Nejnavštěvovanější odborný portál
pro stavebnictví a technická zařízení budov
TZB studio
zobrazit program

--:--

Ideový návrh dodatečného zvýšení tuhosti a únosnosti dřevěného nosníku s využitím předpětí

Příspěvek pojednává o možné aplikaci objevu nového stavebního druhu, tj. předpjatého dřeva, v souvislosti se sanací starých dřevěných hal. Prokazuje nejen úspornost tohoto postupu, ale všímá si i jeho další výhody zvětšit stávající únosnost konstrukce haly a zřídit např. zelenou střechu.

Cíl článku

Cílem článku je informovat o možnostech zvětšení tuhosti a únosnosti dřevěných nosníků předpětím i u vazníků, a to v souvislosti s jejich sanací.

Důvody pro sanaci vazníků mohou být různé. Jejich únosnost stářím klesla, zvětšil se jejich průhyb dotvarováním, nároky na jejich zatížení vzrostly.

Zejména zvětšení průhybu je častý případ, neboť naše předpisy pro navrhování až do nedávné doby předepisovaly stanovení mezní hodnoty krátkodobého průhybu, ale posouzení konstrukce na dlouhodobé působení zatížení stanovovaly pouze, jestliže to vyžadovaly provozní důvody.

Teprve dnešní předpisy vyžadují posoudit konečnou deformaci, která bere v úvahu jejich zvětšení v čase následkem dotvarování a vlhkosti.

Postup sanace stropních trámů, který navrhl autor tohoto článku v [1] a [2], lze použít i u střešních a jiných vazníků, obecně u všech ohýbaných nosníků, u kterých je potřeba zvětšit únosnost a tuhost.

Kvantitativní vyjádření sanačních opatření

1 – Statické schéma předpínání nosníku
1 – Statické schéma předpínání nosníku

Pro předpětí spočívající v negativním prohnutí nosníku a posléze v neposuvném připojení přípojek – postup je patentován v [3] – budou v případě zatíženého vazníku platit vztahy pro nadvýšení od sil N (obr. 1).

 

Pro navýšení nosníku:

vzorec 1 (1) [m]
 

a pro napětí v krajních vláknech nosníku

vzorec 2 (2) [MPa]
 

Po spřažení nosníku s příložkami, odejmutí N, přitížení ∆gs + gp dojde k průhybu

vzorec 3 (3) [m]
 

Po položení podmínky Y = Ydov − Yres vychází předpínací síla

vzorec 4 (4) [kN]
 

normálové napětí v krajních vláknech stávajícího nosníku

vzorec 5 (5) [MPa]
 

a v krajních vláknech příložky

vzorec 6 (6) [MPa]
 

kde je

Jd
moment setrvačnosti příčného průřezu stávajícího nosníku,
Ji
ideální moment setrvačnosti nosníku spřaženého s příložkami,
gd
tíha stávajícího nosníku,
go
tíha příložek,
gs
tíha střešního souvrství,
gp
tíha sněhu,
Δgs
zvětšená tíha střešního souvrství,
Yres
přírůstek průhybu stávajícího nosníku od dotvarování,
N = ωL/2,2 ,
 
ω
rovnoměrné předpínací zatížení – viz [1],
n = E_o/E_d .
 
 

Pro příložky je vhodné použít ocel. Takový hybrid se chová pružně a nevykazuje vliv dotvarování.

Příklad sanace

2 – Schématický příčný řez nosníkem s vyznačenou polohou příložek
2 – Schématický příčný řez nosníkem s vyznačenou polohou příložek

Na obr. 2 je dřevěný vazník rozpětí 20 m. Přenášel dosud zatížení 12 kN/m při normálovém napětí 13,3 MPa. Důvodem pro jeho sanaci je potřeba zřídit zelenou střechu, což povede k zvětšení zatížení na 24,8 kN/m. Celkový průhyb by neměl přesáhnout L/300 = 0,067 m. Měřením na stávajícím nosníku a výpočtem bylo zjištěno, že dosud došlo v důsledku dotvarování k Yres = 0,02 m, který by dnes při modulu Ed = 1,4.104 MPa vykázal nosník při nulovém zatížení.

Podle nového projektu vychází, je-li ponechán současný střešní plášť, v kN/m gd = 1,2, go = 0,6, gs = 7,0, Δgs = 12,0, gp = 4,0
a výpočtem podle (4) N = 114,45 kN,
ze vzorce (1) Yk = −0,02 m,
ze vzorce (2) Ϭd = ±2,76 MPa,
ze vzorce (5) ∑Ϭd = ±10,1 MPa,
ze vzorce (6) Ϭ0 = ∓193,3 MPa
a ze vzorce (3) ∑Y = 4,7 mm.

Požadavek přenést zatížení zelené střechy je splněn při zmenšení normálového napětí vazníku a dosažení průhybu 0,047 + 0,02 = 20/300. Třeba však řešit dva problémy.

Především s kotvením vazníku v podporách, protože při předpínání je dosaženo akce záporného znaménka, A = − 114,45 + 10.8,8 = −26,46 kN.

3 – Podélný řez halou se zabezpečovacím dočasným táhlem kotveným mimo objekt
3 – Podélný řez halou se zabezpečovacím dočasným táhlem kotveným mimo objekt

Druhý problém vzniká při předpínání vazníku s klopením vazníku.

Tlaková síla v dolní oblasti příčného průřezu vazníku vyžaduje propojení hlav u předpínacích stojek ztužujícími lanky Ø20 kotvenými přes štíty haly do venkovních krátkých pilot (obr. 3).

Závěr

Předpětím bylo dosaženo úspěšné sanace vazníku. Přesnost výpočtu je samozřejmě ovlivněna výstižností odhadu jakosti dřeva sanovaného vazníku. Parametrické studie však prokazují malý význam změny modulu od Ed = 1,4.104 MPa na výsledky výpočtu napjatosti a deformace. Při zvětšení na 2.104 MPa resp. zmenšení na 1.104 MPa se nadvýšení Yk zvětší o 11 % respektive zmenší o 20 % a zmenší se normálové napětí Ϭ0 o 11 % resp. zvětší o 8 %. Lze tedy vždy spolehlivě zavádět Ed = 1,4.104 MPa.

Poznámky

4 – Příklady vazníků, které lze rovněž předpínat
4 – Příklady vazníků, které lze rovněž předpínat

Navrhovaný postup lze použít i pro vazníky prutové, ocelové a betonové (obr. 4). Stejně tak lze jako orientační použít i uvedené vzorce.

Pro sanaci lze použít i příložky dřevěné, bude pouze třeba se vypořádat s vlivem dotvarování dřeva příložky na napjatost a deformaci. Lze jej vyjádřit zavedením součinitele kdef = 0,8, tj. snížením modulu pružnosti dřeva příložky na hodnotu
Edp = 1/(1+0,8)1,4.104 MPa, bude tedy n = 1/1,8.

Konečně poznámka k sanaci střešních panelů.

Pokud nejde při sanaci jen o zmenšení namáhání vazníku a zmenšení jeho průhybu, ale i o zvětšení zatížení například zřízením zelené střechy, je nutno též zvětšit únosnost a tuhost střešních panelů, protože jejich předpětí by vyžadovalo umělé prohnutí, a to je v dané situaci obtížné. Třeba použít cestu vyztužení pomocí přídavné konstrukce připojené zdola k panelům. To lze realizovat při ukládání předpínacích příložek k sousedním vazníkům např. podle obr. 5.

5 – Schéma vyztužení střešního panelu při zvětšení tíhy střešního pláště
5 – Schéma vyztužení střešního panelu při zvětšení tíhy střešního pláště
 

Zdroje informací

  1. Rojík V., Sanace trámového stropu, čas. Realizace staveb 1 – 2019
  2. Rojík V., Sanace trámového stropu (2), čas. Realizace staveb 1 – 2020
  3. Způsob omezení průhybu a zvětšení únosnosti nosníku – PN – 2016 – 279, ÚPV Praha, patent č. 307101
 
 
Reklama