Konstrukční systém je celek, který je složen z navzájem propojených konstrukčních prvků a dílčích systémů, které vzájemně spolupůsobí a jsou ovlivněny vnějšími vlivy. Svislé nosné konstrukce spolu s konstrukcemi vodorovnými vytvářejí rozhodující část nosného konstrukčního systému.
Typy konstrukčních systémů
Stěnové konstrukční systémy
Svislým nosným prvkem stěnového konstrukčního systému je stěna - plošný prvek. Ve většině případů jsou stěny liniovými podporami pro stropní nosnou konstrukci. Kromě funkce nosné mohou stěny plnit funkci dělící, akustickou, tepelněizolační apod. Primární funkce svislých konstrukcí je nosná a ztužující, kromě toho mohou svislé konstrukce plnit i další funkce, které lze nahradit nebo doplnit přídavnými materiály a konstrukčními prvky.
Svislé nosné konstrukce (stěny, sloupy, pilíře) přenášejí zatížení ze stropních konstrukcí, schodišť a střechy do základů. Zatížení je přitom rozloženo buď liniově (stěny, stěnové pilíře), nebo je koncentrováno bodově (sloupy). Z hlediska působiště je vnější zatížení situováno dostředně (centricky) nebo mimostředně (excentricky).
U štíhlých vysokých prutů (stěn) je rozhodující namáhání vzpěrným tlakem. O způsobilosti konstrukce potom rozhoduje možnost jejího vybočení ve směru menší tuhosti průřezu (menšího momentu setrvačnosti). Z tohoto důvodu je vhodné pro tyčové prvky namáhané vzpěrným tlakem volit takové průřezy, jejichž tuhost je ve všech směrech přibližně stejná, nebo zvolit konstrukční úpravu, při níž lze vybočení zabránit. Stěna nebo stěnový pilíř lépe odolávají účinkům vzpěru, jsou-li lomené, případně spojené s kolmo orientovanými prvky. Vybočení prvku závisí také na upevnění jeho konců.
Svislé konstrukce, u kterých je jeden z půdorysných rozměrů výrazně větší než druhý rozměr (stěny a stěnové pilíře), jsou schopny ve směru delšího rozměru (většího momentu setrvačnosti průřezu) přenášet i zatížení vodorovná. Prvek mající v určitém směru vysokou ohybovou a smykovou tuhost plní v konstrukci i funkci ztužující. Svislé konstrukce oddělující prostory s různou teplotou prostředí mohou zajistit tepelnou pohodu v těchto prostorech. Zlepšování tepelnětechnických vlastností materiálů zpravidla snižuje jejich pevnost, a tím i celkovou únosnost konstrukce. Svislé konstrukce (především stěny) mohou působit zároveň jako akustická izolace mezi jednotlivými prostory. Nosné konstrukce musejí být z hlediska bezpečnosti celého systému vytvořeny z nehořlavých materiálů nebo musejí být proti účinkům požáru chráněny. Stěnové konstrukce také mohou přímo oddělovat požární úseky a vytvářet chráněné únikové cesty.
Čtěte také: Výhody prefabrikovaných betonových hal
U stěnových systémů závisí efektivnost přenosu na vzájemném spojení stěn a na jejich případném oslabení otvory. V ideálním případě tuhého spojení se soustava stěn chová podle teorie pružnosti; smykové napětí od vodorovného zatížení v jejich fiktivním spoji má po výšce styku lineární trojúhelníkový průběh a tomu odpovídající normálové napětí v patě stěny.
V běžných případech, kdy ani stěna, ani vzájemné spojení stěn není nekonečně tuhé, se uplatňuje jednak vliv smykové poddajnosti dlouhých stěn, jednak vliv snížené tuhosti stěny otvory, reologickými vlastnostmi materiálu apod. Extrémním případem je potom vzájemné nespolupůsobení stěn, kdy každá z jejich dílčích částí se chová jako samostatný celek, a napětí, která její dílčí části přenášejí, jsou mnohonásobně vyšší než při teoretickém nekonečně tuhém spojení.
Jako příklad může sloužit ztužující stěna ve vícepodlažním montovaném objektu (např. panelový dům postavený před 40 lety). Styky mezi svislými panely byly v počátcích panelové výstavby navrhovány s hladkými bočnicemi bez smykových hmoždinek. Spojení se sousedními panely bylo realizováno pouze skobkou z hladké oceli v úrovni stropní konstrukce. Pokud skladbou stropních panelů nedojde ani k provázání svislého styku panelů a ve svislé zálivce mezi panely je smršťovací trhlina, liší se skutečné chování konstrukce od kdysi teoretického předpokladu spolupůsobení jednotlivých panelů. Tento stav je alarmující především u prováděných nástaveb na panelových domech. Se zvětšující se výškou objektu totiž stoupá i zatížení větrem a projektant nástavby musí zajistit, aby stávající konstrukce tato přídavná zatížení přenesla.
Sloupové (skeletové) konstrukční systémy
Svislým nosným prvkem sloupového (skeletového) konstrukčního systému je sloup - prutový prvek. Sloupový systém zajišťuje vyšší variabilitu prostoru, avšak tyto systémy mají menší prostorovou tuhost a je zapotřebí jejich ztužení - obvykle pomocí ztužujícího jádra, ztužujících vnitřních stěn či pomocí obvodových ztužidel. 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.
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. Jedná se obvykle o konstrukční systém tvořen deskou a sloupy - lokálně podepřená deska. V případě tohoto konstrukčního systému jsou sloupy opatřeny hlavicemi.
Čtěte také: Výhody prefabrikovaných betonových stupňů oproti tradičním metodám
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.
U prutových systémů přenášejí vodorovné účinky buď dvojice osových sil - tah a tlak (tzv. příhradové soustavy), anebo kombinace ohybového momentu a normálové síly (rámové soustavy). S ohledem na výšku budovy je nutná analýza vnitřních sil i z hlediska provádění montážních spojů.
U nízkých rámových soustav (u nás běžných cca 10 až 15 podlaží) bývá volen montážní spoj v místě minimálního (nulového) ohybového momentu podle svislého zatížení příčle (vlastní váha stropní konstrukce, podlahy, příčky, užitné zatížení) asi v její čtvrtině délky. Naopak u velmi vysokých budov (Sears Tower, 442 m) rozhoduje o dimenzích rámového rohu vodorovné zatížení. Montážní spoj příčle je potom volen s ohledem na průběh momentu od větru na příčli uprostřed rozpětí.
Při navrhování konstrukčních prvků nosných systémů mějte na paměti, že ne všechny materiály dokážou přenášet všechny typy namáhání. Prutový (tyčový) prvek, kde dominantním působením je tlak (tah) a ohyb. Sloup může být zatížen dostředně (v ose) nebo excentricky. Vierendeelův nosník je obdobně jako příhrada prvek složený z více prutů (obdélníkové otvory), kde kromě tlaku a tahu, respektive ohybu jako celek, dokáže přenášet ohybový moment ve styku příčle/stojka.
Klenba je typem obloukové konstrukce, která přenáší veškeré zatížení na ní spočívající, včetně své vlastní hmotnosti, šikmo do podpěr. Klenba je konstruována z kusových prvků cihelných, kamenných apod.
Čtěte také: Recenze a zkušenosti s prefabrikovanými garážemi
Jádro je prvek tvořený navzájem propojenými stěnami, nejčastěji čtvercového či obdélníkového tvaru. Vodorovnému zatížení vzdorují primárně pomocí prvků umístěných v centru půdorysu objektu. Vodorovnému zatížení vzdorují primárně pomocí prvků umístěných po obvodě půdorysu. Volba tvaru příčného řezu halové konstrukce závisí na jejím plánovaném využití.
Kombinované systémy
Kombinované systémy jsou tvořeny kombinací konstrukčních prvků stěn a sloupů. U kombinovaných systémů se často odděluje nosná a ztužující funkce. Některé svislé prvky, například sloupy, působí jako kyvné stojky, slouží pouze k podpoře stropních konstrukcí a nepodílejí se na zajištění prostorové tuhosti. Ta je přiřazena seskupení dalších svislých konstrukcí, jež jsou vzájemně propojeny a vytvářejí vnitřní nebo obvodová ztužidla.
Historie a vývoj výškových budov
Pojem „mrakodrap“ (anglicky skyscraper) se začal v souvislosti s vysokými budovami objevovat ve Spojených státech koncem 19. století. První vysoké budovy měly výšku do 100 metrů a svým vzhledem se nelišily od klasické městské zástavby. K výstavbě budov s takovou výškou se používala litina, do té doby netradiční materiál pro nosné konstrukce, později také konstrukční ocel nebo železobeton. Magickou výšku 100 metrů překonala budova Manhattanské životní pojišťovny (106,1 m) postavená v roce 1894 v New Yorku.
Pro srovnání, pokud by v té době byly při výstavbě uplatněny zásady tehdy v rakousko-uherské monarchii platného stavebního řádu, stěny budovy by musely mít tloušťku několika metrů. Teprve od počátku 70. let 20. století se začínají objevovat nové a vyšší budovy, a to nejen ve Spojených státech, ale i v asijských zemích.
Výškové budovy v České republice
Jedním z prvních výškových domů u nás byl tzv. Baťův mrakodrap, postavený v letech 1937 až 1938 jako sídlo ředitelství obuvnické firmy Baťa ve Zlíně. Budova má 13 pater a měří 77,5 metrů. Po druhé světové válce v roce 1954 byl v pražských Dejvicích v duchu socialistického realismu postaven hotel Internacionál (nyní Crowne Plaza Prague), dosahující výšky 88 metrů.
Výšky přes 100 metrů dosahují v Praze pouze dva objekty - budova administrativní budovy Motokovu (nyní City Empiria, výška 104 m, postaveno 1977) a bývalá, dosud nedokončená budova Rozhlasu (nyní City Tower, výška 109 m, výstavba od 1986). K českým specifikům jistě náleží i výškové obytné budovy postavené ze železobetonu a montovaných prvků. Jeden z nejvyšších montovaných obytných domů byl postaven v letech 1964 až 1967 v Praze 10.
S připravovanými urbanistickými studiemi, které budou specifikovat území se zastavitelností výškovými budovami v Praze, například po vzoru Vídně, se výstavba výškových budov našemu hlavnímu městu do budoucna zcela jistě nevyhne. Výškové budovy budou vždy tvořit dominanty, u kterých by měla konstrukčně-statická stránka tvořit součást koncepce architektonického řešení. Nerespektováním vlastností, jež jsou z hlediska statiky pro výškové budovy zásadní, se zvyšují finanční nároky na realizaci těchto staveb.
Významné světové výškové budovy
| Budova | Město, stát | Rok dokončení | Výška (m) |
|---|---|---|---|
| Manhattanská životní pojišťovna | New York, USA | 1894 | 106,1 |
| World Trade Center | New York, USA | 1971-1973 | 417 |
| Sears Tower | Chicago, USA | 1974 | 519 (včetně antény) |
| Petronas Tower | Kuala Lumpur, Malajsie | 1998 | 452 |
Historické památkově chráněné stavby
Historické památkově chráněné stavby tvoří významnou součást našeho kulturního dědictví a představují důležitý zdroj informací o naší minulosti. Způsob nakládání s památkami, jejich poznání, výzkum a dokumentace mohou také sloužit jako určité měřítko kulturní vyspělosti společnosti.
Kniha je zaměřena na komplexní problematiku historických a památkově chráněných staveb zděných, dřevěných, betonových a ocelových konstrukcí realizovaných do první poloviny 20. století. Ve 22 kapitolách čtenáři najdou mj. výsledky dlouhodobého experimentálního a teoretického výzkumu. Těžiště spočívá v analytickém přístupu a prevenci selhání nesprávně navržených rekonstrukcí.
tags: #prefabrikovane #konstrukcni #systemy #a #casti #staveb