Nosné konstrukce krovů - cvut.czkps.fsv.cvut.cz/upload/files/02_krov1_130303_kp3c.pdfVlašský...

Návrh nosné konstrukce šikmého zastřešení 1 Vladimír Žďára, FSV ČVUT Praha 2013

Nosné konstrukce krovů


Výhody šikmých střech

Minulost:

Šikmé střechy v minulosti představovaly jediné možné řešení zastřešení

(existovaly pouze skládané krytiny)

V podstřešním prostoru se skladovalo seno

(chovali jsme koně a seno dobře tepelně izolovalo)

Současnost:

Známe spolehlivá řešení povlakových krytin

Známe účinné tepelné izolace

Podstřešní prostor využíváme pro bydlení, …

Proč se šikmé střechy stále navrhují ?


Příklady konstrukcí šikmých (sklonitých) střech


Příklad


Okrajové podmínky návrhu Rozmanitost konstrukcí je důsledkem rozmanitých okrajových podmínek

Okrajové podmínky:

Půdorys konstrukce

Rozpon

Tvar střechy a způsob odvodnění

Podmínky podepření

Požadovaný vnitřní prostor

Střešní krytina

Dílčí úpravy (okna, vikýře, komíny, schodiště)

Sklon střechy


Typy střech podle geometrie

a) pultová střecha, b) sedlová střecha, c) polovalbová střecha, d) valbová střecha, e) stanová střecha, f) mansardová střecha g) polovalbová střecha, h) pilová střecha


Části střešní plochy

1- hřeben, 2- okap, 3- nároží, 4 – úbočí, 5 – štít, 6 - sběžiště


Řešení geometrie šikmých střech

řešení tvaru střechy je základní geometrická úloha deskriptivní geometrie

řešení vychází z požadavků stejných sklonů a stejné úrovně okapů, zakázaných hran


Vliv střešní krytiny na návrh nosného systému

tíha krytiny (vliv na dimenze a vzdálenosti vazeb)

způsob podepření

o bednění (prkna, OSB) - neúnosné krytiny, plech, živičné šindele, břidlice, šindele

o latě (30/50, 40/60) - běžné krytiny, keramické a betonové tašky

o vaznice (nebo vlašské krokve) - vlnité plechové krytiny, sendvičové panely, sláma (vodorovné krokve)

latě i vaznice musí být orientovány vodorovně


Poznámka ke starším učebním podkladům

Co se za 100 let změnilo ?

využití podstřešních prostor

(vazný trám a sloupky někdy překáží)

zvýšila se cena práce (pracné spoje)

nemáme velké trámy

máme kovové spojovací prvky

máme lepené dřevo, …

umíme dimenzovat krovy

umíme dělat lepší auta

Podle: Kupilík, V.: Střechy. SIA Praha 1997


Materiálové varianty krovů Konstrukce vázané

nehraněné řezivo prvky spojované vázáním (lýko, liany, provaz, drát)

Tesařsky vázané konstrukce

tesané, řezané hranoly a trámy a tesařské spoje (zářezy, čepy, kolíky, ..)

Technologicky pokročilé konstrukce

lepené dřevo, materiálově kombinované, spoje NC, spoje


Základní typy konstrukcí

jedno, dvou a třístupňové konstrukce – krokevní, vlašské a vaznicové

závislost na rozponu

způsob ukládání krytiny


Jednostupňová konstrukce


Prostá krokevní soustava dva trámy spojené ve vrcholu kloubem

neposuvné podepření


Porovnání lomeného nosníku a krokevní soustavy

ohybový moment na přímém a lomeném nosníku jsou stejné

ohybový moment nezávisí na tvaru nosníku

vodorovným podepřením vzniká tlakové působení

krokve se ve vrcholu vzájemně podepírají a tím zmenšují rozpon na 1/2

ohybový moment se oproti lomenému nosníku sníží na 1/4


Prostá krokevní soustava – osová a vodorovná síla

Krokve se ve vrcholu vzájemně podepírají

Rozkladem svislé reakce ve vrcholu do šikmých složek vznikají v krokvích osové síly

Vodorovná síla je vodorovná složka osové síly (je konstantní)

Vodorovná reakce je při vertikálním zatížení rovna vodorovné síle

Velikost osových a vodorovných sil závisí na sklonu krokve


Prostá krokevní soustava - podíl vodorovných reakcí na přenosu svislého zatížení

tlaková čára


Prostá krokevní soustava - zachycení vodorových reakcí

uzavřené, otevřené a spojité systémy podepření (obecný systém)

zachycení reakce ohýbanou konstrukcí (M), rozkladem sil (N), smykovou konstrukcí (Q)


Časté chyby kotvení (princip slabého článku řetezu)

nedostatečné kotvení krokve k pozednici

nedostatečné kotvení pozednice k věnci

nedostatečné kotvení věnce ke zdivu

nedostatečná únosnost zdiva


Řešení valeb a nároží u krokevních soustav


Příklad řešení (tradiční konstrukce)

1- krokev, 2- vazný trám, 3- námětek, 4- zavětrování, 5- pozednice, 6- stropní konstrukce, 7-kotvení


Hambálková soustava hambálek redukuje ohybové namáhání krokve


Hambálková soustava – působení hambálku pro svislé zatížení

Konstrukce kombinuje tlakové působení a ohyb

Tlačená konstrukce tvořená spodní částí krokví a hambálkem tvoří pro svislé zatížení podporu krokve (a tím redukuje moment)


Porovnání lomeného nosníku, krokevní soustavy a hambálku

prostý nosník, resp. lomený rám

nosník o dvou polích, resp. prosté krokve

spojitý nosník o čtyřech polích, resp. hambálková soustava


Vliv polohy hambálku na velikost vodorovné reakce

charakter síly v hambálku závisí na jeho výšce (nahoře je tlačený, dole tažený)

hambálková střecha v sobě spojuje dvě tlačené konstrukce (horní a dolní)

hambálek tvoří pro horní táhlo a pro spodní rozpěru (výsledné působení je součet dílčích působení)


Na čem závisí velikost vodorovné reakce hambálkové konstrukce?

na poloze hambálku, tuhosti krokve a tuhosti vodorovného podepření

hambálek je staticky neurčitý

vnitřní síly závisí na tuhostech


Hambálková soustava při horizontálně netuhém podepření

Jedná se zpravidla o chybu v návrhu nebo provedení podpor

Netuhé uložení omezí podíl vodorovné síly na přenosu zatížení

Zatížení je přenášeno více nebo zcela rámovým působením (méně tuhé a méně únosné)

Není-li zachycena vodorovná síla (např. třením), je moment stejný jako na prostém nosníku shodného rozpětí !!


Prosté krokevní a hambálkové soustavy na velká rozpětí

1- lepená plnostěnná krokev, 2- vzpinadlová krokev, 3- příhradová krokev


Působení krokevní a hambálkové soustavy při vodorovném zatížení

samostatné působení krokví u prosté krokevní soustavy

spolupůsobení dvojic krokví u hambálku

neposuvný hambálek může působit jako vodorovně tuhý nosník a přenášet zatížení do štítů, ..


Konstrukční řešení tuhého hambálku

hambálek je vodorovný nosník přenášející zatížení větrem (tlak a sání) do podpor (štít, ..)

nosník musí mít pásnice a smykové spojovací prostředí (deska, diagonály)

viz: principy nosníku


Konstrukční („nepravá“) vaznice vložená do vrcholu hambálku

vaznice nepodepírá hambálky (nemá vliv na přenos svislého zatížení)

jedná se o konstrukční ztužení (zajištění spolupůsobení hambálků)

viz princip „pojišťovny“

vaznice může být použita pro řešení atypických míst (valby, rohy, ..)


Vliv tuhosti hambálku na velikost vodorovné reakce

tuhý hambálek a krokev redukují vodorovnou sílu

princip zmrzlé jitrnice


„Progresivní“ hambálková soustava

Vliv svislé stojky na charakter namáhání hambálku (domácí úkol pro studenty)


Ukázka tradičního řešení


Ukázka progresivního řešení


Dvoustupňová konstrukce


Co mají společného ?

Pražský groš (Václav II 1300)


Vlašský krov

vlašská krokev = horizontálně orientovaná nosná vazba může být řešena libovolně


Soustavy s vodorovnými krokvemi

dvoustupňová soustava (pravá)

jednostupňová soustava s krokvemi opřenými na štítech

jednostupňová soustava s falešnými vlašskými krokvemi opřenými na běžných krokvích


Tradiční formy


Příklad: Konstrukce na bázi oceli


Moderní formy

příhradové vazníky – obdobné řešení jako u halových konstrukcí

vyžaduje únosnou krytinu nebo plošné bednění


Poznámka k terminologii

u krovu je krytina (resp. její podkladní vrstva) nesena krokvemi

u halové konstrukce je krytina nesena vaznicemi


Třístupňová konstrukce


Optimalizace uspořádání

Okrajové podmínky návrhu (tvar, rozpon, krytina, zatížení, …)

Proměnné parametry (typ topologie, dílčí rozměry x1, x2, x3, typy dílčích konstrukcí 1,2,3)

Multikriteriální hodnocení variant (cena, vzhled, …..)

Prohledávání možných variant a hledání nejlepší varianty (7-mi rozměrný prostor parametrů)


Optimalizace pomocí heuristik

bakalářská práce Folta


Optimální profil ohýbaných průřezů

pro vázané krovy je nejlépe ponechat celý průřez

pro tesařsky vázané krovy nutno profil ohranit

optimální poměr šířka/výška .....5/7 (maximální únosnost při daném průřezu)

(optimalizační úloha)


Vaznicové soustavy krovu – návrh krokví

princip spojitého podepření

maximální rozpon pro běžné průřezy krokví 4,5 m (empirická hodnota)


Vaznicové soustavy krovu – návrh krokví

pro běžné profily a vzdálenosti krokví je mezní vzdálenost krokví 4,5m

mezní přesah krokve u okapu je 1,5 m

maximální vzdálenost od poslední vaznice nepodepřenému vrcholu

krokve je 2,5 m

rozměry závisí na zatížením a profilu krokve


Vznik osové síly v krokvi ve vrcholu konstrukce

osová síla v vzniká, není-li vrchol podepřen vaznicí

krokve se vzájemně podepírají a svislé reakce se rozkládají do osových sil

dtto jako u prosté krokevní soustavy

vodorovné síly lze zachytit kleštinou nebo v podpoře


Podepření krokve na vaznici (princip kočárku)


Uložení krokví na vaznici

čepování vaznic ve vrcholu

osedlání vaznic na krokve

uložení na pozednici


Návrh vaznic vaznicových soustav

o uložena na plných vazbách nebo na štítu

o běžné řešení (materiál, profil, rozpon)

o varianty uložení vaznic (redukce rozponu)

o možné materiálové varianty vaznic


Příklad uložení vaznice na sedlo a na pásky (historické krovu)


Uložení vaznic a krokví


Hlavní vazba


Varianty hlavní vazby vaznicové soustavy

vazba se svislými sloupky (stojatá stolice)

vazba se šikmými sloupky (ležatá stolice)

vazba se vzpěradlem

vazba s věšadlem


Vzpěradlo


Vzpinadlo

Zoarville bridge station

Albert Fink truss was designed (Germany,1860)

http://en.wikipedia.org/wiki/Germany


Typy vzpínadel

nosník je podepírán vzpěrami opřenými o táhlo

síla ve vzpěře může vzniknout pouze při zalomení táhla


Statická neurčitost a působení vzpinadla

staticky neurčitá konstrukce nosník a dvojice táhel se stejnou deformací


Věšadlo

Foto: A. Lokaj


Věšadlo

staticky neurčitá konstrukce nosník a dvojice táhel se stejnou deformací


Příklady řešení plných vazeb

Podle: Kupilík, V.: Střechy. SIA Praha 1997


Soustava s vazným trámem (stojatá stolice)

úplné schéma soustavy se všemi prvky

uložení vazného trámu (tradiční řešení), střední podpora

šikmé vzpěry (příčná tuhost)

pásky (podélná tuhost)

kleštiny (příčná tuhost, vodorovná reakce od pozednice, profil)

půdní nadezdívka, pozednice , kotvení

nahrazení vazného trámu stropní konstrukcí


Tradiční řešení


Vazba se šikmými vzpěrami a rozpěrou (ležatá stolice)

o úplné schéma soustavy se všemi prvky

o vzpěra a rozpěra – namáhání profil

o spojení s krokví – barokní krovy

o detaily spojů


Uložení vzpěry na vazném trámu a detaily


Vazba se zavěšeným vazným trámem (věšadlo)


Podrobnosti uložení vaznic a krokví


Konstrukce mansardové střechy


Řešení nároží a valby

krokevní a hambálkové soustavy

vaznicové soustavy

uzavřený vaznicový věnec


Řešení střech složitějších půdorysů

o vhodnější jsou krovy vaznicových soustav

o uzavřený vaznicový věnec


Řešení střech s velkou hloubkou

akustické a požární požadavky na mezistrop (požární, akustické)

samostatná nosná konstrukce nesoucí krokev či celý krov


Konstrukce mansardové střechy

Nosné konstrukce krovů - cvut.czkps.fsv.cvut.cz/upload/files/02_krov1_130303_kp3c.pdfVlašský...

Documents

Transcript of Nosné konstrukce krovů - cvut.czkps.fsv.cvut.cz/upload/files/02_krov1_130303_kp3c.pdfVlašský...