Složený sloup z dřevěných fošen s trojúhelníkovým příčným řezem

• Foto

Tlačený, tažený nebo ohýbaný prut je jedním z nejvíce používaných konstrukčních prutů ve výstavbě ze dřeva. Výraznými pozitivy dřevěných konstrukčních prutů jsou nenáročná výroba, příznivý poměr mezi hmotností a pevností, možnost dodatečných úprav na stavbě, snadná montáž a manipulace. Dřevo je vhodným materiálem pro výrobu kompozitu.

U štíhlých tlačených prutů je jejich únosnost limitována vzpěrem. Zvýšení únosnosti prutů lze docílit především snížením jejich štíhlosti. Toho lze dosáhnout dvojím způsobem: snížením jejich účinné, tedy vzpěrné, délky nebo zvýšením poloměru setrvačnosti ke kritické ose vzpěru. Zvýšení poloměru setrvačnosti lze dosáhnout zvětšením rozměru prvku nebo použitím složených a členěných tlačených prvků. Při porovnání složeného a plného průřezu o stejné průřezové ploše lze konstatovat, že složený průřez má vyšší moment setrvačnosti a průřezový modul.

TROJÚHELNÍKOVÝ SLOŽENÝ SLOUP

Podstatou konstrukčního návrhu složeného prvku je, že sestává ze tří dřevěných fošen o shodném příčném průřezu ve tvaru rovnoramenného lichoběžníku s úhlem 60° mezi rameny a delší základnou. Tyto tři dřevěné fošny jsou uspořádány do tvaru rovnostranného trojúhelníka s dutým příčným průřezem. V každém spojovaném místě jsou v každé fošně vytvořeny dva průběžné otvory.

Do těchto otvorů jsou z vnitřní strany dutého průřezu vloženy svorníky, které jsou uprostřed své délky odkloněny od své podélné osy o 60°. Konce svorníků jsou opatřeny podložkou a maticí, jak je patrné z obr. 1.

V jednom možném provedení jsou otvory na svém vnějším konci opatřeny zapuštěním. V této úpravě otvoru je uložena podložka s maticí a zapuštění je pak zakryto dřevěnou zátkou. Zapuštění spojovacího prostředku společně s dřevěnou zátkou zvyšují požární odolnost dřevěného prvku a zlepšují jeho estetickou hodnotu.

Z hlediska úspory materiálu a tedy i nákladů je výhodné, jsou-li dřevěné díly realizovány z krajinového řeziva, které je obvykle odpadové. Další výhodou je jednoduchá demontáž spojovaných částí a tím i snadná recyklovatelnost. Složený prut oproti klasickému prutu s jádrovou dření není ve velké míře ovlivněn výsušnými trhlinami.

Za předpokladu stejně velkých ploch čtverce a rovnoramenného trojúhelníku je trojúhelníkový průřez z hlediska momentu setrvačnosti výhodnější nežli průřez čtvercový. S vyšším momentem setrvačnosti roste také únosnost prutu ve vzpěrném tlaku.

Na obr. 2 je znázorněn speciálně upravený ocelový svorník, který je uprostřed odkloněn od své podélné osy o 60°.

POPIS TESTOVANÉHO SLOUPU

Dřevěný složený sloup byl složen z dřevěných fošen tloušťky 40 mm a délky základny lichoběžníkového prořezu 260 mm. Spojovacími prostředky byly ocelové svorníky průměru 10 mm opatřené velkoformátovými podložkami a maticemi M10. Vzdálenost spojovacích prostředků po výšce sloupu byla 950 mm. Celkem bylo pro spojení fošen použito 12 svorníků. Výška sloupu byla 3 metry.

EXPERIMENT

Třímetrový sloup byl z vrchu zatěžován tlakovým namáháním až do bodu maximální tlakové síly zkušebního lisu, která dosahuje 630 kN (63 tun). Ani při takto velkém zatížení nebyla překročena mez únosnosti. Došlo pouze k oddálení použitých fošen v oblastech, kde nebyl prvek spojen ocelovými svorníky. Experiment probíhal v mechanické laboratoři Univerzitního centra ČVUT v Buštěhradě. Testovaný sloup během poexperimentu je zachycen na obr. 3. Obr. 4. reprezentuje průběh svislého posunu horního tlačeného konce sloupu v závislosti na síle. Při maximální dosažené síle 630 kN byl svislý posun roven 11,7 mm.

ZÁVĚR

V příspěvku je prezentován složený dřevěný sloup trojúhelníkového průřezu. Testovaný konstrukční prvek vychází z užitného vzoru [1] a funkčního vzorku [2], jejichž právní ochrana je ve vlastnictví Univerzitního centra energeticky efektivních budov ČVUT. Dřevěný složený sloup odolal zatížení 630 kN, což je maximální síla zkušebního lisu. Při této síle nedošlo k překročení meze únosnosti, ale dřevěné fošny se od sebe oddálily o 10 mm. Lze tedy konstatovat, že byla překročena mez použitelnosti konstrukčního prvku.

LITERATURA:
[1] Hataj, M., Kuklík, P.: Dřevěný složený prut, Užitný vzor, Úřad průmyslového vlastnictví, 28798, 2015-11-10.
[2] Hataj, M.: Dřevěný složený sloup, [Funkční vzorek], 2015. Materiál byl prezentován na konferenci Dřevostavby 2016 ve Volyni. Tento příspěvek vznikl za podpory Univerzitního centra energeticky efektivních budov. Výzkum byl podpořen grantem SGS14/178/ OHK1/3T/11.

Composite Column from Wooden Planks with Triangular Cross Section
In this paper, a new type of timber structural element is presented. The main idea behind the design is the possibility to use a waney edged timber, thereby effectively increasing the yield of timber while reducing the amount of timber waste. A hollow equilateral triangle constitutes the cross-section of the subjected composite element. The design of a new timber element type assumes a rapid and inexpensive production and its consequent installation. The timber element presented herein was laboratory tested.

Autoři

• Doc. Ing. Kuklík Petr CSc.
• Ing. Hataj Martin