Vazník ( fr. ferme ← lat. firmus “silný”) je prutový systém ve stavební mechanice , který zůstane geometricky nezměněn po nahrazení jeho tuhých spojů s klouby . V prvcích farmy, při absenci nesouososti tyčí a mimouzlového zatížení, vznikají pouze tahově-kompresní síly. Vazníky jsou tvořeny z přímých prutů spojených v uzlech [1] do geometricky neměnného systému, na který působí zatížení pouze v uzlech [2] .
Mezi vazníky s výhradami patří příhradové nosníky , které jsou kombinací dvou nebo třípolového spojitého nosníku a pružinové trakce; jsou typické pro ocelové a dřevěné konstrukce, s horním pásem z průběžného válcovaného profilu (řezivo nebo balíky lepených desek ). Mohou zde být i železobetonové vazníky malých rozpětí.
Slovo „farma“ pochází z fr. ferme , což se zase vrací k lat. firmus ( silný ).
Anglický ekvivalent ( anglicky truss ) pochází ze starého francouzského slova fr. kalhoty , asi z roku 1200 našeho letopočtu. E. , což znamená „věci poskládané“ [3] [4] . Termín krov (vazník) se často používá k popisu jakékoli sestavy prvků – jako jsou pseudo- rámy [5] [6] nebo páry krokví [7] [8] , často znamená inženýrský smysl: „plochý rám jednotlivých konstrukčních prvků spojených konců do trojúhelníků, k překonání velké vzdálenosti“ [9] .
Příhradové vazníky jsou široce používány v moderním stavebnictví, především pro zakrytí velkých rozponů za účelem snížení spotřeby použitých materiálů a odlehčení konstrukcí, např. při výstavbě velkorozponových konstrukcí, jako jsou mosty , příhradové systémy průmyslových staveb, sportovní areály , např. stejně jako při stavbě malých lehkých stavebních a dekorativních konstrukcí : pavilony , jevištní konstrukce , markýzy a pódia ;
Trup letadla, trup lodi, nosná korba automobilu (kromě otevřených karoserií, které fungují jako jednoduchý nosník ), autobusu nebo dieselové lokomotivy, rám vagónu se sprengelem - z pohledu pevnosti materiálů jsou vazníky (i když nemají rám jako takový - příhradová konstrukce v tomto případě tvoří prolisy a výztuhy vyztužující plášť), respektive při jejich pevnostních výpočtech jsou použity příslušné metody [ 10] .
Americký architekt Itiel Town navrhl příhradový vazník jako alternativu k těžkým dřevěným mostům. Jeho konstrukce, patentovaná v letech 1820 a 1835, využívá prkna se snadnou manipulací uspořádaná diagonálně s krátkými mezerami mezi nimi, tvořícími mřížku.
Prattův příhradový nosník byl patentován v roce 1844 dvěma bostonskými železničními inženýry, Calebem Prattem a jeho synem Thomasem Willisem Prattem [11] . V návrhu pracují vertikální prvky v tlaku a diagonální prvky v tahu. Konstrukce krovu Pratt zůstala populární i po přechodu ze dřeva na železo a ze železa na ocel. Pro plochý vazník konstantní výšky je Prattova konfigurace obvykle nejúčinnější při statickém vertikálním zatížení.
V roce 1844 začal D. I. Žuravskij z pověření P. P. Melnikova [12] zkoumat vlastnosti mostů s příhradovými vazníky systému Gau [12] a v roce 1856 rozpracoval svou teorii pro výpočet diagonálních vazníků a jako první poukázal na existenci smyku. napětí v ohybu.
V roce 1893 F. S. Yasinsky vyvinul metodu pro výpočet stlačených prvků ocelových mostních konstrukcí a vyvinul prostorové skládané konstrukce pro podlahy železničních dílen v Petrohradě.
Těžké vazníky s dvoustěnnými sekcemi (dva styčníky v uzlu) se používají s úsilím v pásech více než 350-400 tun ; zpravidla se jedná o: velkorozponové vazníky mostů , jeřáby hangárů a jiných velkých konstrukcí, montáže letadel, kůlny pro stavbu lodí s mostovými jeřáby. Tyto konstrukce vnímají dynamická zatížení, proto jsou jejich klouby navrženy na nýtech nebo vysokopevnostních šroubech.
Práce ve vesmíruPlochý vazník, jehož táhla leží v jedné rovině, vnímá zatížení pouze v jedné rovině – vertikálně prostorový vazník tvoří „prostorový nosník“ a vnímá zatížení v libovolném směru. Prostorový příhradový nosník se skládá z plochých příhradových ploch, které jsou připojeny k dalším prvkům rámu budovy pomocí vzpěr .
Podle typu farmy a příhradové konstrukce se dělí na:
Podle účelu se farmy dělí na [14] :
a další struktury.
Podle materiálu provedení se farmy dělí na:
Někdy se různé materiály kombinují pro co nejracionálnější využití všech jejich vlastností.
Příhradové nosníky mohou být dvoupásové a třípásové, ve vzácných případech mají výhody oproti dvoupásovému: mají vysokou odolnost proti ohybu v horizontální rovině a krutu , což eliminuje potřebu instalace dalších spojů a zvyšuje stabilitu stlačeného obrysu krovu.
V závislosti na povaze obrysu vnějšího obrysu vazníků (typu pásů) mají vazníky určité rozměry na délku a výšku a také sklon [15] :
Typ pásu | Rozpětí (délka) vazníků L,m |
Výška krovu, H, m |
Sklon zemědělského pásu, i, % |
Systém |
---|---|---|---|---|
Sparushnye | 36 | 1/10…1/12L | — | |
Paralelní | 24-120 | 1/8…1/12L | až 1,5 % | Farma je čtyřúhelníková s rovnoběžnými pásy. Krov je čtyřboký s rovnoběžnými pásy a šikmý. Farma je čtyřúhelníková s nerovnoběžnými pásy. |
Ryba | 48-100 | 1/7…1/8 l | — | |
Polygonální (polygonální) | 36-96 | 1/7…1/8 l | — | Farma je polygonální (polygonální). |
Parabolický (segmentový) | 36-96 | 1/7…1/8 l | — | |
Lichoběžníkové | 24-48 | 1/6…1/8 l | 8,0…10,0 % | Farma je pětiúhelníková (lichoběžníková). |
trojúhelníkový | 18-36 | 1/4…1/6 l | 2,5…3,0 % | Krov je trojúhelníkový s lomeným spodním pásem. Farma je trojúhelníková s přerušeným spodním pásem (varianta 2). Krov je trojúhelníkový s rovným spodním pásem, asymetrický. Krov je trojúhelníkový s rovnou spodní pásnicí. |
Obvykle se ve veřejných budovách používají farmy typu spar a rybí farmy s paralelními pásy - v průmyslových [15] .
Optimální výšku vazníků podle podmínek minimální hmotnosti a maximální tuhosti získáme poměrem výšky vazníku k rozpětí - {{{1}}} , ale s tímto poměrem jsou vazníky pro montáž nepohodlné. a dopravy a nadhodnocují objem budov [15] .
Typ mřížeTyp příhradové příhrady [15] :
Typ mřížky | Popis | Systém |
---|---|---|
přejít | Příčná mříž pracuje pouze v tahu, proto se používá u vazníků pracujících na znaménkově proměnném zatížení. | |
Úhlopříčka | Používá se v nízkých farmách | Příhradový vazník je diagonální se vzestupnými vzpěrami.
|
Poloviční úhlopříčka | — | |
kosočtverečné | Kosočtverečná mřížka je typ trojúhelníkové mřížky. | |
trojúhelníkový | — | Mříž farmy je trojúhelníková. Příhrada krovu je trojúhelníková se stojkami. Příhrada krovu je trojúhelníková se stojkami a přívěsky. |
Sprengelnaja | — | Příhradový vazník je diagonální se stoupajícími vzpěrami a vazníky. Příhradový vazník je diagonální s klesajícími vzpěrami a vazníky. Mříž statku je trojúhelníková se sprengely. |
Racionální úhel vzpěr k příhradovým pásům je 45°.
Diagonální vazník se používá v mezipatře k vytvoření využitelné podlahy v mezivazovém prostoru nebo technickém podlaží; jeho nevýhodou je zvýšená spotřeba oceli vlivem značných ohybových momentů v pásech a regálech [15] .
Typ podporyVazníky, stejně jako nosníky , mohou mít různé nosné konstrukce (typy podpor). Výpočtové schéma vazníků může být staticky určité nebo neurčité , které určuje návrh uzlů podpory vazníku: kloubová nebo tuhá podpora.
Podle typu podpory se vazníky dělí na:
Vazníky mohou být podepřeny příhradovými vazníky, sloupy nebo stěnami.
Směrem k podpůrným reakcím:
Skupiny ocelových konstrukcí pro výběr jakosti oceli:
Pro první skupinu je akceptována ocel třídy ne nižší než C255, pro ostatní - C245.
Typ sekcePodle typu průřezů jsou ocelové vazníky navrženy z válcovaných profilů:
Strukturálně se každá farma skládá z prvků: pás, stojan, vzpěra , sprengel (podpěrná vzpěra).
Příhradový pás vnímá podélná zatížení, mříž - příčná; vazník slouží jako nosný prvek, který snižuje odhadovanou délku podpěrné vzpěry nebo vzpěr a vzpěr vazníku.
Dřevěné farmy jsou uspořádány:
Nohy závěsných vazníků jsou uprostřed podepřeny vzpěrami opírajícími se o vřeteník, který je zavěšen k vrcholu vazníku a zároveň udržuje dotažení závěsným límcem . Závěsný systém vřeteníku je nejstarší formou racionálního dřevěného krovu; u velkých rozpětí jsou v místech křížení vzpěr s nohami zavěšeny další vřeteníky.
Typ řezu prvků vazníku [16] :
V případě použití otevřených profilů (rohový, žlabový, I-nosník atd. ) jsou na koncích vazníků opatřeny zesílené lemovky [17] nebo speciální zesílení - žárovky [16] .
PásyPro upevnění nosníků je na horním pásu vazníků instalován roh s otvory pro šrouby.
Při podepření železobetonových podlahových desek je horní pás krovu vyztužen deskami o tloušťce t, mm:
Pro velká rozpětí (více než 12 m) a v případě potřeby změnu průřezu tětiv se navrhují mezery. Přerušení pásů se obvykle provádí za uzly, aby se usnadnila práce klínu, pásy jsou pokryty překryvy z rohů nebo desek. S malým úsilím je možné spojení pásů v uzlu. Dosedající tětivy jsou výškově posunuty maximálně o 1,5 %, aby se zabránilo vzniku ohybového momentu, který je ve výpočtech zohledněn.
Připojovací těsněníProfily otevřeného typu v párech na velké délky mohou pracovat odděleně od sebe (při stlačení se mohou ohýbat v různých směrech), proto jsou pro jejich větší stabilitu při společné práci instalovány spojovací těsnění - crackery.
Pokud délka spárovaných prvků vazníků (pásy, hřebeny a výztuhy) přesáhne 40 r v tlaku a 80 r v tahu, kde r je jakýkoli minimální poloměr otáčení profilové části, pak jsou takové prvky spojeny podél sebe další rozpěrky - krutony. Při šířce profilu větší než 90 mm nejsou crackery instalovány pevně, jsou roztrhány na dva úzké pásy, aby se ušetřila ocel [18] .
klínyPrvky příhradových vazníků mohou být spojeny k sobě navzájem nebo prostřednictvím spojovací desky - styčníku .
Tloušťka styčníků závisí na silách v příhradových prvcích a předpokládá se, že je stejná pro všechny prvky, avšak u velkorozponových vazníků je povolena tloušťka nosných vazníků o 2 mm větší a bere se pro ocel C38 / 23 dle tabulky: [19]
Odhadovaná síla, t | až 15 | 16-25 | 26-40 | 41-60 | 61-100 | 101-140 | 141-180 | 181-220 | 221-260 | 261-300 | 300-380 | až 500 |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Tloušťka klínu, mm | 6 | osm | deset | 12 | čtrnáct | 16 | osmnáct | dvacet | 22 | 25 | 28 | 32 |
U ocelí jiných než C238 / 23 je povoleno snížit tloušťku vyztužení vynásobením faktorem rovným 2100 / R, kde R je návrhová odolnost oceli.
Pokud je několik tyčí libovolně upevněno na pantech , budou se náhodně otáčet kolem sebe a taková konstrukce bude, jak se říká ve stavební mechanice, „proměnlivá“, to znamená, že pokud na ni zatlačíte, složí se jako stěny ze záhybu krabičky od zápalek. Pokud z tyčí vytvoříte obyčejný trojúhelník, struktura se vyvine pouze v případě, že jedna z tyčí je zlomená nebo je odtržena od ostatních, taková struktura je již „neměnná“.
Návrh krovu obsahuje tyto trojúhelníky. Výložník věžového jeřábu i složité podpěry , všechny jsou tvořeny malými a velkými trojúhelníky. Protože všechny tyče fungují lépe v tlaku a tahu než při přetržení, zatížení působí na vazník v místech spojení tyčí.
Ve skutečnosti jsou vazníky obvykle spojeny ne pomocí závěsů, ale pevně. To znamená, že pokud jsou jakékoli dvě tyče odříznuty od zbytku konstrukce, nebudou se vůči sobě otáčet, ale v nejjednodušších výpočtech se to zanedbává a předpokládá se, že existuje závěs.
Existuje obrovské množství způsobů výpočtu farem, jednoduchých i složitých [20] ; jedná se o analytické metody a silové diagramy. Analytické metody vycházejí z příkladu řezání vazníků, jednou z nejjednodušších je výpočet metodou "průchozího řezu" nebo "řezných uzlů" ( ojnice závěsů ) . Tato metoda je univerzální a vhodná pro všechny staticky určené farmy. Pro výpočet jsou všechny síly působící na farmu redukovány na její uzly. Pro výpočet jsou dvě možnosti.
Nejprve se pomocí obvyklých metod statiky (sestavení rovnic rovnováhy) zjistí reakce podpor , poté se uvažuje libovolný uzel, ve kterém se sbíhají pouze dvě tyče. Uzel je mentálně oddělen od krovu a nahrazuje působení řezaných tyčí jejich reakcemi směřovanými z uzlu. V tomto případě platí pravidlo znaků - napnutá tyč má kladnou sílu. Z podmínky rovnováhy konvergentní soustavy sil (dvě rovnice v průmětech) se určí síly v prutech, pak se uvažuje další uzel, ve kterém jsou opět jen dvě neznámé síly a tak dále, dokud síly v všechny pruty jsou nalezeny.
Dalším způsobem je neurčovat reakce podpor, ale nahradit podpory nosnými tyčemi a poté vyříznout všechny uzly (číslo n ) a pro každý napsat dvě rovnice rovnováhy. Dále se řeší soustava 2n rovnic a jsou nalezeny všechny 2n síly včetně sil v podpěrných tyčích (podporové reakce). Ve staticky určených farmách se systém musí uzavřít.
Metoda řezání uzlů má jednu podstatnou nevýhodu - hromadění chyb v procesu sekvenčního zohledňování rovnováhy uzlů nebo prokletí rozměrů matice soustavy lineárních rovnic , je-li sestavena globální soustava rovnic pro tzv. celou farmu. Tento nedostatek je zbaven Ritterovy metody [21] . Existuje také archaická grafická metoda výpočtu - Maxwell-Cremona diagram , která je však užitečná v procesu učení. Moderní praxe používá počítačové programy, z nichž většina je založena na metodě řezání uzlů nebo metodě konečných prvků . Někdy se ve výpočtech používá metoda náhrady Gennebergových tyčí [22] a princip možných posuvů [23] .
Odhadované délky prvkůVypočítané délky příhradových prvků (pásy, vzpěry a výztuhy) se berou rovny délce prvku vynásobené délkovým redukčním faktorem μ [24] :
V projektové dokumentaci se rozlišují dva stupně projektování: „P“ (projektová dokumentace) a „R“ (pracovní dokumentace). Ve fázi „P“ je navržena obecná geometrie vazníku s uvedením vnitřních sil a geometrických rozměrů prvků. Pracovní návrh se skládá ze dvou částí: Vysvětlivka a výkresy jakosti KM (kovové konstrukce) provedené projektantem, na základě kterých jsou vypracovány výkresy jakosti KMD (kovové konstrukce, detaily) projekčním oddělením. výrobce, s přihlédnutím k dostupnosti materiálů (válcovaná ocel atd.) a technologickým možnostem a omezením závodu a instalační organizace (mechanismy pro konstrukci: svářečky atd.; mechanismy pro instalaci: jeřáby, kladkostroje atd.) .
Výkresy značky KM zahrnujíPracovní výkresy jsou zhotoveny ve speciálním značkovém systému.
Hlavní budova HSBC Bank , Hong Kong má viditelnou příhradovou konstrukci.
Nosná konstrukce pod mostem en:Auckland Harbour Bridge .
Auckland Harbour Bridge na Watchman Island , na západ od něj.
Příhradové střešní konstrukce ze strany budovy Cluny , Francie .
Sekce příhradové příhradové střechy, viz cs:Dřevěný příhradový vazník .
Příhradový prostor nesoucí podlahu v The Woodlands Mall .
Podpora elektrického vedení.
Slovníky a encyklopedie | |
---|---|
V bibliografických katalozích |