Konstrukční systém je celek, který je složen z navzájem propojených konstrukčních prvků a dílčích systémů, které vzájemně spolupůsobí a jsou ovlivněny vnějšími vlivy. Při navrhování konstrukčních prvků nosných systémů je klíčové mít na paměti, že ne všechny materiály dokážou přenášet všechny typy namáhání.
Typy nosných konstrukcí
Nosné konstrukce pozemních staveb lze rozdělit do několika hlavních kategorií:
1. Stěnové systémy
Základními svislými nosnými prvky stěnových systémů jsou stěny - plošné prvky, které jsou umístěné podélně, příčně, příp. dovy. Ve většině případů jsou stěny liniovými podporami pro stropní nosnou konstrukci. Kromě nosné funkce mohou stěny plnit funkci dělící, akustickou, tepelněizolační apod.
- Podélný stěnový systém: Má stěny rovnoběžné s podélnou osou budovy. Obvykle mívá 1-3 podélné trakty. Stropy se ukládají v příčném směru.
- Příčný stěnový systém: Má nosné stěny umístěné kolmo k podélné ose budovy.
- Kombinovaný stěnový systém: Využívá ztužující podélné stěny (vnitřní, tj. vnější).
Betonové monolitické stěny zajišťují stabilitu, zejména při krátkém rozponu traktů, a lze je navrhovat i pro větší rozpětí.
2. Skeletové systémy
Skeletové systémy převádějí zatížení z nosných stěn na pilíře nebo sloupy. Svislým nosným prvkem sloupového (skeletového) konstrukčního systému je sloup - prutový prvek. Skeletový systém zajišťuje vyšší variabilitu prostoru, avšak má menší prostorovou tuhost a je zapotřebí jeho ztužení - obvykle pomocí ztužujícího jádra, ztužujících vnitřních stěn či pomocí obvodových ztužidel.
Čtěte také: Jak vybrat správné rozměry a nosnost betonových překladů?
- Rámové skelety: Nejčastěji se navrhují jako rámová konstrukce. Příčné rámy mají průvlaky kolmé k podélné ose budovy. Jsou vhodné pro vyšší budovy, neboť dobře odolávají vodorovnému zatížení. Konstrukčním prvkem rámového skeletu je rám, který je tvořen dvěma sloupy a průvlakem. Stropní konstrukce je poté uložena na průvlaky, které dále přenášejí zatížení do sloupů. Typickým materiálem pro rámy je železobeton.
- Deskové skelety: Mají stropy podporované přímo sloupy. Jedná se obvykle o konstrukční systém tvořený deskou a sloupy - lokálně podepřená deska. V případě tohoto konstrukčního systému jsou sloupy opatřeny hlavicemi. Hlavice (viditelné, skryté) se navrhují v případě, že lokálně podepřená deska nevyhoví statickým požadavkům v předběžném návrhu, a tudíž by deska nešla vyztužit na protlačení v souladu s předepsanými předpisy. Hlavice zajistí plynulejší přenos zatížení z desky do sloupu, a tím sníží nadpodporové napětí v desce. Hlavice také zkracují rozpon desky - zmenšují její průhyb.
Sloupy (železobetonové, ocelové, dřevěné) skeletového systému plní funkci statickou. Ostatní kompletační konstrukce jsou zhotoveny většinou z lehkých materiálů a plní funkci tepelněizolační, akustickou, dělící, estetickou apod.
3. Kombinované systémy
Kombinované systémy jsou tvořeny kombinací konstrukčních prvků stěn a sloupů. Vodorovnému zatížení vzdorují primárně pomocí prvků umístěných v centru půdorysu objektu nebo po obvodě půdorysu.
Základové konstrukce
Základové konstrukce jsou klíčovou součástí každé pozemní stavby a patří do souboru geotechnických disciplín.
1. Plošné základy
Plošné základy jsou nejrozšířenějším typem základových konstrukcí. Jedná se o desky v místě sloupu, které zkracují rozpětí desek. Pod plošnými základy se vytváří homogenní hloubka pod základem.
2. Hlubinné zakládání
V případě potřeby lze použít tzv. mikropiloty, které jsou rozmístěné pod základy, případně v jejich nejbližším okolí. Materiálem pro hlubinné základy může být dřevo, beton, železobeton a ocel. Hlubinné zakládání je využíváno například u mostů, metro stanic a vodních elektráren. Ocelové konstrukce jsou nejkomplikovanější konstrukce.
Čtěte také: Betonové sloupy: klíčové aspekty
Zastřešení a střešní pláště
Nosná konstrukce střech závisí především na tvaru zastřešení, zatížení vlastní tíhou střešního pláště, nahodilým zatížením sněhem a větrem. Volba tvaru příčného řezu halové konstrukce závisí na jejím plánovaném využití.
1. Krovy
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.
a) Krokevní soustava
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.
b) Hambalková soustava
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. 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.
c) Vaznicová soustava
Vrcholová vaznice je namáhána jen svislými silami, zároveň proti vodorovným silám se vzájemně podepírají krokve. Mezilehlé vaznice jsou namáhány svislými i vodorovnými silami.
Čtěte také: Vše o Ytong nenosných příčkách
d) Vlašská soustava
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.
2. 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 se zohledňuje její rozpětí.
Doporučené rozpětí pro různé stropní konstrukce:
| Druh konstrukce | Minimální rozpětí (m) | Maximální rozpětí (m) |
|---|---|---|
| Stropní panely | 2.0 | 7.0 |
| Železobetonové desky | 3.0 | 9.0 |
| Dřevěné stropy | 2.5 | 6.0 |
3. Přetlakové haly
Přetlakové haly se stále vyvíjejí a patří mezi nejvíce používané. Pro vytvoření požadovaného přetlaku se používají ventilátory. Tyto konstrukce musí být zajištěny proti působení vztlaku a jsou vybaveny speciálními vchodovými konstrukcemi.
Zatížení nosných konstrukcí
1. Zatížení sněhem
Způsob stanovení zatížení sněhem je dán normou ČSN EN 1991-1-3. Postup spočívá v určení sněhové oblasti podle zeměpisné polohy, které přísluší charakteristická hodnota zatížení sněhem na zemi. 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°.
2. Zatížení větrem
Stanovení účinku větru na stavební konstrukce podle normy ČSN EN 1991-1-4 je poměrně složité a vyžaduje stanovení řady dílčích parametrů. Základním údajem pro stanovení účinku větru je jeho základní výchozí rychlost. Ta je stanovena pro určitou geografickou polohu pro jednotlivé větrné oblasti. Je to desetiminutová střední rychlost s roční pravděpodobností překročení p = 0,02 ve výšce 10 m nad plochým terénem. 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. 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.
Kategorie terénu pro určení vlivu drsnosti:
| Kategorie terénu | Popis |
|---|---|
| I | Otevřené moře, pobřežní oblasti, jezera, plochý a otevřený terén s nevysokou vegetací nebo bez vegetace a bez překážek. |
| II | Venkovské oblasti s řídkou zástavbou, lesy, zemědělské plochy. |
| III | Předměstské oblasti, průmyslové zóny, vesnice, nízká zástavba. |
| IV | Městské oblasti, hustá zástavba, vysoké budovy. |
Doplňkové konstrukční prvky a systémy
1. Ztužující jádra
Jádro je prvek tvořený navzájem propojenými stěnami, nejčastěji čtvercového či obdélníkového tvaru. Monolitická jádra vznikají propojením stěn ohraničujících komunikační prostory. Od pěti podlaží je hospodárné použití posuvného bednění.
2. 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.
3. Vetknuté sloupy
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.
4. Příhradová zavětrování
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.
5. Rámové konstrukce
Rámové konstrukce 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.
6. Stěny
Ztužující 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.
tags: #nosne #konstrukce #pozemnich #staveb #typy #priklady