Ocelové konstrukce

stavitelství

Otázka: Ocelové konstrukce

Předmět: Betonové konstrukce

Přidal(a): Nikola CH.

Konstrukční skladba dřevěných konstrukcí

Jde o prostorové konstrukce složené z více prvků,
Zajišťují nosnost a prostorovou tuhost v podélném i příčném směru,
Jde převážně o konstrukce krovu nebo jinou variantu střešní konstrukce,
Může jít i o konstrukce dřevěných stěn,
Při návrhu musíme řešit dimenzování jednotlivých prvků na příslušné zatížení a způsob namáhání,
Dále musíme navrhnout spoje prvků a v návaznosti na to technologické provedení detailu,
Při montáži je také možné provést ochranu materiálu (např.: impregnace proti škůdcům a na zvýšení požární odolnosti) včetně části materiálu před sesazením spojů,
Rozměry a hmotnost prvků navrhujeme také s ohledem na jejich přepravu a montáž,

Vlastnosti oceli

Homogenní materiál s vlastnostmi pečlivě kontrolovanými ve výrobě,
Vyrábí se mnoho oceli, které se rozlišují chemickým složením a tepelným zpracováním během výroby,

Fyzikální vlastnosti

Modul pružnosti – E = 210 000 MPa,
Hmotnost – ρ = 7 850 kg.m³
Tepelná vodivost – α = 0,000 012 deg^-1
Součinitel příčné roztažnosti – v = 0,3,

Mechanické vlastnosti

Jsou ovlivněny přísadami a tepelným zpracováním oceli,
Mechanické vlastnosti pro každou ocel se určuje pomocí zkoušky na tah, která je zpravidla válcová – ze zkoušky pak vychází pracovní diagram,

Označení oceli

Např.: S235J2G3:
- S – ocel,
- 235 – udává mez kluzu v MPa (megapascal),
- J2 – je symbol pro houževnatost oceli při určité teplotě,
- G3 – označuje uklidněnou ocel,

Návrhová pevnost

Stejná metoda, jako při dřevěných konstrukcích,
- Součinitel materiálu: pokrývá kolísání meze kluzu u jednotlivých staveb,
- návrhová pevnost oceli: hodnota, se kterou se počítá ve výpočtech únosnosti konstrukčních prvků a je definována vztahem,
- Pro ocel S235, u nás dosud nejpoužívanější, vychází hodnota návrhové pevnosti,

SPOJE KOVOVÝCH KONSTRUKCÍ – SPOJOVACÍ PROSTŘEDKY

Dělení dle technologie provádění,
- Vrtané,
  - Předem vyvrtáme otvory, do kterých vkládáme spojovací prostředek,
  - Jsou to nýty a různé druhy šroubových spojů,
- Svařované,
  - Dle umístění rozlišujeme duté a koutové svary,
Dělení dle tuhosti spoje,
- Kloubové,
  - Nemají vliv na rozdělení vnitřních sil v konstrukci,
- Tuhé,
- Polotuhé,
  - Ovlivnění vnitřních sil v konstrukci se nedá přesně určit,
Dělení dle únosnosti,
- S plnou únosností,
  - Jsou to spoje, jejichž pevnost je stejná nebo vyšší než pevnost spojovaných materiálů,
- S částečnou únosností,
  - Spoj má nižší únosnost než spojovaný materiál,

Vrtané spoje

Nýtové spoje,
- Na historických budovách,
- Používají se už jen na rekonstrukci historických budov a staveb,
- Předvrtaný otvor je o jeden milimetr větší, něž tělo (dřík) nýtu,
- Průměr hlavy je 1,5krát vetší, než průměr dříku (půl kulatá hlava),
- Nýt se osazuje do spoje za tepla a kováním se vytvoří půl kulatá hlava i na druhé straně spoje,
- Po vychladnutí dojde ke stažení spoje a zvýšení pevnosti,
- Spoj je pracný, technologie velmi hlučná a výsledný spoj nerozebíratelný,
Šroubové spoje,
- Šroub:
  - má šestihrannou hlavu a metrický závit (M16),
  - Průměry šroubů dle únosnosti,
  - Předvrtání otvoru – volný otvor – o něco větší (nepohyblivost šroubu),
  - Použití podložek – matice, hliněné podložky,
  - Šrouby vyrábíme za studena nebo za tepla, ze závitových tyčí,
  - Dle rozměrové přesnosti a drsnosti povrchu jsou šrouby přesné nebo hrubé,
  - Obvyklé průměry (d) = 12, 16, 20, 24, 27, 30 mm,
Matice:
- je také šestihranná s metrickým závitem a může být normální, vysoká nebo nízká,
- Ve spoji můžeme použít i druhou matici, jako pojistnou,
Podložky:
- Obvyklá velikost 2 d,
- Vnitřní otvor o 1 mm větší než průměr šroubu,
- Obvykle se dávají pod matice, výjimečně pod hlavu,
- Zvětšuje dosedací plochu, snižuje otlačení okrajů otvoru a zamezuje odírání ploch při utahování,
- Speciální podložky např.: vyrovnávají sklony nosníků (šikmé), ukazují utažení spoje (s výčnělky) zabraňují přenosu vibrací do spoje (pružné) nebo stabilizují třecí spoje (vysokopevnostní, zakalené),
Spoj může být zajištěn pomocí závlačky, která zabrání povolování maticím,
Samořezné šrouby:
- Průměr předvrtaného otvoru je menší než průměr dříku, aby si šroub mohl vyříznout závit v materiálu,
- Používáme převážně do plechů malých tlouštěk,
- Z hlediska funkce jsou šroubové spoje nosné, spínací nebo těsnící,
- Mezi šrouby musí být předepsané rozteče v závislosti na průměru šroubu případně tloušťce spojovaného materiálu (viz. tabulky),
- Délka šroubu ve spoji musí být taková, aby po utažení matice přesahovaly minimálně 2 stupně závitu,
- Do spojovaného materiálu smí zasahovat maximálně polovina délky závitu,
- Spoj musí být technicky pro viditelný (způsob montáže),
Otvory pro šrouby:
- Vrtají se v závislosti na průměru šroubu o něco větší,
  - M12 – otvor o jeden milimetr větší,
  - M12 – 24 o 2 mm větší,
  - M24 a větší otvor o 3 mm větší,
- Utahování šroubů:
  - provádíme pomocí klíčů a sledujeme sílu utažení,
  - Kontrola utažení buď jako odpor v závitu, nebo srovnání výstupků na podložkách nebo ukazatel na speciálních momentových klíčích,
  - Spoj musí být utažen tak, abychom nepřipustili jeho po kluz a opakované namáhání střídavě tahem a tlakem,
  - Pro vysoce pevné spoje můžeme použít přesné šrouby s vysokou pevností a vytvořit tzv. třecí spoj,
  - styčné plochy materiálu musí být očištěny, bez nátěrů případně se zvýšenou drsností,
  - Spoj je utažen tzv. předpínací silou, kdy k pevnosti přispívá i tření mezi spojovanými materiály,

Konstrukční skladba ocelových konstrukcí

Plnostěnné nosníky,
- Buď svařované z plechů nebo svařované z válcovaných profilů,
Příhradové nosníky,
- Na vetší rozpětí než plnostěnné konstrukce (obvykle nad 15 m),Obvykle se provádějí jako svařované z válcovaných profilů nebo trubek,
Ocelové budovy,
- Ocelové skelety pro výškové stavby (u nás se používají v menší míře),
- Výhodou je: vysoká únosnost vzhledem k hmotnosti konstrukce,
- Ocelové sloupy, průvlaky a stropnice spojované vysokopevnostními šrouby nebo svary,
- Stropní konstrukce většinou spřažené ocelobetonové stropy,
- Halové stavby (jednolodní nebo vícelodní),
  - Ocelové sloupy ukotvené do ŽB patek,
  - Prostorové střešní konstrukce,
  - Obvodové pláště halových objektů,
  - Konstrukční vybavení, např.: jeřábová dráha,
- Zvláštní ocelové konstrukce,
  - Věže, stožáry, komíny,
  - Nádrže a zásobníky,
  - Transportní mosty a lanové konstrukce,

Svarové spoje

SVARY:
- Tupé:
  - Svařujeme materiály přisazené k sobě čelně nebo bočně,
  - Nejčastěji se používá pro svařování silných plechů nebo plátové oceli, obvykle v tloušťkách od 1 do 80 mm,
  - Tloušťka svaru odpovídá tloušťce spojovaných materiálů,
  - Od tloušťky přibližně 5 mm upravujeme okraje svařovaných částí pomocí úkosů (nejčastěji tvar V nebo X),
- Koutové:
  - Spojují dvě na sebe kolmé plochy materiálů,
  - Svar má trojúhelníkový průřez, který vzniká položením většího počtu vrstev (svarových housenek),
  - První housenka se pokládá do tzv. kořene svaru,
  - Po provedení každé vrstvy očistíme povrch od strusky,
  - Minimální tloušťka svaru je 3 mm,

Svařování

Při výrobě stavebních ocelových konstrukcí se nejčastěji používá svařování elektrickým obloukem (je to jeden z druhů tzv. tavného svařování),
Při tavném svařování jsou spojované materiály v místě svaru v tekutém stavu,
V menším počtu případu svařujeme tzv. elektrickým odporem, což je jeden z druhů tzv. tlakového svařování,
Při svařování tlakem jsou spojované materiály v místě svaru v těstovitém stavu a ke spojení dojde stlačením částí k sobě (např.: přivařování trnů u ocelobetonových konstrukcí,
Svařování elektrickým obloukem:
- Zdrojem tepla je oblouk, který hoří mezi základním materiálem a elektrodou (jsou připojeny na různé póly do stejnosměrného obvodu),
- Do elektrody dodáváme svařovací proud a po dotyku s materiálem se obvod uzavře, proud začne procházet, po oddělení od povrchu vytvoří elektrický oblouk s teplotou až 3000 °C,
- Obvyklá hloubka závaru je 1-3 mm, kdy oblouk natavuje základní materiál a současně se taví elektroda a vytváří svarovou housenku,
Elektrody
- Ocelové dráty průměru 1-8 mm a délky 450 mm,
- Jsou obalené hmotou, která zlepšuje hoření elektrického oblouku, vytváří ochranu zabraňující přístupu vzduchu ke svaru a vzniká z ní struska, která pokryje svarovou housenku, zpomaluje její chladnutí a napomáhá k vytvoření jemné struktury svaru,
- Mez kluzu elektrody má být přibližně stejná jako mez kluzu svařovaných materiálů,
- Svařování v ochranné atmosféře:
  - Do místa spoje přivádíme CO2 nebo netečné plyny, které lépe chrání před přístupem vzduchu (mohou se používat i speciální wolframové elektrody),
- Svařování pod tavidlem:
  - Tavidlo sypeme ze zásobníku do místa spoje a elektroda je v něm ponořena
  - Provádí se na vodorovných svarech v průmyslové výrobě,
- Řezání materiálu:
  - Provádíme plynovým hořákem (směs plynu a kyslíku),
  - Můžeme také použít wolframovou elektrodu a svařování nebo řezání plazmou,

Návrh spojů dřevěných a kovových konstrukcí:

Spoje dřevěných konstrukcí,
- Spoje se spojovacími prostředky,
  - znát návrhovou sílu, na kterou spoj dimenzujeme,
  - Nejčastějšími spojovacími prostředky jsou hřebíky nebo kolíky (musíme vždy znát únosnost tohoto prvku),
  - Známe geometrické uspořádání spoje, hlavně to, kolik je v něm rovin střihu (obvykle jednostřižný nebo dvou střižný spoj),
  - Navrhujeme počet spojovacích prvků a jejich umístění (rozteče dle tabulek),
  - Dalším typem úlohy může být, že znám přesné provedení spoje (použité spojovací prostředky i jejich rozteče) a hledám zatížení, které je spoj schopen přenést,
  - Opět záleží na počtu střihů, kdy přenášená síla je rozdělena do jedné nebo více částí,
- Tesařské spoje,
  - Pokud navrhujeme nebo posuzujeme tesařský spoj, je důležité počítat s jeho geometrií (šikmé prvky apod.) a zároveň s oslabenými plochami, na kterých síly a napětí působí.