CS238726B1 - Prostorová konstrukce pod rovinná desky - Google Patents

Abstract

Návrh prostorová konstrukce rovinné desky tak, aby její jednotlivé prvky vhodného tvaru při přenosu zatížení vzájemně spolupůsobily a výškové rozměry desky se měnily ve shodě s průběhem vnitřních sil a momentů. Uvedeného účelu se dosáhne tím, že k radiálně uspořádaným ohybově tuhým průvlakům £, která jsou navrženy s proměnnou výškou ve tvaru pravoúhlého trojúhelníka, je připojena soustava ohybově tuhých, soustředně umístěných, polygonálních vazníků jt. Vazníky U tvoři uzavřené soustředné polygony, jejichž obvod se se vzdáleností od středu konstrukce zvětšuje. Přímá úseky vazníků N se lomí právě v místech styků s radiálně umístěnými průvlaky P. Pruvlaky £, ve tvaru pravoúhlého trojúhelníka, jsou umístěny špičkami do středu konstrukce. Delší odvěsny, tvořená horními pasy průvlaků £, leží v rovině desky a jsou natočeny směrem do vrcholů obvodového polygonu desky, ve kterých jsou kratší odvěsny, tvořená koncovými svislicemi průvlaků £, uložená na podpory. Polygonální vazníky JJ mají po celém obvodu konstantní výšku, která odpovídá výšce průvlaků £ v daná vzdálenosti od středu konstrukce, to znamená, že výžka jednotlivých vazníků U se směrem od středu k okraji desky zvětšuje ve shodě se změnou výšky průvlaků. Špičky průvlaků P jsou uprostřed spojeny kloubovým spojem £. Horní a dolní pasy polygonálních vazníků N í jsou spojeny s horními a dolními pasy průvlaků £ kloubovými spoji.

Description

Vynález se týká prostorové konstrukce pod rovinné desky, kterou lze užít při návrhu nosných konstrukcí střech, stán nebo podlaží a při návrhu nejrůznšjších rovinných panelů.

Vnější obvod navrhované konstrukce desky může nabývat nejrůznějších geometrických tvarů, které vznikají při geometrické transformaci polygonu.

V současná době existují při návrhu rovinných nosných konstrukcí dvě nejvýraznějšl tendence.

První a nejčastější z nich spočívá v návrhu soustavy hlavních ohybově tuhých prvků, která jsou podepřeny do sloupů a vzájemně propojeny soustavou podružných nosníků, která do nich přenáěejí zatížení. Takovou soustavu je potřeba doplnit ještě systémem ztužidel, které zajistí prostorovou tuhost konstrukce.

Představitelem druhé tendence jsou příhradové konstrukce rovinných desek. Jejich nevýhody spočívají především ve vysokých nárocích na přesnost výroby jednotlivých prvků, trojbokých jehlanů, ze kterých se desky sestavují. Další nevýhodou je problém rozvodu sil od lokálního zatížení konstrukce nebo při jejím podepření v diskrétních bodech.

Výše uvedené nedostatky jsou odstraněny návrhem prostorové konstrukce pod rovinné desky s obvodem ve tvaru polygonu, podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že k radiálně uspořádaným ohybově tuhým průvlakům, které jsou navrženy s proměnnou výškou ve tvaru pravoúhlého trojúhelníka, je připojena soustava ohybově tuhých, soustředně umístěných, polygonálních vazníků. Polygonální vazníky tvoří uzavřené soustředná polygony, jejichž obvod se se vzdáleností od středu konstrukce zvětšuje. Přímé úseky polygonálních vazníků se lomí právě v místech styků s radiálně umístěnými průvlaky.

Průvlaky ve tvaru pravoúhlého trojúhelníka jsou umístěny špičkami do středu konstrukce Delší odvěsny? tvořené horními pasy průvlaků, leží v rovině desky a jsou natočeny směrem do vrcholů obvodového polygonu desky, ve kterých jsou kratší odvěsny trojúhelníků, tvořené koncovými svislicemi průvlaků, uložené na podpory.

Polygonální vazníky mají po celám obvodu konstantní výšku, která odpovídá výšce průvlaků v dané vzdálenosti od středu konstrukce, to znamená, že výška jednotlivých vazníků se směrem od středu k okraji desky zvětšuje ve shadě se změnou výšky průvlaků. špičky průvlaků jiou uprostřed spojeny kloubovým spojem. Horní a dolní pasy polygonálních vazníků jsou spojeny s horními a dolními pasy průvlaků tak, aby byly do průvlaků zavedeny jak posouvající síly od příčného zatížení desky* tak také výslednice osových sil pasů polygonálních vazníků, jejichž směr se lomí právě v místě spoje.

Geometrické uspořádání jednotlivých prvků konstrukce desky podle vynálezu umožňuje jejich vzájemné spolupůsobení. Polygonální vazníky neslouží pouze pro přenos příčného zatížení do průvlaků, ale plní současně funkci ztužujících prvků konstrukce a osovou napjatostí polygonální soustavy spodních a horních pasů 3e polygonální vazníky podílí na vytváření momentové rovnováhy na průvlacích.

Výšková rozměry jednotlivých prvků, polygonálních vazníků i průvlaků, odpovídají rostoucímu zatížení a většímu rozpětí přímých úseků polygonálních vazníků. Lze říci, že vnější výškové rozměry desky jsou ve shodě s průběhem vnitřních sil a momentů.

Statická neurčitost konstrukce zvyšuje její bezpečnost proti náhlému, úplnému kolapsu desky.

Uspořádání jednotlivých prvků konstrukce vytváří v rovině desky samoztužující systém.

Polygonální soustava horních pasů polygonálních vazníků může být nahrazena spojitým nosným pláštěm, vyztuženým plechem nebo betonovou deskou, za předpokladu správného připojení ostatních prvků konstrukce.

Konstrukci desky lze užít v nejrůznějěích statických variantách, které nejsou v rámci tohto popisu uvedeny.

Úspora hmotnosti oceli činí při návrhu této konstrukce oproti tektonickým konstrukcím 2 přibližně 15 %· (Porovnáno při rovnoměrném příčném zatížení 2,5 kN/m ).

Nároky na přesnost výroby jednotlivých prvků navrhované konstrukce desky nepřesahují zvyklosti běžné mostárenské praxe.

Konstrukce je esteticky působivá a dává možnosti k architektonickému využití.

Na přiložených výkresech je znázorněno několik příkladů provedení prostorové konstrukce rovinné desky podle vynálezu, kde na obr. 1 je znázorněna konstrukce čtvercové desky v axonometrlckém pohledu, na obr. 2 je znázorněn půdorys čtvercové desky, na obr. 3 je znázorněn řez I-I vyznačený na obr. 2, na obr. 4 je znázorněn řez II-II vyznačený na obr. 2, na obr. 5 jsou znázorněny pohledy na jednotlivé úseky polygonálních vazníků, jejichž půdorysné uspořádání je znázorněno na obr. 2, na obr. 6 je znázorněna konstrukce průvlaku a soustava sil prvotných i druhotných) působících na něj v případě zatížení desky rovnoměrným příčným zatížením, na obr. 7 je znázorněn průběh posouvajících sil na průvlaku z obr. 6, na obr. 8 průběh ohybových momentů na průvlaku z obr. 6, na obr. 9 je znázorněno připojení druhých pasů polygonálních vazníků k prvnímu pasu průvlaku pomocí spojovacího prvku, na obr. 10 je znázorněn půdorys trojúhelníkové desky, na obr. 11 půdorys šestiúhelníkové desky, na obr. 12 půdorys obdélníkové desky a na obr. 13 je znázorněn půdorys konstrukce sestavené z několika desek čtvercového půdorysu.

Jako příklad praktického provedení je na obr. 1 znázorněna v axonometrlckém pohledu prostorová konstrukce čtvercové desky. V diagonálách čtvercové desky jsou umístěny čtyři radiální průvlaky £, které mají tvar pravoúhlého trojúhelníka a jsou příhradové konstrukce. Špičky průvlaků £ jsou uloženy ve středu konstrukce, kde jsou navzájem spojeny kloubovým spojem £. Delší odvěsny pravoúhlého trojúhelníka, které jsou tvořeny horními pasy průvlaků, leží v rovině desky a jsou natočeny směrem do vrcholů čtvercového obvodu desky, leží tedy v diagonálách čtvercového, půdorysu. Přepony trojúhelníků tvoří spodní pasy průvlaků a kratší odvěsny tvoří koncové svislice průvlaků £, které jsou uloženy na podpory.

K takto uspořádaným průvlakům £ je připojena soustava polygonálních vazníků N, které mají v tomto případě tvar soustředných čtverců, jejichž vrcholy leží na radiálně umístěných průvlacích £. Konstrukční provedení polygonálních vazníků může být realizováno, jak je znázorněno u vnitřních polygonálních vazníků N,,, JIj na způsob Vierendelových nosníků, u vnějších vazníků příhradovou konstrukcí. Polygonšlní vazníky N mají po celém obvodu konstantní výšku, která odpovídá výšce průvlaků v dané vzdálenosti od středu konstrukce. Výška jednotlivých vazníků B, směrem od středu konstrukce jsou označeny B, až N^, se mění v souladu s výškou průvlaků, takže horní a dolní pasy vazníků N mohou být připojeny k horním a dolním pasům průvlaků £ kloubovým spojem.

Příklad praktického provedení kloubového spoje druhého pasu £ (horního nebo spodního) polygonálního vazníku B a prvního pasu £ (horníhp nebo spodního) průvlaku £ pomocí spojovacího prvku £ je znázorněn na obr. 9. Spoj musí být schopen přenést nejenom složky osových sil F_si druhých pasů £, ale musí také zavést jejich výslednici F_hi do prvního pasu £ průvlaku £.

Praktické provedení čtvercové desky v pravoúhlém promítání je znázorněno ne obr.2, obr.3, obr.4 a obr.5. Pro případ rovnoměrného zatížení této desky příčným zatížením (zatížení působící kolmo na rovinu desky) jsou na obr. 6 znázorněny vnější síly působící na prů

236726 vlak £ a to jak soustava prvotných sil ^Fri’ tak také soustava druhotných sil F^, a Fg. Z obr. 6 je zřejmé, že v případě ideálně rovnoměrného zatížení desky příčným zatížením postačí zajiátovat momentovou rovnováhu průvlaku £ osová napjatost, tah v polygonální soustavě spodních pasů vazníků £. Při ideálním rovnoměrném zatížení vzniká totiž ve spojení horních pasů průvlaků P rovnoběžná soustava sil, takže druhé složky silových dvojic momentů M,, Mg, M^ a M^ (viz obr. 8) vznikají přímo ve vzájemném podepření průvlaků £ prostřednictvím kloubového spoje £ uprostřed desky. Polygonální soustava horních pasů vazníků H se zúčastní na vytváření momentové rovnováhy průvlaků £ teprve tehdy a v té míře, jak velká nerovnováha sil vznikne ve spoji £ horních pasů průvlaků £ (asimetrické zatížení).

Pro vymezení ětíhlosti horních pasů polygonálních vazníků £ v rovině desky, může být využito tuhého středu konstrukce a to tak, že polygonální systém horních pasů vazníků & bude podepřen soustavou podružných vzpěrek K do tohoto tuhého středu. Možné uspořádáni těchto vzpěrek £ je znázorněno na obr. 2, avěak pouze v jedné výseči desky vymezené dvěma radiálními průvlaky £.

Momentovou rovnováhu průvlaku £ zajištuje soustava silových dvojic, jejichž rameno se směrem od středu konstrukce zvětšuje v souladu s výškou průvlaku £ (viz obr. 6). Počet silových dvojic je dán počtem polygonálních okružních vazníků J4. Určení jejich velikosti (při větším počtu vazníků jako jeden) je úloha staticky neurčitá, která je však řešitelná běžnými výpočetními metodami stavební mechaniky. Tedy například pro určení hodnot momentů Mj až M^ na obr. 8 musí být kromě podmínek složkové a momentové rovnováhy stanoveny ještě dalěí tři přetvářné podmínky.

V dosud uvedených příkladech bylo uvažováno prosté podepření desky na vnějších okrajích průvlaků £. Je však také možné podepření desky nikoliv na konci průvlaků, ale blíže ke středu konstrukce, takže u desky vzniknou převislé konce.

Další alternativou navrhované konstrukce by mohla být konstrukce desky s otvorem. Kloubové spojení konců průvlaku £ by muselo být v tomto případě provedeno pomocí tuhého rámu, který by vymezoval velikost otvoru uprostřed desky.

Dalěí statickou variantou může být tuhé spojení průvlaků se sloupy, čímž by se konstrukce desky stala součástí příčné vazby budovy.

Velmi zajímavé využití dává navrhovaná konstrukce desky podle vynálezu v tom případě, kdy na Místo polygonální soustavy horních pasů vazníků £ použitjeme spojitého nosného pláště v celém,rozsahu desky, a to buň vyztuženého plechu nebo betonové desky. V prvém případě, kdy použijeme vyztuženého plechu, by šlo konstrukce desky využít pro návrh relativně'lehkých panelů s velkou únosností. V druhém případě, kdy polygonální systém horních pasů vazníků U nahradí betonová deska, vznikne spřažená konstrukce, u které bude jak ocelových prvků, tak také betonové desky, velmi efektivně využito.

Claims (1)

1. PŘEDMĚT VYNÁLEZU

   Prostorová konstrukce pod rovinné desky s vnějším obvodem ve tvaru polygonu, u které jsou ohybově tuhé průvlaky proměnné výšky ve tvaru pravoúhlého trojúhelníka uspořádány radiálně, to znamená špičkami ve středu konstrukce a delšími odvěsnami, které leží v rovině desky a tvoří horní pasy průvlaků, netočenými směrem do vrcholů obvodového polygonu desky, ve kterých kratší odvěsny tvoří koncové svislice průvlaků, uložené na podpory, a k nim připojená soustava ohybově tuhých polygonálních vazníků, s uzavřeným obvodem o kon stantní výšce, jejichž přímé úseky se lomí právě v místech styku s radiálně umístěnými průvlaky, je uspořádána soustředně vzhledem ke středu konstrukce desky, vyznačující se tím že špičky průvlaků (P) jsou uprostřed konstrukce vzájemně spojeny kloubovým spojem (C) a výška jednotlivých polygonálních vazníků (N) se směrem od středu konstrukce zvětšuje v souladu s výškou průvlaků (P), přičemž horní a dolní pasy polygonálních vazníků (N) jsou připojeny k horním a dolním pasům průvlaků (P) kloubovým spojem pomocí spojovacího prvku (3).