Výhody částečně předepnuté rámové příčle s parabolickými pásy

Příčnou vazbu lehkých ocelových hal je obecně možné řešit dvěma základními způsoby:

• vetknutými sloupy vynášejícími prostý nosník (obr. 1a),
• kloubově uloženými sloupy rámově spojenými s horizontální příčlí (obr. 1b).

Řešení podle obrázku 1a má oproti rámové konstrukci (obr. 1b) dvě zásadní nevýhody:

• vetknuté sloupy zatěžují základové konstrukce (většinou patky) velkým ohybovým momentem, na který je nutné patky dimenzovat,
• do přenosu svislého zatížení není zapojena tuhost sloupů (ohybový moment ve styčníku je roven nule) – roste tedy průhyb příčle.

Přesto se toto řešení často používá. Důvodem je jednoduchý detail napojení vazníku na sloupy umožňující použití příhradového vazníku, který je pro haly středních a velkých rozpětí nezbytností. Realizace rámového styčníku je z hlediska projektu, výroby i montáže komplikace, která nevyváží statické výhody.

PODSTATA NOVÉHO TECHNICKÉHO ŘEŠENÍ
Řešením, které v sobě spojuje přednosti obou popsaných schémat, je rámová příčel s parabolickými pásy. Jedná se o lehký prutový prvek, rámově spojený s kloubově uloženými sloupy. Maximálně tedy využívá tuhost všech prvků konstrukce, aniž by při tom nevhodně zatěžoval základové patky.

Z hlediska stavební mechaniky se jedná o Vierendeelův nosník, jehož parabolické pásy jsou navrženy tak, aby sledovaly průběh ohybového momentu na rámové příčli zatížené rovnoměrným spojitým zatížením. Pás příčle je díky tomu možné navrhnout poměrně subtilní a po celé délce konstantní, aniž by průřez zůstával v krajích nevyužit. Hmotnost příčle lze takto – v porovnání s klasickým příhradovým nosníkem – snížit až o třetinu.

Obr. 1 – Základní statická schémata příčné vazby hal

Obr. 2 – Rámová příčel s parabolickými pásy

KONSTRUKČNÍ ŘEŠENÍ JE RYCHLEJŠÍ A EKONOMICKÉ
Konstrukční detaily příčle jsou řešeny tak, aby umožňovaly co nejlevnější a nejrychlejší výrobu a montáž při zachování požadované kvality a statického působení. Svislice Vierendeelova nosníku jsou proto na pásy vařeny přímo, bez styčníkových plechů, uložení příčle na sloupy je řešeno jednoduchým šroubovým spojem přes úložný a čelní plech, výměna nad vynechaným sloupem (např. nad vraty, velkým oknem apod.) je tvořena profilem tuhým v kroucení s navařeným úpalkem sloupu, což umožňuje použít typický detail uložení příčle na sloup (resp. výměnu) bez nutnosti vytvářet speciální detail.

POZOR NA MEZNÍ STAV
Při návrhu ocelových konstrukcí na velká rozpětí je nutné věnovat zvýšenou pozornost zejména meznímu stavu použitelnosti. I v případě rámové příčle s parabolickými pásy se průhyb ukázal být rozhodujícím kritériem pro její návrh. Cílem bylo snížit deformaci na 1/250 rozpětí – v souladu s ČSN. S ohledem na velký podíl vlastní tíhy nosné konstrukce na celkovém zatížení se prosté zvětšování průřezu jednotlivých prvků příčle ukázalo jako neefektivní. Míra využití materiálu klesala výrazně rychleji než průhyb v polovině rozpětí.

Řešením problému se ukázalo být dodatečné předpětí lany Monostrand. Spodním pásem příčle bylo vedeno předpínací lano v ochranném plastovém obalu, které bylo po smontování konstrukce předepnuto. Účinky předpětí nadvýšily příčel do požadované polohy a navíc v pásech vytvořily silovou rezervu, která je odčerpávána aplikací užitného zatížení v provozních stavech.

Obr. 6 – Celkový pohled na konstrukci v době výstavby

Užití předpětí je v oboru ocelových konstrukcí spíše výjimkou. Na rozdíl od betonu ocel „nese“ i v tahu, většina projektantů proto předpětí vnímá jako něco zbytečně složitého a drahého, bez většího efektu. Opak se ukázal být pravdou. Předpětí rámové příčle velmi efektivně vyřešilo potíže s jejím průhybem, aniž by negativně ovlivnilo nutné dimenze prvků. Naopak účinky předpětí odlehčily horní tlačený pás příčle, čímž zvýšily celkovou únosnost soustavy. Při posouzení ekonomické náročnosti předpínání je nutné si uvědomit, že pevnost předpínacích lan dosahuje až 1.800 MPa oproti 235 MPa běžné oceli. I lano malého průřezu (a hmotnosti) tak dokáže do konstrukce vnést velkou sílu. Vhodným trasováním lana je pak možné tuto sílu nasměrovat tak, aby přemístila zatížení do staticky výhodnější pozice. Při realizaci dvojlodní haly autosalonu Citroen v Brně-Slatině byla navržena rámová příčel s parabolickými pásy o rozpětí 18,5, resp. 16,0 m při statické výšce pouhých 500, resp. 360 mm.

Díky jednoduchému tvaru příčle, sloupů a všech detailů bylo možné obě haly (včetně nosné konstrukce mezipatra) o celkové hmotnosti přes 50 t vyrobit za méně než měsíc a smontovat za vynikajících osm dní.

Výhodné statické působení, jednoduchá výroba, propracované detaily a rychlá montáž na stavbě se promítly i do celkové ceny stavby. Při zastavěné ploše 1.100 m² bylo dosaženo ceny 3.360 Kč/m², resp. 530 Kč/m³ obestavěného prostoru.

Celý nezkrácený článek naleznete v čísle 4/2006 v časopise KONSTRUKCE.

Autor

• (red)