zakotvená přímo do základové konstrukce - jsou vedená kladkovým převodem přes horní hranu obvodové stěny, kde nejsou kotvena.
2.2. D)ZAVĚŠENÉ k.s., - Halové objekty zavěšené na nosnících Principem je, že se nosná konstrukce zastřešení zavěšuje se na lanech na vnějším výše umístěném nosníku. Ten může být představován například oblouky nebo pylony. Konstrukce střechy může být například prostorová příhradová deska, která je sama o sobě k bodovému zavěšení vhodná.
Stanice metra Střížkov • unikátní koncepce v rámci celé sítě pražského metra • nejobtížnější úkol z hlediska projektového řešení ocelové konstrukce byla aplikace vize architekta z hlediska statické analýzy a vyrobitelnosti konstrukce • zastřešení stanice - základní rozměry 160 x 42 m při maximální výšce konstrukce 20 m nad terénem • nosná konstrukce - ze dvou hlavních oblouků - vzájemně se kříží na začátku a konci stanice • oblouky - vzájemně spojeny třemi spojovacími prvky a na nich zavěšena celá konstrukce zastřešení.
Zastřešení nového autobusového nádraží v Hradci Králové • tvořeno průsvitnou membránovou textilií • je napnuta mezi ocelovými nosníky • pro vzdušný dojem a otevřenost celé stavby - nosníky vyvěšeny z hlavní konstrukce pomocí předepnutých ocelových táhel • táhla jsou uchycena na obvodový prstenec a stažena zpátky do kotevního bloku. Prstenec podpírá hlavní oblouk, který se pne nad hlavní budovou terminálu. Z oblouku jsou pomocí tyčí vyvěšeny "lunety", na které se uchycuje membrána. Otvor mezi hlavním obloukem a membránou je zastřešen skleněnou šikmou střechou. Proti podfouknutí a nadzvednutí vykonzolované konstrukce jsou navrženy ocelové sloupy s dvojící táhel. Tyto sloupy v trolejbusové části slouží i k uchycení trakcí.
2.2. E) PNEUMATICKÉ k.s., Haly jsou velmi lehké a proto je třeba u nich posuzovat i polohovou stabilitu . • haly přetlakové Tyto haly fungují na principu rozdílu vnitřního a vnějšího tlaku vzduchu. Mírný vnitřní přetlak tedy musí být trvale udržován ventilátory, aby nedošlo ke „splasknutí“ konstrukce. Nutným vybavením těchto hal je proto speciální konstrukce vstupů (alespoň dvoje dveře na jedné vstupní ose) a vzduchotěsné připojení k základové konstrukci.
2.2.
Hala - je držena vnitřním přetlakem - vybavena vchodovým objektem s přetlakovým vyrovnáním Přetlak je při běžném provozu vytvářen stále běžícím provozním ventilátorem biofiltru odsávajícím znečištěnou vzdušninu z provozu. Při vypnutí provozního ventilátoru biofiltru z provozu je automaticky uvedeno do činnosti dmychadlo, které zajistí požadovaný přetlak v hale. Pokud dojde k výpadku el. energie, je dmychadlo automaticky poháněno dieselagregátem.
2.2. E) PNEUMATICKÉ k.s., • s výztužnými žebry Jednotlivá žebra jsou různě tvarované vzduchové rukávy, které se vyplní vzduchem pod vysokým tlakem. Rukávy se většinou člení na komory, aby při lokálním porušení těsnosti nedošlo ke zhroucení celého žebra. Plochu mezi žebry vytváří technická textilie. Haly tohoto typu nepotřebují udržovat přetlak vůči vnějšímu prostředí, lze je tedy použít i pro otevřené provozy.
2.2. F) HALOVÉ OBJEKTY STANOVÉ Stanová konstrukce je tvořena technickou textilií, která se vypíná na nosnou (zpravidla ocelovou) kostru, většinou pomocí napínacích lan. Textilie je schopná přenášet pouze tahová namáhání. Často se používá k nespojitému zastřešení dílčích ploch nad halovými objekty, například tribun sportovních stadionů. Optimální tvarování membrán při známé nosné konstrukci vychází z koncepce ploch o minimálních površích, které je možné na danou konstrukci napnout. Jejich tvar lze experimentálně získat pomocí mýdlových bublin. Z konstrukčního pohledu jde o individuální konstrukce, k jejichž návrhu se často využívají i modely.
Moderní lehké montované haly s ocelovou konstrukcí, opláštěné odolnou technickou textilií nebo pevnou krytinou. Haly slouží pro skladování, zemědělství, sport, výrobu a výstavbu, garážování techniky, dále jako hangáry, tenisové haly, jízdárny, apod.
Dělení budov ( konstrukční hledisko) •
Jedno a vícepodlažní kce + typ svislých nosných kcí : stěnové, sloupové, kombinované + typ polohy: podélný, příčný, obousměrný
•
Halové kce charakter a tvar vodorovné kce: A) OHÝBANÉ konstrukční systémy vazníkové soustavy, rámové soustavy, deskové soustavy, lomenicové kce B) PŘEVÁŽNĚ TLAČENÉ konstr. s. obloukové soustavy, tlačené rámy, skořepiny C) PŘEVÁŽNĚ TAŽENÉ k.s. visuté soustavy ( lanové a membránové), pneumatické konstrukce •
Výškové kce velký počet podlaží – zajištění prostorové tuhosti a stability: zlepšení technologie a detailů , odhmotnění k.s. na základě soustředění svislých sil do malého počtu tuhých podpor • Speciální kce superkonstrukce ( dvoustupňový systém : primární a sekundární) Dělení dle Pozemního stavitelství SPŠ
? Určete konstrukční systém ?
Britské studio „Zaha Hadid Architects“, které vede světoznámá architektka Zaha Hadid, bylo vyhlášeno jako vítěz mezinárodní architektonické soutěže na výstavbu rozsáhlého komplexu budov jménem Výstavní město. Nízké bílé fluidní futuristické budovy budou u centra egyptské Káhiry hlídat dvojice mrakodrapů.
Odkazy, literatura: • Pozemní stavitelství pro 1.roč. SPŠS, Petr Hájek a kol., Praha 2005, Sobotáles • Pozemní stavitelství v kresbách pro 1. až 4.roč. SPŠS, Jan Novotný, Josef Michálek, Praha 2006, Sobotáles
