Tento článek se zabývá jmenovitě čepovanými spoji (jednoduchými spoji), které se používají u vícepodlažních vyztužených rámů ve Velké Británii. Tato forma vyztužených konstrukcí s nominálně čepovanými spoji se označuje jako „jednoduchá konstrukce“.
Článek uvádí typy jednoduchých spojů, které se nejčastěji používají ve Velké Británii. Uvádí postupy pro jejich navrhování podle Eurokódu 3 a diskutuje relativní výhody typů přípojů na koncích nosníků. Přínosy normalizace přípojů jsou diskutovány u přípojů mezi nosníky a mezi nosníky a sloupy s použitím přípojů z žebrových desek a pružných koncových desek.
Přípoje sloupů, patky sloupů a přípoje výztuh jsou rovněž diskutovány spolu se stručnou zmínkou o speciálních přípojích.
Typy jednoduchých přípojů
Jednotlivé přípoje jsou jmenovitě čepové přípoje, u nichž se předpokládá, že přenášejí pouze koncový smyk a mají zanedbatelný odpor proti otáčení. Nepřenášejí tedy významné momenty v mezním stavu únosnosti. Tato definice je základem navrhování vícepodlažních vyztužených rámů ve Velké Británii, které jsou navrženy jako „jednoduchá konstrukce“, v níž jsou nosníky navrženy jako prostě podepřené a sloupy jsou navrženy na osové zatížení a malé momenty vyvolané koncovými reakcemi od nosníků. Stabilitu rámu zajišťují výztuhy nebo betonové jádro.
Ve Velké Británii se používají dvě základní formy prostých spojů (jak je znázorněno vpravo), a to:
- Pružné koncové desky a
- Koncové desky.
Mezi běžně se vyskytující jednoduché spoje patří např:
- Spoje nosníku s nosníkem a nosníku se sloupem pomocí:
- Částečných hloubkových čelních desek
- Plných hloubkových čelních desek
- Čelních desek
- Sloupové spoje (šroubované krycí desky nebo čelní desky)
- Sloupové patky
- Vzpěrné spoje (klínovité desky).
Jednotlivé spoje mohou být potřebné i pro šikmé spoje, excentrické připojení nosníků ke sloupům a připojení k pásnicím sloupů. Ty jsou klasifikovány jako zvláštní spoje a řeší se samostatně.
Postupy navrhování
Navrhování jednoduchých přípojů vychází z normy BS EN 1993-1-8 a její doprovodné národní přílohy. Únosnosti součástí spoje vycházejí z pravidel uvedených v článku 3.6. Rozteče spojovacích prostředků jsou v souladu s ustanovením 3.5 a řídí se doporučeními uvedenými v „Zelené knize“ (SCI P358).
Publikace ECCS č. 126 rovněž poskytuje užitečné pokyny pro navrhování jednoduchých spojů podle Eurokódu 3.
Úvahy o spojích
Klasifikace spojů
Podle normy BS EN 1993-1-8, jmenovité čepové spoje:
- Měly by být schopny přenášet vnitřní síly, aniž by vznikaly významné momenty, které by mohly nepříznivě ovlivnit pruty nebo konstrukci jako celek, a
- Měly by být schopny přijmout výsledné pootočení při návrhovém zatížení
Kromě toho musí spoj:
- zajistit směrové omezení prutů, které bylo předpokládáno v návrhu prutu
- mít dostatečnou robustnost, aby byly splněny požadavky na integritu konstrukce (odolnost proti vázání).
BS EN 1993-1-8 vyžaduje, aby všechny spoje byly klasifikovány; podle tuhosti, což je vhodné pro pružnou globální analýzu, nebo podle pevnosti, což je vhodné pro tuhou plastickou globální analýzu, nebo podle tuhosti i pevnosti, což je vhodné pro pružnou plastickou globální analýzu.
Klasifikace podle tuhosti:
Počáteční rotační tuhost spoje vypočtená podle normy BS EN 1993-1-8 , 6.3.1 se porovná s klasifikačními mezemi uvedenými v 5.2.2 normy BS EN 1993-1-8.
Alternativně lze spoje klasifikovat na základě experimentálních důkazů, zkušeností s předchozími uspokojivými výsledky v podobných případech nebo na základě výpočtů založených na důkazech ze zkoušek.
Klasifikace podle pevnosti:
Pro klasifikaci spoje jako jmenovitě čepového na základě jeho pevnosti musí být splněny následující dva požadavky:
- Návrhová momentová odolnost spoje nepřekračuje 25 % návrhové momentové odolnosti požadované pro spoj plné pevnosti
- Spoj by měl být schopen přijmout pootočení vyplývající z návrhových zatížení.
V národní příloze Spojeného království k normě BS EN 1993-1-8 se uvádí, že spoje navržené podle „Zelené knihy“ (SCI P358) mohou být klasifikovány jako jmenovité čepové spoje.
Všechny standardní spoje uvedené v „Zelené knize“ (SCI P358) mohou být klasifikovány jako jmenovitě čepované na základě pevnostních požadavků spolu s rozsáhlými zkušenostmi s detaily používanými v praxi. Před změnou standardních detailů je třeba věnovat pozornost, protože výsledný spoj může spadat mimo ustanovení národní přílohy Spojeného království. Zejména:
- Otáčivost standardních detailů z žebrových desek byla prokázána zkouškou; modifikované detaily nemusí být tvárné
- Tloušťka koncových desek v plné hloubce byla omezena tak, aby byla zajištěna momentová odolnost menší než 25 % spoje plné pevnosti, a proto mohou být klasifikovány jako jmenovitě čepované.
Stavební integrita
Stavební předpisy Spojeného království vyžadují, aby všechny budovy byly navrženy tak, aby se zabránilo neúměrnému zřícení. Běžně se toho dosahuje tak, že se spoje v ocelovém rámu (spoje nosníků se sloupy a spoje sloupů) navrhují na vázací síly. Pokyny pro návrhové hodnoty vázacích sil jsou uvedeny v normě BS EN 1991-1-7, příloha A, a v její britské národní příloze. Požadavky se vztahují na třídu budovy, přičemž návrhová hodnota vodorovné vázací síly obecně není menší než 75 kN a obvykle je výrazně vyšší. Detaily čelních desek s plnou hloubkou byly vyvinuty tak, aby poskytovaly zvýšenou vázací odolnost ve srovnání s detaily čelních desek s částečnou hloubkou. Další podrobnosti o odolnosti konstrukce jsou uvedeny v SCI P391 .
Výběr typů spojů
Výběr koncových spojů nosníků může být často poměrně složitý. Relativní výhody tří typů přípojů (koncové desky s částečnou hloubkou, koncové desky s plnou hloubkou a žebrové desky) jsou shrnuty v následující tabulce. Výběr nosníků a přípojů je obecně v kompetenci dodavatele ocelových konstrukcí, který zvolí typ přípoje tak, aby vyhovoval pracovnímu zatížení při výrobě, hospodárnosti a dočasné stabilitě během montáže.
Koncová deska s částečnou hloubkou | Koncová deska s plnou hloubkou | Koncová deska s ploutvemi | |
---|---|---|---|
Konstrukce | |||
Odolnost proti smyku -. procento odolnosti nosníku | až 75% | 100% | až 50% až 75% při dvou svislých řadách šroubů |
odolnost proti vazbě | dobrá | dobrá | dobrá |
zvláštní ohledy | |||
Šikmé spoje | Správné | Správné | Dobré |
Trámy excentricky vůči sloupům | Správné | Fair | Good |
Připojení k pásnicím sloupů | Good | Good | Fair Pro usnadnění montáže, může být vyžadováno odizolování příruby. U dlouhých žebrových desek může být vyžadováno vyztužení |
Výroba a úprava | |||
Výroba | Dobrý | Dobrý | Dobrý Vyztužení může být vyžadováno u. dlouhé žebrové desky |
Povrchová úprava | Dobrá | Dobrá | Dobrá |
Montáž | |||
Snadná montáž | Slušná Potřebná péče pro dvou-.oboustranných spojů |
Spravedlivá Potřebná péče pro oboustrannéoboustranné spoje |
Dobrá |
Nastavení na místě | Správná | Správná | Správná |
Dočasná stabilita | Správná | Dobrá | Slabá |
Složené podlahy
Uznává se, že interakce se složenou podlahou ovlivní chování jednoduchého spoje. Běžnou praxí je navrhovat takové spoje bez využití výhod spojitosti výztuže přes betonovou desku. Norma SCI P213 však umožňuje zohlednit kontinuitu výztuže při zajištění relativně jednoduchých přípojů s plnou hloubkou čelní desky se značnou momentovou odolností. U vyztuženého rámu lze tuto odolnost využít ke snížení momentu a průhybu ve středním rozpětí, což usnadňuje volbu menšího nosníku.
Náklady
Jednoduché spoje jsou vždy levnější na výrobu než spoje odolávající momentům, protože vyžadují mnohem menší výrobní úsilí, zejména při svařování.
Poskytnout konkrétní pokyny ohledně nákladů je obtížné, protože sazby za provedení ocelových konstrukcí se mohou značně lišit a závisí na úrovni investic do zařízení a strojů. Hlavním cílem je však minimalizovat obsah práce. Materiálové náklady na kování a šrouby jsou malé ve srovnání s náklady na provedení, kterým dominuje obsah svařování. V typické výrobní dílně mohou náklady na výrobu spojů tvořit 30 % až 50 % celkových výrobních nákladů.
Udržitelnost
Normalizované spoje jsou při výrobě efektivní. Zhotovitelé ocelových konstrukcí vybavují své dílny specializovanými stroji, které zvyšují rychlost výroby a umožňují jim vyrábět tvarovky a připravovat pruty mnohem rychleji, než kdyby byla konfigurace spoje pokaždé jiná.
Standardizované detaily znamenají, že montáž ocelové konstrukce je jednoduchá, což zajišťuje bezpečnější pracovní prostředí pro montážní pracovníky.
Vzhledem k povaze většiny šroubových spojů jsou spoje na konci životnosti konstrukce demontovatelné. Ocelovou konstrukci lze demontovat, znovu použít nebo recyklovat, čímž se snižuje dopad stavby na životní prostředí.
Normalizované spoje
Výhody normalizace
V typickém vyztuženém vícepodlažním rámu mohou spoje tvořit méně než 5 % hmotnosti rámu a 30 % nebo více celkových nákladů. Efektivní spoje proto budou mít nejnižší pracnost při tvorbě detailů, výrobě a montáži.
Součást | Volená varianta | Poznámky |
---|---|---|
Kování | Materiál třídy S275 | Doporučené rozměry koncových a lamelových plechů – viz tabulka níže |
Šrouby | M20 8.8 Šrouby s plným závitem | U některých silně zatížených spojů mohou být zapotřebí šrouby o větším průměru
Základové šrouby mohou být M20, M24, M30, 8,8 nebo 4.6 |
Otvory | Obvykle o průměru 22 mm, děrované nebo vrtané | průměr 26 mm pro šrouby M24
předimenzování 6 mm pro základové šrouby |
Svařence | Koutové svary zpravidla o délce ramene 6 mm nebo 8 mm | Mohou být potřebné větší svary pro některé základy sloupů |
Tvarovky | Umístění | ||
---|---|---|---|
Rozměr (mm) | Tloušťka (mm) | Koncová deska | Koncová deska |
100 | 10 | – | |
120 | 10 | – | |
150 | 10 | – | – |
160 | 10 | – | |
180 | 10 | – | – |
200 | 12 | – |
Paprsek-na nosník a spoje nosníku se sloupem
Níže uvedené návrhové postupy jsou vhodné buď pro ruční výpočet, nebo pro přípravu počítačového softwaru.
Ruční navrhování přípojů může být pracné, a proto byla do „Zelené knihy“ (SCI P358) zařazena úplná sada tabulek únosnosti.
Ověření pevnosti jmenovitého čepového spoje zahrnuje tři fáze:
- Ujištění, že spoj je podrobně popsán tak, aby v něm vznikaly pouze jmenovité momenty, které nemají nepříznivý vliv na pruty nebo na samotný spoj. Kloub by měl být podrobně popsán tak, aby se choval tvárně.
- Určení cesty zatížení kloubem, tj. od nosníku k nosnému prvku.
- Kontrola únosnosti jednotlivých prvků.
Pro normální posouzení existuje deset kontrol návrhového postupu pro všechny části spoje nosníku s nosníkem nebo nosníku se sloupem pro svislý smyk.
Dalších šest kontrol je nutných pro ověření únosnosti vazby spoje. Spoje nosníku se sloupem musí být schopny odolávat bočním vyvazovacím silám, pokud těmto silám neodolávají jiné prostředky v konstrukci, například podlahové desky.
Následující tabulka shrnuje kontroly návrhového postupu požadované pro koncové desky s částečnou hloubkou, koncové desky s plnou hloubkou a žebrové desky. Návrhové postupy jsou plně popsány v „Zelené knize“ (SCI P358).
Kontroly postupu návrhu | Čelní deska s částečnou hloubkou | Plná-hloubková čelní deska | Čelní deska |
---|---|---|---|
1 Doporučený postup pro detailování | ✔ | ✔ | ✔ |
2 Podepřený nosník | Sváry | Svařence | Skupina šroubů |
3 Podepřený nosník | N/A | N/A | Plášťová deska |
4 Podepřený nosník | Plášť ve smyku | ||
5 Podepřený nosník | Poddajnost v zářezu | N/A | Poddajnost v zářezu |
6 Podepřený nosník | Lokální stabilita nosníku se zářezem | N/A | Místní stabilita nosníku v zářezu |
7 Nepodepřený nosník | Všeobecná stabilita nosníku v zářezu | N/A | Všeobecná stabilita nosníku v zářezu nosníku |
8 Přípoj | Skupina šroubů | Skupina šroubů | Svařence |
9 Přípoj | Koncová deska ve smyku | N/A | N/A |
10 Nosný trám/sloup | Smyk a ložisko | ||
11 Vázací odpor | Deska a šrouby | ||
12 Vázací odpor | Pásnice podepřeného nosníku | ||
13 Vázací odpor | Svařence | ||
14 Vázací odpor | Pásnice podepřeného sloupu (UKC nebo UKB) | ||
15 Vazba odpor | Podpěrná stěna sloupu (RHS nebo SHS) | ||
16 Vázací odpor | N/A | N/A | Podpěrná stěna sloupu (CHS) |
Pozn:V této tabulce jsou zahrnuty kontroly ohybové, smykové, místní a boční odolnosti průřezu nosníku se zářezy, protože požadavek na zářezy je obvykle stanoven ve fázi vypracování detailů, po kterém následuje, musí být provedena kontrola redukovaného průřezu
Spoje mezi nosníky
Spoje mezi nosníky
Spoje mezi nosníky
Spoje mezi nosníkysloupu
Pružné přípoje čelní desky
Typické pružné přípoje čelní desky jsou znázorněny na obrázku vpravo. Koncová deska, která může mít částečnou nebo plnou hloubku, je v dílně přivařena k podepřenému nosníku. Nosník se pak na místě přišroubuje k nosnému trámu nebo sloupu.
Tento typ spoje je relativně levný, ale jeho nevýhodou je malá možnost úpravy na místě. Celkové délky nosníků musí být vyrobeny v přísných mezích, ačkoli lze použít balíčky pro kompenzaci výrobních a montážních tolerancí.
Koncové desky jsou pravděpodobně nejoblíbenějším z jednoduchých spojů nosníků, které se v současné době používají ve Velké Británii. Mohou být použity u šikmých nosníků a mohou tolerovat mírné posuny ve spojích nosníku se sloupem.
Pro přípoje ke sloupům s dutým průřezem se používají průtočné šrouby, holobuty, slepé šrouby nebo jiné speciální sestavy.
Podrobné požadavky a kontroly návrhu pro spoje s koncovými deskami s částečnou hloubkou a s plnou hloubkou, které se vztahují na spoje nosníku s nosníkem i na spoje nosníku se sloupem, jsou komplexně popsány v „Zelené knize“ (SCI P358). Obsahuje postupy, pracovní příklady, detaily a tabulky únosnosti konstrukce.
K dispozici je také nástroj pro návrh koncových desek.
Standardní detaily pružných koncových desek (plná hloubka a částečná hloubka koncových desek) jsou uvedeny na obrázku níže spolu s doporučenými rozměry a kováním.
Podporovaný nosník | Doporučené rozměry koncových desek bp × tp |
Rozměr šroubu p3 |
||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Do 533 UB | 150 × 10 | 90 | ||||||||||
533 UB a více | 200 × 12 | 140 | ||||||||||
|
Podepřený nosník | Doporučená velikost čelní desky bp × tp |
Rozměr šroubu p3 |
||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Do 533 UB | 180 × 10 | 90 | ||||||||
533 UB a více | 200 × 12 | 110 | ||||||||
|
Přípoje lamelových desek
Přípoje lamelových desek jsou ekonomické na výrobu a jednoduché na montáž. Tyto spoje jsou oblíbené, protože mohou být nejrychleji sestavitelnými spoji a překonávají problém společných šroubů u oboustranných spojů.
Spoj z žebrových desek se skládá z délky desky přivařené v dílně k nosnému prvku, ke kterému se na místě přišroubuje pásnice podepřeného nosníku, jak je znázorněno na obrázku níže. Mezi koncem podepřeného nosníku a nosným sloupem je malá vůle.
Přípoje s žebrovou deskou
Při návrhu přípoje s žebrovou deskou je důležité určit vhodnou linii působení smyku. Existují dvě možnosti: buď smyk působí na čele sloupu, nebo působí podél středu skupiny šroubů spojujících žebrovou desku s nosníkem. Z tohoto důvodu by se měly oba kritické úseky zkontrolovat na minimální moment, který se bere jako součin svislého smyku a vzdálenosti mezi čelem sloupu (nebo pásnicí nosníku) a středem skupiny šroubů. Oba kritické průřezy se pak zkontrolují na výsledný moment v kombinaci se svislým smykem. Vzhledem k nejistotě momentu působícího na žebrovou desku se svary žebrové desky dimenzují na plnou pevnost.
Přípoje žebrové desky odvozují svou rotační únosnost v rovině od deformace šroubu ve smyku, od deformace otvorů pro šrouby v ložisku a od ohybu žebrové desky mimo rovinu. Všimněte si, že žebrové desky s dlouhými výstupky mají tendenci se kroutit a selhávat bočním torzním vybočením. Dodatečná kontrola zohledňující toto chování je zahrnuta do návrhových postupů pro spoje žebrových desek.
„Zelená kniha“ (SCI P358) zahrnuje požadavky na detaily, kontroly návrhu a postupy použitelné pro návrh žebrových desek. V této publikaci jsou rovněž uvedeny pracovní příklady a tabulky návrhové odolnosti.
K dispozici je rovněž nástroj pro návrh lamelových desek.
Nominální hloubka podepřeného nosníku (mm) |
Vertikální linie šroubů n2 |
Doporučená velikost žebrové desky (mm) |
Horizontální rozteč šroubů, e2/e2 nebo e2/ p2/e2 (mm) |
Mezera, gh (mm) |
||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
≤610 | 1 | 100 × 10 | 50/50 | 10 | ||||||
>610* | 1 | 120 × 10 | 60/60 | 20 | ||||||
≤610 | 2 | 160 × 10 | 50/60/50 | 10 | ||||||
>610* | 2 | 180 × 10 | 60/60/60 | 20 | ||||||
|
||||||||||
* U nosníků o jmenovité hloubce nad 610 mm by poměr rozpětí k hloubce nosníku neměl být větší než 20 a svislá vzdálenost mezi nosníky by neměla být větší než 10 mm. krajními šrouby by neměla překročit 530 mm |
Zvyšující se zájem o použití S355 pro žebrové desky vyvolal otázky týkající se tuhosti takovýchspojů – jsou stále nominálně čepované? Za účelem řešení této otázky pověřily společnosti BCSA a Steel for Life společnost SCI provedením výzkumu porovnávajícího chování spojů žebrových desek s žebrovými deskami S275 i S355. Studie dospěla k závěru, že pokud je dodržena normalizovaná geometrie spoje uvedená v Zelené knize, jsou 10mm lamelové desky z materiálu S355 klasifikovány jako jmenovitě čepové spoje a mohou být použity jako alternativa k deskám S275. Další informace jsou k dispozici v článku v květnovém čísle časopisu NSC z roku 2018.
Sloupové spoje
Sloupové spoje ve vícepodlažních konstrukcích jsou nutné pro zajištění pevnosti a spojitosti tuhosti kolem obou os sloupů. Typické šroubové spoje sloupů používané u válcovaných prutů průřezu I a dutých prutů jsou znázorněny na obrázku vpravo.
Sloupy se obvykle osazují každé dvě nebo tři podlaží a obvykle se nacházejí přibližně 600 mm nad úrovní podlahy. To vede k výhodným délkám pro výrobu, přepravu a montáž a umožňuje snadný přístup z přilehlého podlaží pro sešroubování na staveništi. Provedení spojek na úrovni každého podlaží je zřídkakdy hospodárné, protože úspora materiálu sloupu je obvykle značně převýšena náklady na materiál, výrobu a montáž spojek.
Šroubové spoje krycích desek pro I profily:
Pro tento typ spoje existují dvě kategorie:
- nosný typ
- nenosný typ.
U nosného typu spoje (viz obrázek níže) se zatížení přenáší v přímém ložisku z horního hřídele buď přímo, nebo prostřednictvím dělicí desky. Spoje „ložiskového typu“ jsou jednodušší spoje, které mají obvykle méně šroubů než spoje bez ložisek, a proto se v praxi používají nejčastěji.
Pokud není přítomen žádný čistý tah, lze použít standardní spoj, avšak norma BS EN 1993-1-8 ukládá požadavek, aby spojovací desky a šrouby přenášely alespoň 25 % maximální tlakové síly ve sloupu.
U spojů ložiskového typu bude pravděpodobně kritickou kontrolou odpor vazby.
Spoje klasifikované jako nenosný typ (viz obrázek níže) přenášejí zatížení prostřednictvím šroubů a desek spoje. Jakékoli přímé uložení mezi pruty se zanedbává, spojení je někdy podrobně popsáno s fyzickou mezerou mezi oběma hřídeli. Návrh nenosného spoje je náročnější, protože všechny síly a momenty se musí přenášet přes šrouby a desky spoje. Pro nenosné spoje jsou minimální požadavky normy BS EN 1993-1-8 velmi zatěžující, protože jsou založeny spíše na únosnosti prutu než na působící síle.
Jelikož jsou spoje obvykle umístěny těsně nad úrovní podlahy, je moment způsobený působením vzpěr považován za nevýznamný. Měly by se však zohlednit momenty vyvolané ve spoji umístěném v jiných polohách.
Sloupové spoje by měly držet připojené pruty v jedné linii, a pokud je to praktické, měly by být pruty uspořádány tak, aby se středová osa materiálu spoje shodovala se středovou osou sloupových profilů nad a pod spojem. Pokud jsou průřezy sloupů posunuty (například kvůli zachování konstantní vnější linie), měl by se v návrhu spoje zohlednit moment způsobený excentricitou.
Kontroly návrhu požadované pro spoje sloupů se šroubovanými krycími deskami, jakož i postupy, pracovní příklady, požadavky na detaily a tabulky konstrukční odolnosti jsou k dispozici v kapitole 6 „Zelené knihy“ (SCI P358).
Šroubové spoje „víka a základny“ nebo „čelní desky“ pro trubkové a válcované I profily
Tento typ spoje, sestávající z desek, které jsou přivařeny ke koncům spodního a horního sloupu a poté na místě jednoduše sešroubovány, se běžně používá u trubkových konstrukcí, ale lze jej použít i u otevřených profilů.
Nejjednodušší forma spoje je znázorněna na obrázku vpravo a je vyhovující, pokud jsou konce obou dříků připraveny stejným způsobem jako u ložiskového typu spoje. Kromě požadavků na stabilitu při montáži a vázání je třeba vzít v úvahu i možnost obrácení zatížení.
Ačkoli se běžně používá, je obtížné prokázat, že spoje s víčkem a základnou splňují požadavky normy BS EN 1993-1-8, článek 6.2.7.1(14). Pokud se tyto typy spojů používají, běžnou praxí je zajistit, aby desky byly silné a aby šrouby byly umístěny blízko přírub, aby se zvýšila tuhost spoje. Mohou být použity prodloužené desky se šrouby mimo profil průřezu. Pokud jsou spoje víka a základové desky umístěny mimo opěrný bod, je třeba věnovat zvláštní pozornost zajištění dostatečné tuhosti, aby nedošlo ke znehodnocení návrhu prutu.
Sloupové spoje víka a základové desky nebo spoje „koncových desek“ jsou popsány v kapitole 6 „Zelené knihy“ (SCI P358). Jsou zde uvedeny požadavky na detaily, návrhové postupy, pracovní příklady a tabulky návrhové únosnosti.
Základy sloupů
Typické základy sloupů, jak je znázorněno na obrázku vpravo, se skládají z jednoho plechového pilíře přivařeného ke konci sloupu a připevněného k základu pomocí čtyř přídržných šroubů. Šrouby jsou zalité do betonového základu v polohových trubkách nebo kuželech a jsou opatřeny kotevními deskami, které zabraňují vytržení. Do prostoru pod deskou se nalije vysokopevnostní malta (viz obrázek níže).
Takové základy sloupů jsou často vystaveny pouze osovému tlaku a smyku. U základů sloupů ve vyztužených polích se však může jednat o vzpěr a vodorovný smyk.
Spoj základny sloupu
Pro sloupy v jednoduchých konstrukcích se téměř všeobecně používá jednoduchá obdélníková nebo čtvercová základová deska. Základová deska by měla mít dostatečné rozměry a pevnost, aby přenesla osovou tlakovou sílu ze sloupu do základu přes materiál podloží, aniž by překročila místní únosnost základu.
K dispozici je nástroj pro návrh základové desky.
Základy sloupů se obecně navrhují tak, aby přenášely sílu ze sloupu do základové desky v přímém uložení. Přídržné systémy jsou navrženy tak, aby stabilizovaly sloup během výstavby a odolávaly případnému vzpěru ve vyztužených polích. V některých případech se předpokládá, že mírný vodorovný smyk přenášejí také přídržné šrouby.
Přenos vodorovných smykových sil
Způsob, jakým se vodorovné smykové síly přenášejí do základů, není dobře prozkoumán. Někteří projektanti kontrolují odolnost přídržných šroubů a zajišťují jejich dostatečné zapravení. Tento postup se úspěšně uplatňuje u základů s portálovými rámy, které přenášejí značnou smykovou sílu.
Podložená pole mohou mít poměrně vysoké smykové síly. Projektanti se mohou rozhodnout pro smykový pahýl přivařený ke spodní straně základové desky, ačkoli zapuštění může komplikovat odlití základu a zvláštní pozornost je třeba věnovat injektáži. Metody navrhování, které se zabývají tímto typem detailu, jsou uvedeny v „Zelené knize“ (SCI P398).
Smyk mezi koncem sloupu a základovou deskou bude přenášen svary mezi sloupem a základovou deskou. Sváry mohou být provedeny pouze na pásnici nebo kolem částí profilu – obecně se zjistilo, že odolnost svarů je pro mírné smykové síly více než dostatečná.
Vzpěrné spoje
Mezi vzpěrné prvky patří ploché, úhlové, kanálové, I-profily a duté profily. Uspořádání výztuh může zahrnovat výztužné pruty pracující pouze v tahu nebo v tahu i tlaku. Ve většině případů je výztužný prut připevněn šrouby ke klínové desce, která je sama přivařena k nosníku, ke sloupu nebo častěji přivařena k nosníku a jeho koncovému přípoje, jak je znázorněno na obrázku vpravo.
Výztužné systémy se obvykle analyzují za předpokladu, že se všechny síly protínají v osách prutů. Realizace tohoto předpokladu v detailech přípoje však může vést k přípoji s velmi velkou klínovou deskou, zejména pokud je výztuha mělká nebo strmá. Často je vhodnější uspořádat průsečíky prutů tak, aby byl spoj kompaktnější, a lokálně zkontrolovat účinky vnesených excentricit.
Přípoje výztuh se obvykle provádějí pomocí nepředpjatých šroubů ve volných otvorech. Přinejmenším teoreticky to umožňuje určitý pohyb ve spoji, ale v praxi se to při ortodoxní konstrukci ignoruje. V některých případech se může stát, že pohyb při zpětném chodu je nepřípustný – za těchto okolností by se měly používat předepjaté spoje.
Obecný postup návrhu je následující:
- Identifikovat průběh zatížení přes přípoj
- Uspořádat přípoj tak, aby se zajistilo, že bude realizován konstrukční záměr prutů, např. přípoje nosníků zůstanou nominálně čepované
- Zohlednit účinky případné významné excentricity
- Kontrolovat součásti v přípoji.
Kolíkový spoj pro trubkový vzpěrný prvek
Pravidla návrhu pro stanovení únosnosti klínového plechu jsou uvedena v „Zelené knize“ (SCI P358).
K dispozici je také nástroj pro navrhování klínových desek.
Speciální spoje
Výše znázorněné ocelové spoje pro jednoduchou konstrukci obecně vytvoří nejekonomičtější ocelový rám. Odklon od těchto spojů bude mít nevyhnutelně za následek zvýšení celkových nákladů. Nárůst nákladů na kreslení detailů, výrobu a montáž může činit více než 100 %, pokud většinu použitých spojů tvoří nestandardní spoje.
Potřebě speciálních spojů lze často předejít uvážlivým výběrem rozměrů prutů. Konstrukce s minimální hmotností pravděpodobně nebude nákladově nejefektivnější. Je proto správnou ekonomickou praxí zajistit, aby ocelové konstrukce mohly být umístěny s osami na zavedených rozvodech. Horní příruby nosníků by měly být pokud možno v konstantní úrovni, ale to je z hlediska nákladů méně rozhodující než excentrické spoje.
Při navrhování speciálních spojů může být možné použít upravenou verzi některého z normalizovaných spojů uvedených v Zelené knize, s výhradou dalších kontrol návrhu. Zásady navrhování a pravidla pro dimenzování součástí uvedené v Zelené knize by měly být do návrhu spojů zahrnuty v co největší míře.
Typické příklady situací, kdy jsou vyžadovány zvláštní spoje, jsou uvedeny v „Zelené knize“ (SCI P358).
- 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 BS EN 1993-1-8:2005. Eurokód 3: Navrhování ocelových konstrukcí. Navrhování spojů, BSI
- 2.0 2.1 2.2 NA podle BS EN 1993-1-8:2005. Národní příloha Spojeného království k Eurokódu 3: Navrhování ocelových konstrukcí. Navrhování spojů, BSI
- Publikace ECCS č. 126 Evropská doporučení pro navrhování jednoduchých spojů v ocelových konstrukcích. J. P. Jaspart a kol. 2009.
- BS EN 1991-1-7:2006+A1:2014. Eurokód 1: Působení na konstrukce. Obecná opatření. Náhodné působení. BSI
- NA+A1:2014 k BS EN 1991-1-7:2006+A1:2014. Národní příloha Spojeného království k Eurokódu 1: Činnosti na konstrukcích. Obecná opatření. Náhodné zásahy. BSI
Další literatura
- Příručka pro projektanty ocelových konstrukcí. 7. vydání. Editors B Davison & G W Owens. The Steel Construction Institute 2012, Chapter 27
- Architectural Design in Steel – Trebilcock P and Lawson R M published by Spon, 2004
Zdroje
- SCI P358 Spoje v ocelových konstrukcích – Jednoduché spoje podle Eurokódu 3, 2014
- SCI P213 Joints in Construction – Composite Connections, 1998
- SCI P391 Structural Robustness of Steel Framed Buildings, 2011
- SCI P398 Joints in Steel Construction: Momentově odolné spoje podle Eurokódu 3, 2013
- National Structural Steelwork Specification (7th Edition), Publication No. 62/20, BCSA 2020
- Architectural Teaching Resource. Průvodce studiem. SCI 2003
Nástroje pro navrhování spojů:
- Projektant základních desek
- Projektant koncových desek
- Projektant příložných desek
- Projektant příložných desek
Viz také
- Víceúrovňové desky.patrové kancelářské budovy
- Náklady na ocelové konstrukce
- Udržitelnost
- Výrobky pro ocelové konstrukce
- Pásové rámy
- Kompozitní konstrukce
- Návrhy předpisů a norem
- Modelování a analýza
- Momentově odolné spoje
- Robustnost konstrukce
- Výroba
- Svařování
- Přesnost výroby oceli
- Konstrukce
- Předepjaté šrouby
.