Tato publikace je určena především pro projektanty pozemních staveb. Záměrem autora bylo poskytnout souhrnnou příručku pro navrhování konstrukcí, která usnadní provedení architektonického a konstrukčního návrhu tím, že umožní předběžný návrh dimenzí nosných konstrukcí za použití relativně jednoduchých pravidel, empirických vzorců, popř. dalších nestandardních metod.
Při použití příručky je nutné vycházet vždy z konkrétních podmínek, ve kterých konstrukce působí, a splnit okrajové podmínky, za kterých návrh platí. V textu nebo na obrázcích uváděné rozměry konstrukcí je nutno chápat jako směrné, proto je vždy nutno přihlédnout ke konkrétním podmínkám a rozměrové hodnoty v konečném návrhu staticky ověřit.
Publikace je rozdělena do čtrnácti kapitol - konstrukční zásady, vícepodlažní stavby, výškové budovy, halové stavby a zastřešení na velká rozpětí, výkopy, opěrné zdi a seznam literatury. V příloze je pak uveden výtah statických veličin a přehled některých vzorců, rovněž potřebných pro návrh konstrukce. Vzhledem k uvádění empirických vztahů je třeba použít odpovídající jednotky veličin.
Prostorová tuhost stavebních konstrukcí
Prostorovou tuhostí nazýváme schopnost stavební konstrukce odolávat zatížení, které působí obecným směrem. Pro zajištění prostorové tuhosti objektu musí být, za předpokladu tuhých stropů či střešní roviny, konstrukce ztužena alespoň ve třech svislých rovinách, které se neprotínají ve společné přímce (průsečnici).
Mezi základní prvky zajišťující prostorovou tuhost patří:
Čtěte také: Betonové stropní nosníky: Přehled
- vetknuté sloupy
- příhradová zavětrování
- rámy
- stěny
- monolitická jádra
Vetknuté sloupy především u halových jednopodlažních popř. dvoupodlažních staveb musí být dostatečně zakotvené do základů. Na účinky vodorovného zatížení sloupy působí staticky jako konzoly vetknuté buď v obou směrech, nebo mohou být v jednom směru uložené kloubově (především u dřeva a oceli). V zásadě je možné vetknuté sloupy navrhnout ze všech materiálů pro různé konstrukční výšky.
Příhradová zavětrování jsou typická pro dřevěné a ocelové skelety a halové stavby. Zajišťují tuhost konstrukce pouze ve své rovině, kolmo ke své rovině jsou měkké. Staticky jsou velmi výhodné s ohledem na přenos účinků osovými silami v jednotlivých prutech a díky velké tuhosti.
Rámy jsou možné u všech typů staveb a jsou architektonicky a provozně velmi výhodné. V halách jsou časté dvoukloubové rámy různých provedení, u vícepodlažních budov patrové rámy, které vzniknou tuhým spojením sloupů s průvlaky. Typickým materiálem pro rámy je železobeton.
Stěny jsou možné u všech druhů staveb; u obytných a provozních budov mohou tvořit výztužné stěny štíty, dělicí příčky (mezibytové apod.), schodišťové stěny a stěny u výtahů probíhající po celé výšce objektu. Staticky působí jako konzoly vetnuté do základů, jejich tuhost je závislá především na šířce stěny.
Monolitická jádra vznikají propojením stěn ohraničujících komunikační prostory. Od pěti podlaží je hospodárné použití posuvného bednění.
Dilatace
Podle příčiny se dilatace navrhuje pro předpokládaný vzájemný posun ve svislém směru, například pro různé sedání, nebo ve vodorovném směru z důvodů objemových změn materiálu konstrukce, způsobených například smršťováním betonu, tepelnou roztažností apod. Velikosti dilatačních celků pro jednotlivé konstrukční materiály jsou předepsány v některých normách, nebo se musí konstrukce na účinek například smršťování betonu posoudit. Při kombinaci různých materiálů je nutné vzít v úvahu nejnepříznivější z hodnot.
Velikost dilatačního úseku závisí také na uspořádání ztužujících prvků stavby. Například největší délky dilatačních celků s ohledem na tepelnou roztažnost jsou u ocelových konstrukcí, pokud je konstrukce uspořádána tak, že konstrukce může volně dilatovat od středu k oběma koncům. Podle ČSN EN 1992-1-1 lze u železobetonových konstrukcí zanedbat účinky teploty a smršťování, pokud je dodržena maximální vzdálenost dilatačních spár djoint = 30 m. Pro prefabrikované konstrukce mohou být vzdálenosti spár větší, protože část smršťování a dotvarování proběhla před montáží.
Zatížení střech
Nosná konstrukce střech závisí především na tvaru zastřešení, zatížení vlastní tíhou střešního pláště, nahodilým zatížením sněhem a větrem. U střech s větším sklonem se zpravidla navrhují krovy, nejčastěji dřevěné. Při větších rozponech nebo neobvyklých tvarech může být krov podepřen ocelovými prvky (nosníky na větší rozpětí, rámy apod.). Zpravidla uspořádání vychází ze základních soustav - krokevní, hambalkové, vaznicové nebo vlašské, které jsou uvedeny dále.
Vlastní tíha nosných konstrukcí střechy jako jsou panely, železobetonové desky apod. jsou uvedeny v kap. Zatížení od střešních zahrad na plochých střechách - skladba vegetace, substrát, ochrana proti prorůstání kořenů, drenážní a filtrační vrstva, vodotěsná a tepelná izolace, parotěsná zábrana. Podle druhu vegetace jsou orientační hodnoty uvedeny v tab.
Způsob stanovení zatížení sněhem je dán normou ČSN EN 1991-1-3. Postup je takový, že se podle zeměpisné polohy určí sněhová oblast podle mapy a každé sněhové oblasti přináleží charakteristická hodnota zatížení sněhem na zemi sk, jejíž překročení je dáno s určitou statistickou zárukou. Tato hodnota se dále upraví pomocí součinitelů, které zohledňují tvar střechy, sklon, drsnost, tepelné vlastnosti, možnost tvoření návějí, vliv okolního terénu a vzdálenost sousedních staveb na charakteristickou hodnotu zatížení sněhem na střeše, která je dána zatížením na metr čtvereční půdorysné plochy střechy.
Pro jednoduché tvary pultových a sedlových střech, kde není bráněno sesouvání sněhu, se zatížení uvažuje do sklonu 60°. Tvarový součinitel lze určit v závislost na úhlu podle následujícího grafu.
Stanovení účinku větru na stavební konstrukce podle normy ČSN EN 1991-1-4 je poměrně složité a vyžaduje stanovení řady dílčích parametrů. V následujícím textu je uveden zjednodušený postup pro stanovení účinku větru pro jednoduché pozemní stavby.
Základním údajem pro stanovení účinku větru je jeho základní výchozí rychlost. Ta je stanovena pro určitou geografickou polohu v České republice podle mapy pro jednotlivé větrné oblasti. Je to desetiminutová střední rychlost s roční pravděpodobností překročení p = 0,02 ve výšce 10 m nad plochým terénem. ρ = 1,25 kg/m3 … měrná hmotnost vzduchu - hodnoty qb pro jednotlivé větrné oblasti jsou uvedené v tab.
Dalšími faktory, které ovlivňují zatížení větrem, je tvar a drsnost terénu v okolí stavby. Okolní terénní útvary jako kopce, hřebeny, terénní zlomy (tzv. orografie) výrazně ovlivňují proudění vzduchu. Pro určení vlivu drsnosti terénu se rozlišují kategorie terénu podle následující tab. Referenční výška nad terénem ze, ve které se zjišťuje účinek větru, se uvažuje v intervalu zmin ≤ ze ≤ 200 m - viz tab. Maximální dynamický tlak qp(ze) v referenční výšce ze lze stanovit z grafu na následujícím obr.
Zatížení větrem se uvažuje jako tlak nebo sání kolmo na uvažovanou plochu střechy nebo fasády, případně jako tření proudu vzduchu o danou plochu ve směru této plochy. V následujících tab. jsou uvedeny součinitele vnějšího tlaku na ploché, pultové a sedlové střechy a pro úplnost též na svislé fasády tvarově jednoduchých budov. Účinek větru v daném místě pláště budovy se určí jako součin maximálního dynamického tlaku větru qp(ze) pro referenční výšku ze a součinitele vnějšího tlaku cpe.
Pro jednotlivé oblasti vnější plochy stavby jsou tvarové součinitele uvedeny ve dvou hodnotách - cpe,10 a cpe,1. První z hodnot cpe,10 platí pro referenční plochy o velikosti 10 m2 a větší. Tato hodnota je menší než hodnota druhá cpe,1, platící pro referenční plochu do 1 m2 včetně.
Příklad: Určete rozložení tlaku větru na vnější plášť jednoduchého objektu se sedlovou střechou, umístěného v Plzni v rovinatém terénu otevřené krajiny. Plzeň - II. větrná oblast. Rovinatý terén, v nízké zástavbě kategorie terénu III - viz tab. výška nad terénem h ≈ 10 m - viz obr. Oblast pláště budovy- tab.
Krovy
Krov je nosná konstrukce šikmé střechy (sklon 10-45°) a strmé střechy (sklon > 45°). Jednotlivé krokve se opírají v patě o pozednice nebo jsou zakotveny do vazného trámu a vzájemně se opírají ve hřebeni. Při rozpětí L < 12 m (hospodárné L ≤ 8 m) se navrhují krokve z řeziva, při větších rozpětích lepené nosníky apod.
Hambalkové krovy
Pro zmenšení rozpětí krokví je vložený hambalek v každém páru krokví (popřípadě více hambalků v patrech), která rozpírá krokve pro svislé zatížení - hambalek je tlačený prvek.
- rozpětí ℓ = 7,0-14,0 m
- vlastní tíha g = 65 kN/m2 plochy střechy
- zatížení hambalků v = 1,00 kN/m2
- výška do 20 m nad terénem
- II. oblast
Hambalky se zpravidla navrhují zdvojené, u starých krovů bývají jednoduché, začepované do krokví. V rovině hambalků není krov vyztužen, na nesouměrné zatížení hambalek zajišťuje pouze stejný průhyb krokví.
Vaznicové krovy
- vlastní tíha g = 0,65 kN/m2
- výška do 20 m nad terénem
- II. oblast
Vrcholová vaznice je namáhána jen svislými silami, zároveň proti vodorovným silám se vzájemně podepírají krokve. Mezilehlé vaznice jsou namáhány svislými i vodorovnými silami.
- rozpětí vaznic ℓv = 3,0-6,0 m
- zatěžovací šířka vaznic B = 2,0-5,0 m
- vlastní tíha střechy 0,65 kN/m2
- výška do 20 m nad terénem, vaznice vítr nepřenáší
- na úrovni vaznic není zatížená podlaha
- II. oblast
Vlašské krovy
Konstrukce krovů vlašské soustavy patří mezi nejstarší a byly používány již ve starém Římě pro střechy s malým sklonem (v = 1/5-1/4 rozpětí), to je α = 21,8-26,5°. Mohou se používat nad jednoduchými půdorysy větších rozponů s tvarem střechy sedlové nebo pultové. Střešní konstrukce této soustavy se vyznačují jednoduchostí a menší spotřebou dřeva.
Vlašské krokve (vazničky) se u této soustavy umísťují rovnoběžně s okapovou hranou, jejich rozpětí se pohybuje 4-5 m, vzájemné vzdálenosti krokví jsou obvykle mezi 0,8-1,0 m. Krokve se kladou na vzpěry (horní pasy) vazníků, které se zapouštějí do krokví (vazniček) na hloubku 20 mm. Proti pootočení se vazničky mohou zapřít špalíky (zvanými pachole) přibitými na vzpěry. Běžné krokve jsou obdélníkového průřezu, hřebenová krokev má pětiúhelníkový průřez a okapová lichoběžníkový.
- vlastní tíha střešního pláště g = 0,75 kN/m2 (těžká krytina)
- vlastní tíha střešního pláště g = 0,30 kN/m2 (lehká krytina)
- nezateplená střecha (mimo samonosný pohled zavěšený přímo na vazníky)
- výška do 20 m nad terénem
- II. oblast
Plné vazby (vazníky)
Nosnou konstrukcí vazníků - plných vazeb - jsou věšadla z hranolů, jejichž tvar a profily se řídí rozpětím, v klasickém provedení mají zpravidla trojúhelníkový tvar. V pozdějším období se používaly i kombinace dřevěných prvků s ocelovými táhly popřípadě i litinovými vzpěrami. Plné vazby (vazníky) se osazují ve vzdálenostech 4-5 m a jejich profily a spoje se navrhují na základě statického výpočtu. V podélném směru jsou vazníky vzájemně vyztuženy ondřejovými kříži případně i jiným tvarem zavětrování. Zavětrování se čepuje buď ve svislé rovině do věšáků, nebo v šikmé rovině do obrysových vzpěr vazníků.
Ploché střechy
Z hlediska nosné konstrukce je plochá střecha obdobná stropu v běžném podlaží a liší se pouze velikostí zatížení. Stropní konstrukce se skládají z nosné stropní desky, ze stropních nosníků, průvlaků, podlahy a podhledu.
Při rozhodování o volbě stropní nosné konstrukce bereme mimo jiné zřetel na její rozpětí. Každému druhu stropní konstrukce odpovídá doporučený rozsah rozpětí, ve kterém je vhodné konstrukci navrhovat.
tags: #osb #nosníky #nosnost #tabulky