Pozemní stavitelství I Vysoká škola technická a ekonomická v Českých Budějovicích Institute of Technology And Business In České Budějovice

Tento učební materiál vznikl v rámci projektu "Integrace a podpora studentů se specifickými vzdělávacími potřebami na Vysoké škole technické a ekonomické v Českých Budějovicích" s registračním číslem CZ.1.07./2.2.00/29.0019. Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky.

Kapitola 1: Konstrukční systémy I - vícepodlažní stavby

Legenda Klíčové pojmy Cíle kapitoly Čas potřebný ke studiu kapitoly stěnový konstrukční systém, skeletový konstrukční systém, kombinovaný konstrukční systém, krabicový konstrukční systém, superkonstrukce, primární systém, sekundární systém Cíle kapitoly ujasnit si přednosti a nedostatky stěnového, skeletového a kombinovaného konstrukčního systému a seznámit se se základním principem superkonstrukce. Čas potřebný ke studiu kapitoly 14 hodin

1.1.Konstrukční systémy vícepodlažních budov U objektů s větším počtem podlaží jsou určujícími prvky konstrukčního systému svislé nosné konstrukce (stěny, pilíře, sloupy). Konstrukční systémy budov s větším počtem podlaží mohou být nejčastěji: Stěnové Skeletové Kombinované Podle polohy svislých nosných konstrukcí v budově se rozlišují systémy: Podélné (nevýhodou je znesnadnění vedení instalací a zastiňování místností) Příčné (mají velkou tuhost) Obousměrné

1.1.1. Konstrukční systém stěnový Typickým prvkem tohoto systému je stěna (deska). Sama o sobě je stabilní jen ve směru podélném, stabilita kolmo na tuto plochu je snížena vlivem snížení hmotnosti prvku a zmenšením základny. Z tohoto důvodu lze desku proti ztrátě stability zabezpečit tím, že jich několik vzájemně o sebe opřeme. Nicméně ještě musíme vyřešit šikmý tlak vzniklý kombinací dvou tlaků působících rovnoběžně s dvojicemi desek, který by mohl celou soustavu desek deformovat. Tomu lze zabránit dvojím způsobem: Vložením diagonál dimenzovaných úměrně tlaku Horizontální deskou spojenou se stěnami (deskami), ta pak převezme funkci výztužných diagonál Podle toho lze definovat princip konstrukčního stěnového systému tak, že: Je tvořen deskami ve třech navzájem kolmých rovinách. Nemusí však jít jen o tři roviny na sebe kolmé, ale obecně i v jiných vzájemných úhlech. To ještě nemusí jít o desky čtyřúhelníkové, ale mohou mít obecně tvar trojúhelníka, pětiúhelníka apod. podmínkou je prostorové rozložení ve třech rovinách. Desky jsou mezi sebou neposuvně spojeny. Může se jednat o spojení pevné (vetknutí) nebo kloubové. Při vetknutí jednoho prvku do druhého zůstává úhel, který svírají, stálý i při předpokládaném namáhání (např. železobetonový trám a průvlak). Kloubem se spojují dva prvky tak, že se vzájemně nemohou posunout, ale mohou se pootočit (např. deska stropu opírající se přes kloub o sloup). Protože obvykle jde o rozmístění desek v rovinách vzájemně kolmých, vytváří se jimi jakási krabice, a proto se někdy používá i označení krabicový konstrukční systém.

1.1.1. Konstrukční systém stěnový Konstrukční systém stěnový - podélný (šipky vyznačují směr pnutí stropů) Doc. Ing. Václav Kupilík, CSc. a Ing. Karel Sedláček, PhD. – skripta Pozemní stavitelství I

1.1.1. Konstrukční systém stěnový Konstrukční systém stěnový - příčný (šipky vyznačují směr pnutí stropů) Doc. Ing. Václav Kupilík, CSc. a Ing. Karel Sedláček, PhD. – skripta Pozemní stavitelství I

1.1.1. Konstrukční systém stěnový Konstrukční systém stěnový - obousměrný (šipky vyznačují směr pnutí stropů) Doc. Ing. Václav Kupilík, CSc. a Ing. Karel Sedláček, PhD. – skripta Pozemní stavitelství I

1.1.2. Konstrukční systém skeletový Jak naznačuje pojem skelet (kostra), jde o další stupeň koncentrace konstrukčního materiálu na nejnutnější nosnou strukturu stavby. Principem skeletového systému je důsledné použití tyčových prvků (sloupů, trámů neboli stojek a příčlí) rozmístěných ve třech na sebe kolmých směrech a vzájemně spojených vetknutím. Vyjmeme-li z celé skeletové soustavy základní skladebnou jednotku, tvoří ji tři prvky - dva sloupy a jeden trám. Tato jednotka je skeletovým rámem.

1.1.2. Konstrukční systém skeletový Systém skeletové soustavy z hlediska statiky  Na skeletovém rámu je možno objasnit základní účinky zatížení, a to tak, že lze sledovat deformaci osových čar, a to za různých směrů zatížení (svisle či horizontálně) a různých způsobů upevnění rámu k podloží. Nejběžnější jsou případy reprodukující vetknutí do podlaží tím, že jednotlivé rámy nad sebou jsou spojeny opět vzájemným vetknutím. Tak je možno vytvořit patrový rám o jednom poli. Řazením vedle sebe by vznikl patrový rám o více polích a konečně řazením v prostoru a ve třech rovinách vzájemně kolmých - dvou svislých a horizontální - vzniká konečná představa prostorového rámu. V této formě je již schématem stavební konstrukce. Z předchozích poznatků lze odvodit: Zatížení kteréhokoli prvku skeletu jednotlivě, uvádí do akce skelet jako celek. Účinek zatížení prvku se sice roznáší na celou soustavu, ale míra tohoto účinku klesá z prvků sousedních na vzdálenější Každý z prvku skeletu, ať sloup nebo trám, je namáhán ohybem. Skeletová konstrukce je obdobou stěnové s tím, že stěny jsou nahrazeny rámy. V důsledku toho ve srovnání se stěnovým systémem je skeletový méně tuhý (měkčí). Systém skeletové soustavy od rámu až k prostorovému pojetí

1.1.2. Konstrukční systém skeletový Konstrukční systémy skeletové (vlevo podélný, uprostřed příčný a vpravo obousměrný) Konstrukční systém skeletový - podélný (šipky vyznačují směr pnutí stropů)

1.1.2. Konstrukční systém skeletový Konstrukční systém skeletový - příčný (šipky vyznačují směr pnutí stropů) Konstrukční systém skeletový - obousměrný (šipky vyznačují směr pnutí stropů)

1.1.2. Konstrukční systém skeletový Konstrukční systémy skeletové (vlevo hřibový a vpravo bezprůvlakový)

1.1.2. Konstrukční systém skeletový Konstrukční systém skeletový - hřibový (šipky vyznačují směr pnutí stropů) Konstrukční systém skeletový - bezprůvlakový (šipky vyznačují směr pnutí stropů)

1.1.3. Konstrukční systém kombinovaný Vzájemné porovnání konstrukčních systémů ukazuje přednosti či nedostatky jednotlivých systémů. Jednou je to výrobně méně náročné zabezpečení prostorové tuhosti, jindy větší uvolnění užitkového prostoru, nebo větší možnost mechanizace výroby apod. Využít přednosti a potlačit nevýhody jednotlivých systémů vede k jejich kombinaci. Tím vzniká systém, v němž každá složka si podržuje vlastnosti nového systému nezměněně, nebo vzniká nová varianta známých systémů. Těchto kombinací je nespočet, níže jsou uvedeny jen ty nejčastější. Konstrukční systémy kombinované (vlevo příčné stěny, vpravo stěny využiti ve středových jádrech)

1.1.3. Konstrukční systém kombinovaný Konstrukční systém kombinovaný - podélný (šipky vyznačují směr pnutí stropů) Konstrukční systém kombinovaný - obousměrný (šipky vyznačují směr pnutí stropů)

1.1.4. Superkonstrukce Superkonstrukce je nový výraz pro zvláštní, většinou ještě perspektivní, dvoustupňové konstrukce staveb, zejména staveb vysokých. Konstrukční soustava je rozdělena na dva řádově různé nosné systémy. Hlavní nosný systém (primární, nadřazený) - superkonstrukce vynáší sekundární nosný systém. Sekundární systém skeletový nebo stěnový, s běžným rozponem, anebo perspektivní závěsný systém přenáší lokální účinky zatížení na superkonstrukci. Superkonstrukcí může být skelet velkých rozměrů (superskelet) nebo mohutné centrální jádro (věž) s velikými konzolami, popř. jiná zvláštní konstrukce. Základním principem staveb se superkonstrukcemi je soustředění zatížení do co nejmenšího počtu svislých podpor a tím podstatné uvolnění dispozice a vylehčení stavby. K použití superkonstrukci vede hlavně dnešní vzrůstající potřeba budovat účelným a ekonomickým způsobem i velmi vysoké věžové stavby, které dovolují větší využití pozemku a inženýrských sítí, větší soustředěnost výstavby a menší rozsah zemních prací a základových i střešních konstrukcí vzhledem k objemu budovy.

1.1.4. Superkonstrukce U mnohých takových staveb se stále více žádá souvislý prostor, co nejméně rušený svislými podporami v 1. podlaží, zatímco v horních podlažích stačí normální rozpony. Právě to umožňují superkonstrukce. Kromě toho, tvoří-li superkonstrukci centrální nosné jádro, je i velmi vysoká skeletová stavba dobře zabezpečena proti vodorovným sílám větru, takže její sloupy jsou namáhány jen svislým zatížením a mohou být subtilnější. Superkonstrukce mají vyhlídky stát se v budoucnosti vyhledávanými konstrukcemi pro vysoké stavby především železobetonové. Zatímco u ocelového skeletu řešení statických problémů vysokých staveb a velkých rozponů nedělá valné potíže, klasický železobetonový skelet je ekonomicky omezen na 20 až 30 podlaží, protože při větší výšce dosahují sloupy příliš velkých průřezů (použije-li se tuhých komunikačních jader, je možno hospodárnou výšku zvětšit asi o 5 až 10 podlaží). Železobetonový skelet je však zatím materiálově i cenově dostupnější než ocelový a proto se pro velmi vysoké stavby jeví efektivní železobetonový superskelet, který bude pravděpodobně technicky opodstatněný asi od 30 podlaží a ekonomicky výhodný až při 50 nebo více podlažích. Nejprogresivnější řešení využívají superkonstrukci k uplatnění principu zavěšených (visutých) konstrukcí stropů a celých podlaží. Závěsný princip je založen na myšlence nahradit v konstrukci síly tlaku sílami tahovými, čili nepodporovat vodorovné konstrukce zespodu sloupy nebo stěnami, ale zavěsit je pomocí táhel na horní superkonstrukci, tj. na mohutné příčle superskeletu nebo konzoly vyložené z centrálního nosného jádra stavby. Existuje již množství provedených staveb se superkonstrukcemi a byla vypracována řada dalších různých teoretických variant, jimiž ovšem všechny možnosti těchto systémů nejsou ještě ani zdaleka vyčerpány.

1.1.4. Superkonstrukce Ukázka principu superkonstrukce - příklad č.1

1.1.4. Superkonstrukce Ukázka principu superkonstrukce - příklad č.2 Použité zdroje : Doc. Ing. Václav Kupilík, CSc. a Ing. Karel Sedláček, PhD. – skripta Pozemní stavitelství I

Legenda Studijní materiály Otázky a úkoly Základní literatura: HÁJEK, P. a kol. Konstrukce pozemních staveb 1. Nosné konstrukce I. 3. vyd. Praha: ČVUT, 2007. ISBN 978-80-01-03589-4. HANÁK, M. Pozemní stavitelství: cvičení I. 6. přeprac. vyd. Praha: ČVUT, 2005. ISBN 80-01-03267-1. Doporučené studijní zdroje: NESTLE, H. a kol. Moderní stavitelství pro školu i praxi. Praha: Sobotáles, Praha, 2005. ISBN:80-86706-11-7. LORENZ, K. Nosné konstrukce I. Základy navrhování nosných konstrukcí. 1. vyd. Praha: ČVUT, 2005. ISBN 80-01-03168-3. MATOUŠOVÁ, D., SOLAŘ, J., Pozemní stavitelství I. 1. vyd. Ostrava: VŠB TU, 2005. ISBN 80-248-0830-7. Otázky a úkoly 1) Z jakých prvků se skládá skeletový systém? 2) Proč je výhodné použití kombinovaného systému? 3) Pro jaké stavby je vhodné navrhnout superkonstrukci? 4) Z jakých dvou nosných systému se skládá superkonstrukce? 5) Co je hlavním úkolem primárního systému superkonstrukce?

Legenda Klíč k řešení otázek Použitá literatura Viz výklad. HÁJEK, P. a kol. Konstrukce pozemních staveb 1. Nosné konstrukce I. 3. vyd. Praha: ČVUT, 2007. ISBN 978-80-01-03589-4. HANÁK, M. Pozemní stavitelství: cvičení I. 6. přeprac. vyd. Praha: ČVUT, 2005. ISBN 80-01-03267-1. NESTLE, H. a kol. Moderní stavitelství pro školu i praxi. Praha: Sobotáles, Praha, 2005. ISBN:80- 86706-11-7. LORENZ, K. Nosné konstrukce I. Základy navrhování nosných konstrukcí. 1. vyd. Praha: ČVUT, 2005. ISBN 80-01-03168-3. MATOUŠOVÁ, D., SOLAŘ, J., Pozemní stavitelství I. 1. vyd. Ostrava: VŠB TU, 2005. ISBN 80-248-0830-7. Doc. Ing. Václav Kupilík, CSc. a Ing. Karel Sedláček, PhD. – skripta Pozemní stavitelství I