Profily s vlnitou stojinou nacházejí uplatnění také v zemědělských stavbách

• Foto

CHARAKTERISTIKA PROFILU S VLNITOU STOJINOU
Profil s vlnitou stojinou je svařovaný I profil s tenkou stojinou, která je tvarována do vln tvaru sinusovky s výškou vlny 40 až 43 mm. Výška profilu je dána šířkou svitků tenkých plechů používaných při výrobě stojiny. Výška stojiny je 333, 500, 625, 750, 1 000, 1 250 a 1 500 mm. Standardně je tloušťka stojiny 2,0 mm – profil značen WTA, 2,5 mm – WTB nebo 3,0 mm – WTC. Stojinu však lze vyrobit v tloušťce až 6 mm. Pásnice se vyrábějí v tloušťkách od 6 do 30 mm a v šířkách od 120 do 450 mm, pásnice nemusí být shodné. Stojina i pásnice mohou být z oceli S235 nebo S355, v jednom průřezu mohou být materiály zkombinovány. Profily lze vyrobit i s proměnnou výškou průřezu s výškou stojiny od 250 do 1 250 mm. Geometrie profilu s vlnitou stojinou je na obrázku 1.

METODA NAVRHOVÁNÍ PROFILŮ S VLNITOU STOJINOU
Profily s vlnitou stojinou se navrhují standardně dle evropských norem. Posudkem lze prokázat únosnost jak pro provozní stav při pokojové teplotě, tak i požární odolnost R15 při výpočtu dle nominálních teplotních křivek nebo výjimečně až R30 při výpočtu využívajícím přirozené modely požáru.

Posudek pro mezní stav únosnosti i použitelnosti pro provozní stav se provádí dle ČSN EN 1993-1-1 a ČSN EN 1993-1-5, kde příloha D pojednává přímo o tomto typu profilu. Postup posouzení je obdobný, jako v případě běžných profilů, pouze se musí ve výpočtu uvážit jiné rozdělení vnitřních sil v průřezu. Pásnice vzdorují všem složkám vnitřních sil s výjimkou posouvající síly Vz ve směru vlnité stojiny a proto je i posudek průřezu rozdělen na dvě části. První je posudek pásnic, kdy se počítají průřezové charakteristiky účinného průřezu bez uvažování stojiny. Druhou je posudek stojiny pro smykovou a lokální únosnost. I když je stojina velmi tenká, vzhledem k jejímu tvarování do vln se vliv boulení uplatní jen u nejvyšších průřezů a součinitel boulení dosahuje minimálních hodnot od 0,8 výše pro stojinu z oceli S355, v případě stojiny z oceli S235 je vliv boulení zanedbatelný i pro výšku 1 500 mm.

Základní předpoklady posouzení WT profilu při požáru jsou analogické k posouzení pro stav při pokojové teplotě. Posudek průřezu je opět rozdělen na dvě samostatně působící části – pásnice a stojinu. Pásnice vzdorují všem složkám vnitřních sil s výjimkou posouvající síly V_z,fi, které vzdoruje stojina. Pro požární posudek pásnic se uvažuje součinitel nechráněného ocelového průřezu A_m/V samostatně pro každou pásnici. Dále se postupuje standardním způsobem, jako by se jednalo o celý průřez. Teplota stojiny je v době požáru, která nás většinou zajímá maximálně do 30 minut, vyšší než u pásnic a blíží se teplotě plynu. Požární zkoušky, které byly provedeny v roce 2013 v požární zkušebně Pavus, a. s. ve Veselí nad Lužnicí prokázaly možnost použití nechráněných profilů s vlnitou stojinou i pro konstrukce s požadavkem na požární odolnost R15 a za určitých podmínek až R30, což odpovídá požární odolnosti standardních ocelových konstrukcí.

PROGRAM PRO NAVRHOVÁNÍ PROFILŮ S VLNITOU STOJINOU
Pro navrhování profilů s vlnitou stojinou je k dispozici program, který je volně ke stažení z webových stránek dodavatele profilů. Programem lze spolehlivě a rychle řešit návrh při pokojové teplotě a také provést požární posudek pro zvolenou požadovanou dobu požární odolnosti. Program řeší návrh WT profilů dle platných evropských norem pro navrhování ocelových konstrukcí a to jak prostý posudek průřezu, tak i posudek prutu s vlivem stability prvku v tlaku a tlačené pásnice při ohybu. Posudek požární odolnosti je programem řešen dle jedné z nominálních teplotních křivek, konkrétně dle normové teplotní křivky pro normální požár v budovách dle ISO 834.

UPLATNĚNÍ PROFILŮ S VLNITOU STOJINOU V ZEMĚDĚLSKÝCH STAVBÁCH
V současné době vzrůstá poptávka po ocelových konstrukcích objektů pro zemědělskou výrobu. Po letech stagnace investic do tohoto odvětví rostou nyní požadavky na budování nových zemědělských výrobních a skladovacích objektů.

Stavby pro zemědělství mívají specifické nároky na funkci konstrukčních systémů. Požadavky na tepelné vlastnosti nebývají tak přísné jako u objektů pro průmysl, obchod a skladování. Zemědělské objekty mnohdy bývají i částečně otevřené. Požadavky na vytápění a klimatizaci proto nebývají zpravidla rozhodující, spíše převládají požadavky na účinné přirozené nebo nucené větrání. Z toho plyne, že požadavek na minimalizaci obestavěného prostoru z hlediska budoucích provozních nákladů nebývá pro většinu nových zemědělských objektů důležitý. Tato skutečnost nahrává používání profilů s vlnitou stojinou zejména pro vodorovné ohýbané prvky. Zvětšení výšky profilu pro vyšší ohybovou únosnost je velice efektivní, protože větší výška tenké vlnité stojiny se promítne do hmotnosti profilu a tím i jeho ceny včetně započtení větší plochy protikorozní ochrany méně, než odpovídá vzrůstu únosnosti při pásnicích dále od sebe.

Výrobu a montáž ocelových konstrukcí často provádějí menší firmy, které samy nemají technické vybavení pro efektivní výrobu svařovaných I profilů a musejí si je kupovat od subdodavatelů, což jim zvyšuje celkové náklady na výrobu ocelových konstrukcí. Nákup profilů s vlnitou stojinou je proto pro ně efektivní. Vhledem k nižší vlastní hmotnosti klesají i náklady na manipulaci jak při výrobě, tak při montáži konstrukce. Protikorozní ochranu konstrukcí s profily s vlnitou stojinou lze kromě standardních nátěrových systémů řešit i žárovým zinkováním. I když má profil tenkou vlnitou stojinu, tryskání povrchu jako podkladu pro nanášení nátěrového systému ani
žárové zinkování nečiní žádné obtíže. Na obrázcích 2 až 4 je ukázka z aktuální výstavby zemědělské haly v Chorušicích u Prahy.

EFEKTIVNOST POUŽITÍ PROFILŮ S VLNITOU STOJINOU PRO HALOVÉ OBJEKTY
Ekonomičnost použití profilů s vlnitou stojinou místo válcovaných nebo klasických svařovaných profilů pro standardní halové objekty byla v roce 2014 ověřována srovnávací studií příčné vazby halových objektů výšky 6 a 9 m a rozpětí od 18 do 42 m, příčle byly uvažovány se sklonem 10 nebo 20 % s táhlem nebo bez táhla. Statické systémy příčné vazby jsou na obrázku 5. Rámy byly uvažovány vetknuté, vzdálenosti rámů byly 6 nebo 9 m. Zatížení bylo uvažováno vlastní tíhou, střešním pláštěm s podvěšenými rozvody 0,68 kN/m², sněhem 1,05 kN/m² a základním tlakem větru 0,77 kN/m², vše v návrhových hodnotách.

Profily byly navrženy tak, aby vyhovovaly jak z hlediska únosnosti průřezu, tak z hlediska stabilitní únosnosti prutů. Velikosti profilů byly voleny tak, aby se únosnost profilů stojky i příčle co nejvíce přibližovala 100% využití. Vzpěrné délky tlačených prutů a volné délky pro klopení ohýbaných prutů byly pro všechny srovnávané případy uvažovány shodné. Pro stojky rámů bylo L_y = β H, L_z = 3 m, L_LT = 0,6 H. Pro příčle bylo L_y = L_p, kde L_p je skutečná délka poloviny příčle, L_z = 2,25 až 3,0 m dle rozpětí vazby a L_LT = 0,4 L_p. Deformace konstrukce ve všech případech vyhověla požadavkům MSP dle ČSN EN 1993-1-1.

Výsledkem vyhodnocení hmotností jednotlivých typů příčných vazeb pro různé typy průřezů je konstatování, že profily s vlnitou stojinou jsou nejlehčí variantou. Z porovnání s válcovanými průřezy IPE vyplývá, že úspora hmotnosti činí 15 až 30 %, při porovnání s válcovanými průřezy HEA činí úspora hmotnosti až 34 %. Při porovnání profilů s vlnitou stojinou s klasickými svařovanými I průřezy je patrná úspora hmotnosti v rozmezí 13 až 25 %. Výsledky srovnání hmotností příčných vazeb jsou na obrázcích 6 až 8. Výsledky jsou vykresleny pro systém se sklonem střechy 10 % bez táhla. Pro ostatní systémy z obrázku 5 jsou výsledky obdobné.

PŘÍKLADY EKONOMICKY VÝHODNÉHO VYUŽITÍ PROFILŮ S VLNITOU STOJINOU
Profily s vlnitou stojinou jsou vzhledem ke své ekonomičnosti používány pro vodorovné i svislé nosné prvky halových objektů a skeletů pro rozpětí od 6 m až přes 40 m. Vzhledem k sortimentu stojin a pásnic se profily s vlnitou stojinou mohou uplatnit jako náhrada válcovaných profilů od velikosti IPE 300 až po HEA a HEB 1000, u svařovaných I profilů až do výšky 1 500 až 1 600 mm. Spolehlivě lze nahradit i příhradové nosníky a to takové, které mají konstrukční výšku až 2 500 mm. Vždy záleží na konkrétním prvku a jeho statickém působení.

Na obrázku 9 je výrobní hala realizovaná u Pelhřimova na přelomu let 2013 až 2014. Profily s vlnitou stojinou jsou použity jako vodorovné i svislé nosné prvky rámových vazeb. Objekt byl řešen včetně požární odolnosti bez nutnosti dodatečné ochrany proti požáru.

Na obrázcích 10 a 11 je část nové nosné ocelové konstrukce Hlavního nádraží v Salcburku, kde byly profily s vlnitou stojinou použity jako hlavní vodorovné nosné prvky zastřešení. Konstrukce obdržela European Steel Design Award v roce 2013.

ZÁVĚR
Princip profilů s tenkou tvarovanou stojinou je znám již z období mezi světovými válkami. V USA se profily se silnější tvarovanou stojinou uplatňují i v mostním stavitelství. V pozemním stavitelství se u našich nejbližších sousedů v Rakousku, Německu a Polsku profily s vlnitou stojinou prosazují již od devadesátých let minulého století, kdy rakouská firma Zeman & Co vyvinula patentově chráněný postup provádění jednostranných krčních svarů tenkých vlnitých stojin a vyrobila první výrobní linku se svařovacím automatem k jejich hromadné výrobě. Současná roční produkce profilů s vlnitou stojinou je 15 000 t což svědčí o skutečnosti, že profily s vlnitou stojinou jsou díky svým užitným vlastnostem v poměru k ceně důležitým prvkem pro ekonomické návrhy nosných ocelových konstrukcí.

The Profiles with Undulating Webs also Used in Agricultural Buildings
A profile with an undulating web was developed to become an economical substitute of high roll or standard welded Isections. The principle of the economical profile with a thin web shaped to increase its static load capacity has been known for many decades, but only after the automation of neck welds between thin shaped webs and flanges was managed, it was finally possible to start an economically successful mass production and thus extend the demand for the profile. Nearly thirty years ago, an Austrian company Zeman & Co produced a special automatic welding machine for a continuous welding of the neck welds between undulating webs and flanges. The use of these profiles has been expanding ever since. Using the profile with an undulating web for agricultural buildings is the latest area of an interesting application. After many years of stagnation, the agricultural buildings are becoming demanded again.

Autor

• Ing. Vácha Jaroslav Ph.D.