PergolyAnalýza kolíkových spojů dřevěných konstrukcí
Článek je zaměřen na analýzu spojů dřevěných konstrukčních prvků s použitím ocelových spojovacích prostředků kolíkového typu. Hlavním obsahem článku je vyhodnocení únosnosti a tuhosti různých typů kolíkových spojů a porovnání výsledků teoretického řešení s výsledky experimentálních testů. Předmětem řešení byly spoje prvků z rostlého dřeva třídy pevnosti C24 spojované hřebíky, vruty, kolíky, závitovými tyčemi a svorníky. Poznatky a závěry vyplývající z analýzy uvažovaných spojů mohou být využity při navrhování a provádění kolíkových spojů v dřevěných konstrukcích.
Přípoje prutových prvků nosné dřevěné konstrukce mají významný vliv na chování nosného systému, jejich poddajnost významně ovlivňuje jak míru rozdělení vnitřních sil mezi spojovanými prvky, tak i celkové deformace konstrukce. Mezi nejčastěji navrhované a používané typy přípojů dřevěných prutů patří spoje s ocelovými kolíkovými spojovacími prostředky. Návrh a uspořádání spojů závisí zejména na způsobu jejich namáhání (pouze normálovou tahovou nebo tlakovou silou, normálovou silou v kombinaci s příčnými posouvajícími silami, případně i ohybovými momenty), intenzitě působícího zatížení, dimenzích stykovaných dřevěných prvků, typu spojovacího prostředku, druhu dřeva a prostředí, kterému je konstrukce vystavena, tj.
Příspěvek je zaměřen na chování spojů typu „dřevo-dřevo“, kdy stykované dřevěné pruty jsou namáhány normálovou silou bez uvážení jejího přenosu přímým kontaktem mezi pruty. V rámci řešení diplomového projektu „Vyhlídková věž v oblasti Brdy“ byla vypracována studie chování vybraných kolíkových přípojů „dřevo-dřevo“. Předmětem studie byl rozbor chování spoje dřevěných prvků z rostlého dřeva pomocí oboustranných dřevěných příložek a různých typů ocelových kolíkových prostředků. V článku je uveden rozbor chování spoje typu „dřevo-dřevo“.
Jedná se o spoj dřevěného prvku obdélníkového průřezu 80×140 mm pomocí oboustranných příložek z obdélníkového průřezu 50×140 mm délky 450 mm. Základní pruty i příložky jsou uvažovány z rostlého konstrukčního dřeva KVH třídy pevnosti C24. Spoje byly navrženy na přenos osové síly, jejíž intenzita odpovídá 30% návrhové únosnosti průřezu v tahu, tj. 36,185 kN. Uspořádání spojovacích prostředků bylo provedeno tak, aby byl spoj co nejvíce kompaktní.
Výpočet a vlastnosti spojů
Jednostřižně namáhané spoje (tj. Dvojstřižně namáhané spoje (tj. Při výpočtech byly uváženy charakteristické vlastnosti dřeva i kolíkových spojovacích prostředků a účinný počet spojovacích prostředků v liniích rovnoběžně s vlákny nef, γm = 1,3.
Čtěte také: Vlastnosti smrkového a akátového dřeva
Zkoušky ohybem
Při namáhání v ohybu je napětí rozloženo ve zkušebním vzorku tak, že maximální hodnoty normálových napětí jsou v krajních vláknech a nulová normálová napětí v místě neutrální osy. Celkem byla zkoušena 3 zkušební tělesa o délce 400 mm, zhotovená ze stejného materiálu, jako vzorky pro experimentální zkoušky spojů.
Byly zkoušeny 3 identické vzorky od každého typu spojovacího prostředku, celkem tedy 15 zkušebních těles. Zkušební tělesa byla zatěžována v příčném směru až do porušení. Byla měřena působící příčná síla a celkový průhyb zkušebního tělesa.
Výsledky zkoušek
Na Obr. 17 jsou souhrnně znázorněny „pracovní diagramy“ jednotlivých spojů, tj. Nejvyšší počáteční ohybovou tuhost vykazují spoje s přesnými hladkými svorníky. Následují spoj s kolíky (stejný průměr i materiál, absence vlivu sepnutí) a dále spoj se svorníky ze závitové tyče (v ohybu působí pouze jádro závitové tyče, tedy menší průměr, ovšem vyšší pevnost materiálu oproti přesným svorníkům i kolíkům a příznivý vliv sepnutí oproti kolíkům). Nejnižší ohybovou tuhost vykazují spoje s hřebíky i vruty. Stanovená zatěžovacími zkouškami:
V oblasti použitelných deformací vykazují podle předpokladu nejvyšší momentovou únosnost svorníky - přesné i ze závitové tyče. Podle ČSN EN 1995-1-1: Návrhová momentová únosnost spoje dle normativního dokumentu je vždy konzervativní a dosahuje úrovně cca 20 až 30 % skutečné únosnosti spoje podle zatěžovacích zkoušek. Na základě technických listů výrobců konvexních hřebíků a dvouzávitových vrutů: Návrhová momentová únosnost spoje je příznivě ovlivněna vyšší únosností speciálních ocelových kolíkových prostředků.
Dochází ke zvýšení návrhové momentové únosnosti o cca 5 až 15 % oproti standardním postupům podle ČSN EN 1995-1-1. Podle ČSN EN 1995-1-1 s využitím skutečné pevnosti dřeva: Jedná se pouze o informativní hodnoty, neboť normové návrhové postupy vycházejí z pružného chování dřeva ve spojích. Nejmenší tažnost spoje vykazuje spoj s kolíky, kdy dochází - při namáhání výrazně přesahujícím návrhovou únosnost spoje podle ČSN EN - ke křehkému porušení tahem kolmo k vláknům.
Čtěte také: Průvodce světem plátna
Tažnost spoje by bylo možné zvýšit jeho vyztužením (zesílením) pro namáhání tahem kolmo k vláknům. Spoje se svorníky ze závitové tyče vykazují vyšší míru plasticity, danou nižší ohybovou tuhostí svorníků a vyšší pevností materiálu.
Dřevěné trámové stropy
Dřevěné trámové stropy se používají na rozpony kolem 5 až 6 m. Hlavními nosnými prvky těchto stropů jsou stropní trámy (stropnice) osově vzdálené obvykle v rozmezí 900 až 1 200 mm. U novějších typů těchto konstrukcí je používáno menších profilů, proto se vzdálenosti volí menší. Stropnice jsou uloženy do kapes ve zdivu popřípadě na dřevěný nebo ocelový průvlak. Délka uložení na nosnou stěnu je 150 až 200 mm. Zhlaví trámů je nejlépe ošetřit biocidními prostředky, aby nepodléhala degradaci biologických činitelů a uložit na nesavé, popřípadě naimpregnované podklady, aby se zabránilo vzlínání vlhkosti ze zdiva.
Mezi zhlavím trámu a stěnou je třeba nechat mezeru alespoň 50 mm pro odvětrání. Krajní trám je vzdálen min. 50 mm od zdiva, aby z něho nepřijímal vlhkost. Na stropní trámy se nejčastěji používalo smrkové, jedlové a modřínové dřevo. Šířka trámů se obvykle volí v rozmezí 80 až 200 mm, výška 120 až 300 mm v závislosti na zatížení a rozpětí stropu. Výška profilu trámu se vypočítá přibližně podle empirického vztahu h = 0,02 x l + 160 (až 200 mm), šířka trámu b = 2/3 až 3/4 h, kde l je rozpětí.
Pro zajištění prostorové tuhosti objektu a zvýšení stability nosných zdí se některé stropnice stropu kotví k nosné zdi ocelovými kotvami (trámové kleště - táhlo s okem a se závlačí), které se připevňují na zhlaví trámu a jsou zakotveny do zdi. Trámové kleště se osazovaly obvykle u krajních stropnic, v místech meziokenních pilířů a ve vzdálenosti max. 3 - 4 m. Zhlaví trámů s trámovými kleštěmi bylo velmi rizikovým místem stropu - dochází ke kondenzaci páry na kovových kleštích, která způsobuje jejich korozi a zvýšení vlhkosti kolem zhlaví trámu, což aktivuje vznik hniloby a výskyt dřevokazných hub a hmyzu.
Boční povrch stropních trámů musí být, z hlediska požární bezpečnosti, vzdálen od vnitřního líce komínového průduchu nejméně 30 cm a trámy nesmí zasahovat do zdiva komínů. Nelze-li tuto podmínku dodržet, je nutné nosník směřující do komínového zdiva osadit na výměnu, která přenáší zatížení trámů do sousedních nosníků nebo lze tyto trámy uložit na ocelovou konzolu.
Čtěte také: Vyložení prostoru pro uskladnění dřeva
Tento strop je tvořen nosnými trámy, záklopem z prken nebo fošen pokládaných na sraz nebo na polodrážku. Stropnice se ukládají ve vzdálenosti 0,9 m až 1,0 m do kapes ve zdivu. Tyto stropy jsou vhodné pro rozpony kolem 4 m.
Tento strop je podobný předcházejícímu typu stropu, má však na záklopu proveden násyp ve vrstvě min. 80 mm tlusté. Na násypu je umístěna prkenná podlaha, která je připevněná na polštářích. K zajištění těsnosti záklopu proti propadávání násypu se provádí záklop lištový nebo překládaný. Na násyp se používala škvára popřípadě v současnosti pórobetonová drť nebo různé druhy lehkého kameniva (např. Liapor). Tento strop má také lepší protipožární a akustické vlastnosti.
Jedná se o alternativu trámového stropu s viditelnými trámy, kde jsou kolmo k nosným trámům uloženy výměny (falešné trámy), které v podhledu vytvářejí čtvercové nebo obdélníkové kazety.
Jedná se o polospalný strop, který je pro zvýšení odolnosti vůči ohni opatřen při horním líci záklopem s násypem z nespalného materiálu ve vrstvě tlusté min. 80 mm. Do násypu se kolmo na směr trámů umísťovaly polštáře ve vzdálenosti 0,6 až 0,8 m a na ně se přibíjela dřevěná podlaha. Průřezy polštářů byly 50x100 až 80x120 mm. Dolní líc trámů chránilo podbití z prken tlustých 13 mm s rákosovými rohožemi nebo drátěným pletivem a omítkou. Nevýhodou těchto stropů byla velká konstrukční tloušťka. Tyto stropy se používaly při výstavbě bytových domů od 19.
Tyto stropy odstraňují částečně nedostatek předešlého typu stropů. Je snížená jeho celková tloušťka o výšku polštáře, tj, o 80 až 100 mm a tloušťku záklopu. Záklop je umístěn mezi stropní trámy na latě 30 x 50 mm a polštáře jsou kladeny rovnoběžně s trámy ve vzdálenosti od trámu 80 mm. Tyto stropy se používaly pro rozpony až 6m.
Jedná se o typ trámového stropu, ve kterém byla konstrukce podhledu oddělena od vlastní nosné konstrukce. Používaly se u stropu, kdy podhledy byly zdobeny štukovou výzdobou, která by mohla být průhybem stropní konstrukce poškozena. Nosná konstrukce podhledu byla provedena na samostatných trámech tzv. rákosnících, které byly umístěny ve vzdálenosti 50 mm od vlastních nosných trámů, aby se průhyb od stropnic nepřenášel do podhledu. Oddělenou konstrukcí podhledu se zlepšily akustické vlastnosti stropu, větší je však spotřeba dřeva, jsou nutné v nosné stěně, což oslabuje její únosnost.
V současné době se můžeme setkat s novodobými stropy s viditelnými dřevěnými trámy, které splňují estetické požadavky architektů. Konstrukčně mohou být řešeny buď nepravými trámy v pohledu stropní konstrukce jiného typu, nebo jsou to trámové konstrukce zohledňující novodobé technologie a požadavky např. lepené trámové nosníky. Novodobé konstrukce stropu mohou být také provedeny s rovným protipožárním podhledem ze sádrokartonu. Při rekonstrukcích lze u trámových stropů nahradit násyp keramickými tvarovkami a podhled provést ze sádrokartonových desek. Vzdálenost trámů se řídí velikostí tvarovek, bývá 0,5 až 0,75 m.
Nosným prvkem tohoto stropu jsou ocelové válcované nosníky ve tvaru I a U, do kterých jsou uloženy dřevěné trámy. Ocelové profily mají osovou vzdálenost 3 až 4 metry. Délka uložení ocelových nosníků na nosných podporách je 250 mm, jejich záhlaví se (na rozdíl od dřevěných stropnic) mohou zazdít. Čela stropnic se zaklínkují do I profilu.
tags: #strom #svorník #vzdálenosti #výpočet
