CS202731B1 - Halová střešní konstrukce - Google Patents

Description

Vynález řeší zastřešení halových prostorů pozemních staveb s funkčním využitím prostorových střešních vazníků, sestavených z prefabrikovaných částí, případně předpjatých.

Současně používané střešní konstrukce halových objektů jsou různých systémů. Pro průmyslové haly jsou běžné příhradové a plnostěnné soustavy s rovinnými vazníky a systémem vaznic, s nasazenými světlíky vrchem, které s vlastní konstrukcí staticky nespolupůsobí. Dále se navrhují pilové a shedové konstrukce, sice s nejlepšími parametry osvětlení, ale značně nákladné. Jsou používány systémy s nasazenými shedovými rámy, nebo girlandovými vazníky na podélné průvlaky. Známé jsou i prostorové příhradoviny, s náročnou konstrukcí i montáží, přičemž hmotné diagonály stíní přímo v zasklení.

Vaznicové systémy všeobecně jsou náročné na spotřebu oceli i pracnost při montáži. Příhradové i girlandové vaznice jsou sice úspornější spotřebou oceli, ale podstatně pracnější. Jelikož jsou všechny systémy vaznic netuhé v rovině střechy, je nutné jejich vyztužení proti vybočení při netuhém střešním plášti. Jsou používány i bezvaznicové systémy se samonosným střešním pláštěm, který je však převážně řešen s použitím železobetonových předpjatých desek se značnou vlastní hmotností, s nepříznivým dopadem na ekonomii ocelové nosné konstrukce. Byly řešeny i hospodárné předpjaté prostorové vazníky profilu ve tvaru

202 731

202 731 písmene V, ale výrobně jsou pracné, a nevyhovují požadavku na vytvoření rovných podhledů. Dále jsou známé i prostorové vazníky příčného průřezu ve tvaru písmene A, sestavené ze dvou vzájemně skloněných rovinných příhradových vazníků s běžnými tuhými diagonálami. Běžně je montáž zastřešení z jednotlivých prvků nosných a výplňových na staveništi časově náročná, a doprava rozměrných dílů vazníků obtížná. U předpínaných vazníků zastřešení, kdy předpínací kabely jsou umístěny mimo jejich obrys, je při předpětí nepříznivě namáhán spodní pás vazníku vzpěrným tlakem.

Dále jsou pro haly omezeně používány efektivní visuté střechy lanové, nebo membránové, velmi však citlivé na deformace a poruchy při nesymetrickém zatížení, sséni nebo vztlaku od větru a rozkmitání. Pro aerodynamickou stabilizaci a zvýšení tuhosti se používá další soustavy předpínacích lan opačné křivosti vrchem, nebo spodem, s diagonální výpl ní nebo spojkami. Déle se používá i skořepinových konstrukcí, případně i předpjatých, nebo s vysokou vlastní hmotností, což je neekonomické pro dimenzování. Všeobecným problémem visutých střech je však vhodné zakotvení značných vodorovných tahů, kdy hospodárnost jejich použití u obdélníkových půdorysů je radikálně snížena náročným kotevním systémem. Problematické bývá i odvedení deštových vod z prověšených středů visutých střech. Závažným nedostatkem známých řešení zavěšených konstrukcí je i značná kubatura nevyužitelného a zbytečně vytápěného prostoru z důvodů zakřivení střechy a zasahující spodní soustavy předpínacích lan do vnitřního prostoru haly. Konstrukci visutých střech nelze prefabrikovat, pracnost montáže skládáním jednotlivých vrstev krytiny na soustavu lan je poměrně značná. Po obvodě zastřešení jsou nutná vodorovné ztužidla, přenášející reakce soustav lan do podporujících konstrukcí.

Výše uvedené nedostatky jsou odstraněny halovou střešní konstrukci podle vynálezu, jejíž podstatou je, že jednotlivé díly prostorových vazníků příčného průřezu ve tvaru písmene A jsou kloubově spínány a vynášeny v tuhých příčných vazbách, po čtvrtinách rozpětí nosnými lany, která jsou kotvena v tuhém horním pásu, a zavětrovacími vynášecími lany, kotvenými na vodorovných příčíich sloupů haly. Případně jsou nosná lana předepnuta při zavedeném předpětí zavětrovacích a vynášecích lan. Mezilehlá bezvaznicová pole zastřešení jsou známých systémů, a to z předpjatých skořepin, obloukových panelů, zavěšených membrán rovinných panelů nebo shedových částí. Mezilehlá pole s vlastními ztužidly jsou osazena u spodních pásů prostorových vazníků na příčné vazby, nebo jsou spojitě zavěšena přes plášt vazníku na jeho tuhý horní pás.

Střešní konstrukce podle vynálezu je výhodná tím, že snižuje vlastní hmotnost i celkovou pracnost konstrukce oproti používaným systémům, nebot všechny diagonály i spodní pásy vazníků jsou navrženy pouze z tažených, případně předpjatých, lan nosných nebo závětrovaeích. Počet prvků a styčníků střešního pláště je omezen kompletací plošných dílů ve výrobně.

Výhodně se uplatní značná statická výška vazníků, vyplývající z výhodného použití vazníků přímo jako světlíkových konstrukcí haly pro dosažení požadovaných parametrů denní202731 ho o8větlení. Ohybově tuhý, tlačený horní páe, je výhodně stabilizován proti vybočení tuhými trojúhelníkovými příčnými vazbami vazníku a oboustranně spojitě zavěšeným střešním pláštěm. Odpadá vodorovné vyztužení v rovině střechy, které je nahrazeno prostorovou soustavou nosných a předpinacích lan vazníku, který je vetknut v kroucení do příčle sloupu.

Podélné ztužení a torzní tuhost lze výrazně zvýšit podvěšením podélných nosníků jeřábových drah, případně podélnými předpí nadmi lany po celé délce hal, s koncovým kotvením do savětrovaclch ztužidel.

Zastřešení vykazuje při předpětí vyšší tuhost a stabilitu proti sání větru, rozkmitáni i nesymetrickému zatížení vůči visutým střechám) lze je proto navrhovat a minimální vlaatní hmotností, a odpadá klasický spodní systém napínacích lan se značnou ztrátou nevyužitelného prostoru.

Konstrukce reálně umožňuje efektivní v podstatě visuté zastřešení obdélníkových půdorysů hal, nejčastěji používaných z důvodů výrobní technologie.

Oproti bšžným prostorovým vazníkům profilu ve tvaru písmene V i vůči visutým střechám, umožní zastřešení rovný podhled β konstantní výškou pod vazník i plášť, požadovanou pro průmyslové haly, kdy nevyužitelný prostor je redukován pouze na prostor vazníků. Mimo funkci nosnou, osvětlovací a ztužující, lze prostoru vazníku využít i pro umístění pomocných a sociálních provozů, připadni energetických rozvodů ve střeše.

Systém umožní i zastřešení ramp konzolovým protažením předpjatých vazníků přes líc nosné svislé konstrukce ae značným vyložením.

Shedovým zastřešením s nižším sklonem prosklení je i přes redukovanou plochu zaručen maximální osvětlovací efekt, sníženy tepelné ztráty a je zamezeno prosluněni interiéru hal. Konstrukce vazníku, sestávající pouze ze subtilních lan, naprosto nestíní prosklení, které lze z prostoru vazníku čistit bez použiti mechanismů. V interiéru haly ee nosná konstrukce, totožná se světlíky, pohledově naprosto neuplatni. Tím se zlepší vzhled, omezí znečištění a údržba nátěry. Pro nosný systém vazníků lze výhodně použít i vyřazených jeřábových a těžních lan a vyeokou pevností a ohebností, ae zvýěeným modulem přetvárnoati.

Na připojených výkresech jsou uvedeny příklady provedení střešní konstrukce podle vynálezu. Ma obr. 1 je axonometrický pohled na část vícelodnl bezprůvlakové předpjaté střešní konstrukce. Mezilehlá pole jsou ve tvaru zavěšené membrány. Na obr. 2 je axonometrický pohled na krajni Ioí předpjaté konstrukce podle obr. 1 ae šikmým sloupem a kotvením šikmých lan v konstrukci obvodového přístavku; podélně je hala vyztužena drahou podvěených jeřábů. Na obr. 3 je montážní schéma seatavení vazníku z prostorových dílů po čtvrtinách rozpětí kloubově spojených příčnými vazbami. Na ohr. 4 je konstrukční schéma střešní konstrukce a mezilehlým polem z předpjaté skořepiny. Na obr. 5 je mezilehlé póle jako vyztužený obloukový panel. Na ohr. 6 je atřešni mezilehlé pole z rovných, ohybově tuhých desek. Na obr. 7 je achema ahedového zastřešení a mezilehlými ahedovými světlíky. Na obr. 8 je shedová zastřešení a příhradovými průvlaky a horním pásem nad střechou a a konzolou přes

202 731 krajový průvlak. Na obr. 9 je příčné schéma nepředpjaté dvoulodní haly a nespojitými nosnými lany. Na obr. 10 je základní statická a geometrické schéma prostorového vazníku v axonometrickém pohledu. Na obr. 11 je uvedeno jeho půdorysné schéma. Na obr. 12 je podélné schéma nepředejetého obloukového vazníku s průběhem ohybových momentů od spojitého zatížení a od osových ail M_N a výstředností f v jednotlivých dílech horního pásu.

Na obr. 13 je příčné schéma vícelodní haly s předpětím horního pásu ve středových polích.

Střešní konstrukce sestává z prostorových vazníků A a mezilehlých zavěšených polí za střešení z předpjatých skořepin B z vlnitých plechů vrchem sepnutých kovovou fólií, nebo z obloukových panelů C s diagonálním vyztužením, nebo z tažených zavěšených membrán D, a dostatečnou podélnou tuhostí zprohýbáním proti kmitání a nesymetrickému zatížení, nebo rovných, ohybově tuhých desek B, nebo shedových světlíků F. Průvlaky G jsou řešeny pro velké rozteče sloupů H haly. Díly vazníků A jsou kloubově spínány a vynášeny v tuhých příčných vazbách J po čtvrtinách rozpětí nosnými lany 1 v šikmých rovinách vazníků, kotvě nými v tuhém horním pásu 2. Montážní koncová ztužidla jednotlivých dílů vazníků jaou vzájemně spojena svorníky 4 a vytváří ve čtvrtinách rozpětí vazníků tuhá příčná vazby J. Plášt vazníků je řešen z příčlí Jj. beztmelého zaskleni, nebo profilovaných plechů 6, s dostatečnou tuhostí pro stabilizaci horního pásu 2 proti vybočení.

Zavětrovací a vynášecí lana 7 vyvěšují zároveň středová pole vazníku a jsou kotvena na příčli 17 sloupu H, kolmé k rozpětí haly. Proti pokluzu ve styčnících jsou nosná lana 1 i zavětrovací a vynášecí lana 2 zajištěna svorkami 8 po předpětí. Napínání nosných lan 1 i zavětrovaclch lan 2 je řečeno rektifikačními maticemi na lanových koncovkách 9, nebo napínáky 10. Podélně jsou vazníky i lana nad sloupy H vlcelodních hal sepnuty vzájemně spojkami 11. V krajních lodích jsou nosná lana 1 i zavětrovací lana 2 kotvena šikmými lany 12 do tahových pilot lj, nebo konstrukce přístavků 14. Mezilehlá pole B až F jsou spojitě zavěšena na vazník A prostřednictvím příčlí 2 nebo plechů 6 převážně tažených, nebo přes vlastní koncová ohybově tuhá montážní ztužidla 15. podepřená ve vazbách jr. Vodorovně jsou vazníky vyztuženy předpjatými diagonálami 16 v krajních podporových polích, nebo přes mezilehlá pole na sousední sloupy.

Prostorové vazníky kloubově sestavené z jednotlivých montážních dílů lze zásadně řešit jako předpjaté nebo nepředpjaté, jako přímé, vzpínaná lomená nebo oblouková, e ohýbaným tlačeným, nebo i taženým horním pásem. Mohou být použity pro vícelodní i jednolodní haly, do stran kotvená nebo nekotvená.

Nepředpjaté vazníky (obr. 12) lze výhodně použít pro zastřelení a vlastní hmotností vyšší než činí sání nebo vztlak větru. Zavětrovací lana 2 ^va®uíků A, podélně sestavených z dílů, pouze vynáěl středová pole vězníku a zajišíují podélnou stabilitu. U plochých obloukových vazníků, kloubově spojených z dílů (obr. 12) nespojitých, je účinkem spojitého svislého zatížení namáhán obloukový horní pás 2 normélnou tlakovou silou a kladnými ohybovými momenty na soustavě prostých nosníků jednotlivých dílů. Normálná síla, působící ve směru sečen mezi styčníky, vyvodí však záporné ohybové mementy v jednotlivých polích

202 731 pásu, úměrné součinu působící normálně síly v myšlené náhradní lomená konstrukci a vzepětí dílčího oblouku. Průběh těchto momentů je spojitě inversní k momentům od rovnoměrného spojitého svislého zatížení. Principem superpozice lze průběh výsledných momentů přizpůso bít optimálnímu návrhu konstrukce volbou vhodného vzepětí střednice oblouku a statické výěky vazníku. Vlivem proměnné výšky po délce rozpětí, přibližně podle průběhu ohybových momentů celého vazníku, jeou oaové síly v lánech 1 i horním pásu 2 přibližně konstantní v celém rozsahu.

Pro zastřešení β vlastní hmotností nižší než záporné účinky větru je nutno konstrukci předepnout lany 2, s kotvením do příčlí 17 sloupů. Při bočním držení vazníků sousedící konstrukcí (obr. 1, 2, 13), nebo táhly, do země, lze obloukový horní pás 2, tlačený při montáži, předepnout v středních polích konstrukce až tahem, jak u jednolodních, tak vícelodních hal. Tím horní pás 2 přímo přebírá sání nebo vztlak větru a konstrukce má charakter visuté střechy. Zavětrovací a vynášecí lana 2 se zalomením, kotvená k příčli 17 sloupů haly, vynášejí střed vazníků při svislám zatížení, podélně vyztužují vazník A při nesymetrickém zatížení, zvyšují předpětí nosných lan 1 a tím redukují pružné a nepružné deformace dotvarováním spojů a dilatací lan 1 a 2· V krajních polích přenáší teh od sání větru, zajiěíují podélnou a prostorovou stabilizaci celá střešní konstrukce a torsní tuhost prostorového vazníku, oboustranně vetknutého v kroucení na příčlích 17,

Zastřešení je zvláši výhodné pro vícelodní haly, kdy vodorovné složky tahu nosných lan 1 i zavětrovacích lan 2 ^od symetrického zatížení z obou stran spojených na aloupu H (obr. 13) se vzájemně vyrovnávají a ruší. Svislé reakce tlakové nebo tahové jsou přebírány sloupy.

Sání nebo vztlak větru na konstrukci je zachycen, u předpjatých a nepředpjatých vazníků A obloukového vzepnutého tvaru s bočním upnutím, vzrůstem tahových nebo poklesem tlakových napětí v horním pásu 2. Případné podélně nesymetrické reakce mezilehlých polí B až F, kroutící vazník A, jsou přebírány jeho toren! tuhostí. V krajních lodích hal jsou tahy lan 1 s X kotveny například přes sloupy H šikmými lany 12 do zeminy pomocí bloků nebo pilot 13. nebo jen protiváhou konstrukce obvodových přístavků 14. Koncové kotvení v podélném směru je řeěeno obdobně šikmými lany 12 do země. Obvodové přistavily 14. vymezené v svislém řezu sloupem H a šikmým kotevním lanem 12, lze (obr. 2) výhodně využít pro situování pomocných a sociálních provozů, a páteřních rozvodů energií, snadno přístupných.

liezistropy jsou zavěšeny na Šikmých lánech 12 a sloupech H a tvoří s hmotností energetických rozvodů dostatečnou protiváhu tahu obou soustav lan 1 a 2 prostorových vazníků A. U systému zároveň odpadají náročné, běžně používané vodorovné nosníky a ztužidla k přenesení tahu soustavy lan visutých střech u pravoúhlých půdorysů hal.

Pro vícelodní haly lze horní pás 2 dimenzovat pouze na montážní zatížení od vlastní hmotnosti vazníku A. Další zatíženi potom přebírají spojená protilehlá lana 1 a 2 bez zvýšení tlakového napětí v horním pásu 2, který potom přenáší mimo vnesené montážní zatížení pouze síly při nesymetrickém zatížení obou spojených vazníků A.

202 731

Ve variante lze řešit víeelodní haly též a průběžnými nosnými lany 1 přee několik lodi, přičemž jaou podpírané na sloupech H. Montáž zastřešení je obdobné jako u visutých střech. Jako ohybově tuhé, pro uložení ploěnýoh mezilehlých poli B až F, jsou řeSeny montážní ztužidla £5. těchto panelů, přenášející tahem účinky větru do příčil 17 sloupů H. Horní pás 2 je nahrazen pouze nenosným konstrukčním světlíkovým profilem. Nosná lana 1 samostatně labilní pro nesymetrická zatíženi vazníku A jsou stabilizována lany £.

Alternativhá lze použit statická schéma podle obr. 9, kde nosná lana 1 nejsou průběž ná přes rozpětí vazníku, a jaou nahrazena pouze diagonálními táhly ve čtvrtině rozpětí e kotvením do vzájemná spojených ztužidel 15 mezilehlých poli B až F, namáhaných tahem. Tento postup je věak vhodný jen pro zvedaná konstrukce.

Všeobecně lze modulová prvky vazníků A navrhnout univerzálně a únosnost vazníků jako celku přizpůsobit pouze dimenzováním nosných lan 1 a zavětrovaelch lan £.

Fřadpínánl lan 1 a £ lze řešit běžně rektifikačnlmi maticemi na lanových koncovkách £ nebo napínáky 10, nebo i sestavením vazníku A e vy8Sím počátečním vzepátlm na pomocná konstrukci. Naplněni zavětrovaelch lan £ lze táž řešit příčným tahem k příčil 17 sloupu H v Šikmých rovinách vazníku A.

Vazník může být táž sestaven 8 počáteční předem stanovanou deformaci a teprve vneseným předpětím vyrovnán do projektovaného tvaru. Ztráty předpěti vazníku vlivem relaxace lan 1 a £ lze redukovat jejich krátkodobým předběžným napnutím.

Při sestavování předpjatýoh vazníků na staveništi, z kloubová sepnutých dílů po čtvrtinách rozpětí (obr. 3), jaou nejprve tahem nosných lan 1 vzepnuta krajní pole, přičemž střední pole zůstávají vzájemně v rovině. Napnutím zavětrovaelch lan £ se zvýll napětí nosných lan 1 krajních poli, vzepnou se střední pole, která jeou věak spětni držena příčným tahem předpjatého -nosného lana £,. Vhodnou volbou napjatosti lan 1 a £ lss upravit vaspátl vesníku. Jelikož předpjatá vazníky odolávají vlastni tuhostí již při montáži záporným účinkům větru, jeou i mezilehlá pole, na rozdíl od Mžrnýeh konstrukcí, zajištěna proti vztlaku i sáni hned při osazeni.

Střelní konstrukce podle vynálezu je vhodná pro lehká a střední haly, průmyslových a občanských staveb, s nejvyžilmi požadavky na kvalitu denního osvětleni, připadni i pro celoprosklenná střechy. Oproti běžným střechám visutým vykazuje sestřeleni vyžil tuhost, s možnosti podvásů jeřábů a závěsů technologie. Deformace vazníků předpětím a průhybém jsou minimálně přenáěeny do roviny prosklení, a ve styku příčil a skla jsou vykryty poklusem v těsněni. Prostorových vazníků lze výhodně použit i při rekonstrukcích a prosklení střeeh nedimsnsovsných na přitlžanl světlíky a sněhovou návěji podál nich, jako samonoaných světlíků shsdovýeh nebo sedlových. Systém zastřeleni poskytuje kvalitní, fýsiologieky nejpřijatslnějěl denní osvětleni běžných halových prostor, dokonala splňuje nejvyšší požadavky na intenzitu, rovnoměrnost a prosluněni. Poskytuje oslou řadu libovolných typologiekýeh variant podle požadavku denního osvětleni a architektonického řešeni interiéru

T i exteriéru objektů. Systém zastřešeni umožní i přirozené větrání ventilačními křídly v prosklení, svým tvarem může i zlepšit akustiku prostoru hal.

Reálným zvětšením rozponu i roztečí sloupů hal, v důsledku snížení vlastní hmotnosti zastřešení, se zvyšuje všeobecně požadovaná variabilita a tím i morální životnost průmyslových hal.

Prostorová konstrukce vazníku má při předpětí dostatečnou podélnou i příčnou tuhost; lze ji proto využít i pro kryté, případně prosklené, lávky a mosty, přímé nebo vzepjaté, s příznivou aerodynamickou charakteristikou.

202 731

Claims (2)

1. PŘEDMĚT VYNÁLEZU

   1. Halové střešní konstrukce, zejména pro lehké zastřešení vícelodnich halových objektů, sestávající z prostorových vazníků příčného průřezu ve tvaru písmene A a zavěšených me zilehlých polí zastřešení z předpjatých kovových skořepin s táhlem, vyztužených obloukových panelů, zavěšených profilovaných membrán, rovinných ohybově tuhých desek nebo shedových částí, vyznačená tím, že jednotlivé díly vazníků (A) jsou kloubově sepnuty a vynášeny v tuhých příčných vazbách (3) po čtvrtinách rozpětí vazníků (A) nosnými lany (1), kotvenými v tuhém horním pásu (2), a zavětrovacími a vynášecími lany (7), kotvenými na příčlích fl7) sloupů haly CH).
2. 2. Halová střešní konstrukce podle bodu 1, vyznačená tím, že nosná lana (1) vazníků CA) jeou předepnuta při zavedeném předpětí zavětrovacích a vynášecích lan (7) ve vazníku CA).