asb-portal.cz - Odborný portál pro profesionály v oblasti stavebnictví

Progresivní koncepce rámové příčle

22.05.2008
I natolik fundamentální konstrukční úkol, jakým je ocelový skelet průmyslové či prodejní haly, lze oproti tradičnímu pojetí vyřešit originálně a úsporněji. Relativně novým východiskem pro stavbu kovových hal je částečně předepnutá rámová příčel s parabolickými pásy. Při její aplikaci vzniká z architektonického hlediska neotřelá, transparentní konstrukce, která zvláště v exponovaných prodejnách, jako jsou autosalony, výstavní prostory, hobby markety apod., vytváří elegantní, technicky čistý a zajímavý podhled. Konstrukce s tímto technickým řešením přitom může být až o třetinu levnější než skelet klasické haly s příhradovými vazníky.

Příčnou vazbu lehkých ocelových hal je obecně možné řešit buď s použitím vetknutých sloupů, vynášejících prostý nosník (obr. 1, první schéma), nebo za pomoci kloubově uložených sloupů rámově spojených s horizontální příčlí (obr. 1, druhé schéma). První pojetí má oproti druhému (rámové konstrukci) dvě zásadní nevýhody. Za prvé, vetknuté sloupy zatěžují základové konstrukce (většinou patky) velkým ohybovým momentem, na který je nutné patky dimenzovat. Za druhé, do přenosu svislého zatížení není zapojena tuhost sloupů (ohybový moment ve styčníku je roven nule) – roste tedy průhyb příčle. Přesto se rámová konstrukce často používá. Důvodem je jednoduchý detail napojení vazníku na sloupy umožňující použití příhradového vazníku, který je pro haly středních a velkých rozpětí nezbytností. Realizace rámového styčníku znamená z hlediska projektu, výroby i montáže komplikaci, jíž nevyváží statické výhody. 

Obr. 1


Nové technické řešení

Koncepcí, jež v sobě spojuje přednosti obou popsaných schémat, je rámová příčel s parabolickými pásy (obr. 2). Jedná se o lehký prutový prvek, rámově spojený s kloubově uloženými sloupy. Využívá tedy v maximální možné míře tuhost všech prvků konstrukce, aniž by při tom nevhodně zatěžoval základové patky. Z hlediska stavební mechaniky se jedná o Vierendeelův nosník, jehož parabolické pásy jsou navrženy tak, aby sledovaly průběh ohybového momentu na rámové příčli, zatížené rovnoměrným spojitým zatížením. Pás příčle díky tomu lze navrhnout poměrně subtilní a po celé délce konstantní, aniž by průřez zůstával v krajích nevyužit. Hmotnost příčle lze takto snížit až o třetinu v porovnání s klasickým příhradovým nosníkem.

Obr. 2


Při návrhu ocelových konstrukcí o rozpětí nad 10 m bývá zpravidla rozhodující mezní stav použitelnosti konstrukce, tedy průhyb v polovině rozpětí. Norma požaduje, aby maximální průhyb nepřesáhl hodnotu ðMAX = L / 250. S ohledem na velký podíl vlastní tíhy nosné konstrukce na celkovém zatížení se prosté zvětšování průřezu jednotlivých prvků ukázalo jako neefektivní. Míra využití materiálu klesala výrazně rychleji než průhyb v polovině rozpětí. Problém se vyřešil dodatečným předpětím lany Monostrand. Spodním pásem příčle bylo vedeno předpínací lano v ochranném plastovém obalu, které bylo po smontování konstrukce předepnuto. Účinky předpětí nadvýšily příčel do požadované polohy, v pásech vytvořily silovou rezervu, která je odčerpávána užitným zatížením v provozních stavech. Konstrukční detaily příčle jsou koncipovány pro levnou a rychlou výrobu při zachování požadované kvality, vzhledu a statického působení. Svislice Vierendeelova nosníku se na pásy vaří přímo, bez styčníkových plechů; styky montážních dílů jsou přesné, šroubované. Sloupy se do základů kotví s pomocí dodatečně provedených lepených šroubů, tedy bez náročné stavební připravenosti. Originálně je pojata i výměna v místě vynechaného sloupu, která umožňuje použít typický detail uložení příčle. Celá konstrukce tak tvoří jednoduchou, konstrukčně i esteticky čistou stavebnici.

Parabolické příčle vytvářejí zajímavý podhled.  Estetika přiznaných parabolických příčlí

Síla předpínacích lan

Aplikace předpětí je v oboru ocelových konstrukcí spíše výjimkou. Na rozdíl od betonu ocel „nese“ i v tahu, většina projektantů proto předpětí vnímá jako složitou a drahou technologii, bez výrazného přínosu. Opak je pravdou. Předpětí rámové příčle velmi efektivně vyřešilo potíže s jejím průhybem, aniž by negativně ovlivnilo nutné dimenze prvků. Účinky předpětí naopak odlehčují horní tlačený pás příčle, čímž zvyšují celkovou únosnost soustavy. Při posouzení ekonomické náročnosti předpínání je nutné si uvědomit, že pevnost předpínacích lan dosahuje 1800 MPa oproti 235 MPa běžné oceli. I lano malého průřezu (a hmotnosti) tak dokáže do konstrukce vnést velkou sílu. Správným trasováním lana lze za pomoci této síly s konstrukcí všemožně „čarovat“. 

Praktické uplatnění

Při realizaci dvojlodní haly autosalonu v Brně-Slatině byla navržena rámová příčel s parabolickými pásy o rozpětí 18,5 m, resp. 16,0 m, při statické výšce pouhých 500 mm, resp. 360 mm. Díky jednoduchému tvaru příčle, sloupů a všech detailů bylo možné obě haly (včetně nosné konstrukce mezipatra) o celkové hmotnosti 54 tun vyrobit za méně než tři týdny a kompletně smontovat za 7 dní. Výhodné statické působení, jednoduchá výroba, propracované detaily a rychlá montáž na stavbě se promítly i do celkové ceny stavby. Při zastavěné ploše 1 100 m2 bylo dosaženo ceny 3 300 Kč/m2, resp. 530 Kč/m3 obestavěného prostoru. Popsané řešení částečně předepnuté rámové příčle s parabolickými pásy představuje zajímavou alternativu klasických příhradových vazníků. Aplikace předpětí se v oboru ocelových konstrukcí jeví jako velmi efektivní a přínosné. V neposlední řadě jeho výhody spočívají ve snížení objemu vytápěného prostoru a zmenšení plochy opláštění. Technicky zajímavá konstrukce s osobitou krásou v plné míře využívá všech pozitivních vlastností oceli a otevírá nové možnosti v navrhování ocelových skeletů. Technické řešení, chráněné „Uznáním chráněného technického vzoru“, je dále rozpracováváno do uceleného výrobního programu. 


Ing. Petr Slepička
Foto a obrázky: archiv autora 

Autor absolvoval Fakultu stavební na Vysokém učení technickém v Brně, jeho článek na totéž téma byl oceněn prvním místem na mezinárodní konferenci Juniorstav 2006.

Komentáře

Prepíšte text z obrázku do poľa. Ak nedokážete text rozoznať, kliknite na obrázok.

Další z Jaga Media