Dřevěné konstrukce - České vysoké učení technické v Praze

Transkript

Jednotný programový dokument pro cíl 3 regionu (NUTS2) hl. m. Praha (JPD3)
Projekt DALŠÍ VZDĚLÁVÁNÍ PEDAGOGŮ V OBLASTI
NAVRHOVÁNÍ STAVEBNÍCH KONSTRUKCÍ PODLE EVROPSKÝCH NOREM
Projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem (ESF), státním rozpočtem České
republiky a rozpočtem hlavního města Prahy.
Dřevěné konstrukce
České vysoké učení technické v Praze
Fakulta stavební
Dřevo
Vzhled/Konstrukční vlastnosti /Trvanlivost
• Vzhled
– Kresba a barva
– Vady
– Rozměrová stabilita & emc%
• Konstrukční vlastnosti
– Významné např. pevnost
a tuhost
– Funkčnost např. rozměrová stabilita
- sesychání a bobtnání/emc
– Přímost- zborcení
• Trvanlivost
– Biologické ohrožení
– Přirozená trvanlivost / ochrana
Vlhkost v buňkách dřeva
100%
Rostoucí
strom
Nevysušené
dřevo
volná voda
25%
Částečně
vysušené
dřevo
Vysušené
dřevo
vázaná voda
Nasycení vláken
15%
odstraněná
vázaná
voda
Trvání zatížení - Dotvarování
Tuhost:
• Dotvarování (přídavná deformace od zatížení)
– funkce pohybu vlhkosti, velikosti a trvání zatížení
– objeví se u všech zatížení
– modelováno součinitelem dotvarování
Spirálovitá
vlákna
Přímá
vlákna
Dotvarování důležité pro architekty
a inženýry při stanovení mezních
deformací
Trvání zatížení - Ztráta pevnosti
Pevnost:
s růstem doby trvání a velikosti zatížení se snižuje pevnost
modelována pomocí modifikačního součinitele
– funkce trvání extrémů zatížení
v průběhu životnosti konstrukce
Krátkodobé
Okamžikové
– různé kombinace zatížení mají
rozdílné trvání účinků zatížení
1.5
1
kmod
0.5
0
(Všechny kompozity se takto
chovají)
1
Trvání zatížení
5 sec
5 min
5 hrs
5 day 5 mth
50 yr
Produkce řeziva
příčné
podélné ve
směru
tloušťky
• Stromy jsou předepnuty
• Řezáním prken z kmenů se
uvolní vnitřní napětí a nastane
pomalá změna tvaru řeziva
• Ohnuté stromy vykazují velký
odklon vláken
šroubové
Výrobci minimalizují
problémy
podélné ve
směru šířky
•kvalitním řezáním
•kontrolou kvality tříděním
Přirozené vady dřeva
Suky
•diskontinuita vláken na okraji
•odklon vláken na okraji
•většinou redukce pevnosti a tuhosti
Pryskyřičné kapsičky
•ztráta spojení napříč vláken
•menší pevnost ve smyku a tuhost
Trhliny
•menší spojení napříč vláken
•snížení pevnosti ve smyku a tuhosti
Dřeň a jádrové dřevo
•obsahuje slabé juvenilní dřevo
Reakční dřevo –tlakové dřevo
Průkazné zkoušky
ČSN EN 384
ČSN EN 408
Třída konstrukčního dřeva podle
ČSN 49 1531-1
SΙ = S10
(smrk, jedle,
borovice, modřín)
(dub, buk,
jasan)
S0
SΙ
SΙΙ
SΙ
Ohyb
fm,k
27
22
16
30
Tah
ft,0,k
16
13
10
18
ft,90,k
0,3
0,3
0,3
0,6
fc,0,k
22
20
17
23
fc,90,k
5,1
5,1
4,6
8
fv,k
2,5
2,4
1,8
3
E0,me
12
000
10
000
8
000
12 500
SΙΙ = S7
Tlak
Smyk
an
Modul
E0,05
8
000
6
700
5
400
10 500
pružnosti
E
E90,m
400
330
270
830
E90,05
270
220
180
690
Gmea
750
630
500
780
ks
A
5
4
0,9
Listnaté
dřeviny
Způsob namáhání
S0 = S13
1,0
Jehličnaté dřeviny
ean
3
Modul
2
n
0,8
1
0,7
0,6
0
50
100
150
B
200
250
pružnosti
G
G05
500
420
330
650
Hustota
ρk
380
370
350
530
Vyšetřování vlastností dřeva
• Malá bezvadá tělíska data vystihují pouze pevnost dřevní hmoty
– pro konstrukční dřevo musíme
redukovat pevnost s ohledem na
růstové vady
• Konstrukční tělesa – řezivo konstrukčních
rozměrů při reálných podmínkách zatížení
• Konstrukční dřevo
– pevnost v tahu < pevnost v tlaku
– tahové poruchy - třískové, křehké,
náhlé, hlasité
– tlakové poruchy - záhybové, duktilní,
vleklé, nehlučné
Vizuální třídění
• ČSN 73 2824 -1 (idt DIN 4074 -1)
splňuje podmínky ČSN EN 518
třídy S7, S10 a S13
• ČSN EN 338 ( C22, C24 atd.)
ČSN EN 1912 (S10 = C24)
Příklad měření
ρ12
Suk
poměr
[mm/mm ]
Tloušťka
letokruh
[mm]
Odklon
vláken
[mm/m]
Estat
fm
[MPa]
[MPa]
Těleso
[kg/m3]
11
537
0,17
0,88
42,0
18 197
77,22
12
437
0,22
1,43
2,0
11 375
55,85
13
449
0,22
1,59
19,0
13 225
51,93
14
441
0,26
2,65
27,0
11 650
47,04
15
450
0,24
1,80
14,0
14 037
39,54
16
554
0,12
1,00
14,0
16 184
75,81
17
541
0,30
1,51
43,0
17 244
61,68
18
539
0,10
1,45
44,0
14 195
69,79
19
406
0,30
3,72
60,0
6 718
24,33
20
473
0,25
3,53
59,0
8 675
27,32
21
479
0,20
2,10
15,0
14 577
50,88
%
Vliv kritérií třídění
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
96,6
93,8
96,3
95,5
Suk
Odklon vláken
6,9
3,4
6,3
A
B
15
3,7
0
C
9,1
2,3
Průměr
Tloušťka let.
Četnost tříd pevnosti
80
67
69
65
67,2
%
60
C16
33
40
32,5
29
31,2
C22
C27
20
2,5
2
0
1,6
0
A
B
C
Průměr
Strojní třídění
Nedestruktivní zkoušky
Vlhkost
Penetrace
Ultrazvuk
Vytažení vrutu
Ozvučení
Příklad použití nedestruktivní zkoušky
Ultrazvuk
Tlaková vlna
Porovnání pevností dřeva v ohybu
Třídy podle
ČSN 73 2824-1
idt DIN 4074-1
(Třídy podle
ČSN 491531-1)
Pevnost podle
ČSN P EN 1995-1-1
a
ČSN P EN 1995-2
[MPa]
Hustota
[kg/m3]
Pevnost
výpočet
[MPa]
Pevnost
zkouška
[MPa]
S 10 (SΙ)
22
460
33,983
40,04
S 10 (SΙ)
S 13 (S0)
22
402
34,221
41,50
27
22
437
492
31,282
44,040
49,37
50,90
27
27
409
537
39,775
61,395
55,41
77,22
S 10 (SΙ)
S 13 (S0)
S 13 (S0)
Nelineá
Nelineární
rní chová
chování dřeva
Zplastizování tlačeného okraje nosníku
Bilineární pracovní diagram
konstrukčního dřeva namáhaného ohybem
Hodnoty pevností dřeva v ohybu fm, tahu ft, tlaku fc,
tahu za ohybu ft,m a tlaku za ohybu fc,m v MPa
fm
ft
fc
podle rovnic
(1) a (2)
ft,m
fc,m
22
27
30
40
50
60
70
13
16
18
24
30
36
42
20
22
23
26
29
32
34
22
27
30
41
51
61
71
26
28
30
33
37
41
44
podle rovnic
(3) a (4)
ft,m
fc,m
22
27
30
41
53
67
80
22
25
26
32
37
40
45
Materiály na bázi dřeva
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
paralelní / prutové
vícesměrné / plošné
Kulatina
Deskové řezivo (prkna, fošny)
Hraněné řezivo (hranoly)
Řezivo
LEPENÉ PRVKY
(Duo/Trio, Duomax/Triomax)
Řezivo
LEPENÉ LAMELOVÉ DŘEVO
LAŤOVKA
3-, 5- a 7-vrstvé desky
Dýhy VRSTVENÉ DŘEVO
PŘEKLIŽKY
Podélné velké třísky Parallam
Třísky
(Štěpky)
OSB
TŘÍSKOVÉ DESKY
Třískové desky
•
•
Třískové desky spojované cementem nebo sádrou
Dřevěná vlna /
Vlákna
měkké)
Vláknité desky (tvrdé, polotvrdé, střední hustoty (MDF),
•
Výrobky ze dřeva
s omezením velikosti průřezu
Výrobky ze dřeva s rozšířenými
možnostmi velikosti průřezu
• Řezivo
• Lepené lamelové
dřevo
• Nastavené řezivo
• Lepené lamelové
dřevo
Délka už není závislá na
původní surovině
Druhy dřevin:
Jehličnaté dřeviny:
Smrk
Jedle
Borovice
Modřín
Douglaska
Listnaté dřeviny:
Buk
Dub
Jasan
Akát
Kaštan jedlý
Vlhkost dřeva:
Dřevo na nosné konstrukce má být zabudované suché s hodnotou průměrné
vlhkosti < 20% .
Aby se zabránilo tvoření výsušných trhlin, má být hodnota vlhkosti
zabudovaného dřeva taková, jaká bude v konstrukci.
Třídění dřeva:
Třídění podle:
• Pevnosti (nosné konstrukce)
• Vzhledu (truhlářská výroba)
• vizuální třídění
- sklon vláken (lokální, globální)
- sukovitost
- šířka letokruhů
• strojní třídění
- modul pružnosti v ohybu E, příp. dynamický modul E / rychlost ultrazvuku
- sukovitot
- hustota
Spojování po délce
Dvojnásobné využití:
• Vyloučení vad dřeva
• Výroba potřebných délek (použití lepidla
typu I alebo II podle EN 301:1992)
Geometrie zubovitého spoje a jeho
výroba
viz EN 385:2001
l
l
p
bt
t
Zubovitý spoj musí splňovat následující požadavky:
Pevnost v tahu
Pevnost v ohybu
ft,j,k ≥ 5 + ft,0,l,k
fm,j,k ≥ 8 + 1.4 • ft,0,l,k
Bezchybné zajištění kvality ‚online‘
prostřednictvím ‚proof loading‘
Každý „prut“ je zkoušený na
• definovanou pevnost: ´proof level´
• tuhost: střední hodnota modulu
pružnosti E v tahu
Protokol o zkoušce:
Napětí při zkoušce: xx N/mm²
Tuhost: xxxxx N/mm²
Princip ´proof loading´
Nastavení zařízení na:
• ´proof level´:
→ 7,0 N/mm² ( napětí v tahu
pro S10)
• trvání ´proof loading´:
→ asi 15 sekund
´
lepené prvky
latě / prkna,fošny
vyso
ká
do 150 mm
do 400 mm
nízka
do 100 mm
Kvalita dřeva
vyso
ká
do 300 mm
do 450 mm
do 200 mm
do 300 mm
nízka
do 240 mm
500 až 600 mm
do 150 mm
do ~ 450 mm
Řez kmene
Systémový efekt
1,0
~ 1,1
~ 1,15
Lepené lamelové dřevo
lepené nosníky
homogénní
do 300 mm
lepené nosníky
kombinované
do 240
mm
do 400
mm
do 240
mm
do 400
mm
do 400
mm
do 240
mm
do 240
mm
napr. 300 mm
Větší hodnoty tuhosti
do 450 mm
zubovitý spoj
řezivo
nekonečná
lamela
plošné slepení
EN 14080:2000
Rozměry průřezů
d
b
h
d ≤ 30 mm
listnaté dřeviny a modřín
~ 30 mm
zakřivené prvky
(závisí od poloměru zakřivení)
= 40 mm
přímé prvky – běžné rozměry
≤ 45 mm
maximálna dovolená tloušťka lamely
podle EN 386:1995
b = 60 mm až 240 mm
odstupňování: 20 mm
h = 100 mm až 600 mm
odstupňování : 20 mm a 40 mm
l ≤ 18 m
standard
Lepené lamelové dřevo-model nosníku
Základní hodnoty pro lepené lamelové drevo
– Pevnost v ohybu a modul pružnosti v ohybu E –
zatřídění do pevnostní třídy podle EN 1194:1999 - pevnost v tahu
jednotlivých lamel.
Zkouška v ohybu nosníku z LLD
Tahová zkouška lamely
te
F
s
k
a
g
lid
-o
n
rä
T
m
Lepené lamelové dřevo-model nosníku
Třídy pevnosti podle EN 1194:1999
Pevnost v ohybu nosníku z LLD [N/mm²]
50
216
243
16
31
45
N/USA
A/CH
A/CH
A/CH
90/91
93/95
96
96
fm,g,k : ft,0,l,k
41,5
40
GL42
BS 18
GL36
BS 16
GL32
BS 14
GL28
BS 11
GL24
35
30
25
20
36,9
35,8
32,3
29,8
fm,g,k = 7 + 1,15* f t,0,l,k
Colling / Falk, 1993
EN 1194:1999
27,7
23,7
S10 /
MS10
15
10
14,5
5
43,3
10
S13
18,0
15
22,0
20
MS 13
MS 17
26,0
25
Pevnost v tahu lamel [N/mm²]
30,0
30
35
40
Laťovka
prkna (zbytky z lepených nosníků,jinak
nevyužitelné prvky)
tloušťka prkna :
d=17 až 34 mm (40)
poměr b:d ≥ 4:1
šířka prkna:
b=80 až 240 mm
lamela
nosný zubovitý spoj
profilované
kónické
paralelní
lamely spojené
zubovitým
spojem
jednovrstvá deska
jednovrstvá
ods
tup
nosný zubovitý spoj
boční lepení podélných hran
Plošné slepení jednovrstvých desek
podélné vrstvy
obvykle S10 a S13
příčné vrstvy
obvykle ≥ S7 až S13
Délk
a
s po prvku
a
užití
m zu ž d o 1 6
,5
bov
i té h m
o sp
o
vícevrstvá
tloušťka desky
42 až 500 mm
je m
o
,
ontáže
m
m
a
3
u
t
lo
r
žn é
o
ranspo
až d
vku ok
írka pr možnostmi t
o 30
Š
m (t
né
rans
Omeze ž do 4,8m
p
a
Dřevěné okonstrukce
rt)
možné
OSB deska
Závislost mechanických vlastností na orientaci desky a zatížení
Síla
α
výrazná závislost mech.
Vlastností (tuhost, pevnost) od
směru zatížení:
Při deskovém namáhání:
Hl
„ p av n
od í o
él sa
ně
“
Ve
de
„př jší
íčn osa
ě“
OSB umožňuje přenos zatížení v
obou směrech (deskové
působení)
L : Q ~ 2 až 2,5 : 1
Při stěnovém namáhání:
L : Q ~ 1,3 : 1
Síla
α …úhel mezi vlákny desky vnějších vrstev a směrem namáhání
Typické VLASTNOSTI desek OSB
Vlastnosti v různých směrech a profil hustoty
800
700
600
500
400
hustota
[kg/m³]
Střední vrstva
…vlivem výroby existují
velké rozdíly hustoty
krajních vrstev a střední
vrstvy.
…tvrdé krajní vrstvy,
měkké jádro.
OSB je materiál na bázi dřeva s vysokou stabilitou rozměrů v rovině
desky, určený zejména na namáhání ohybem ⊥ k rovině desky.
PLATNÉ
PLATNÉ ČESKÉ
ESKÉ TECHNICKÉ
TECHNICKÉ NORMY
PRO NAVRHOVÁ
NAVRHOVÁNÍ
DŘEVĚ
EVĚNÝCH KONSTRUKCÍ
KONSTRUKCÍ
• ČSN P ENV 1995: 1996-1998
• ČSN EN 1995: 2006
• ČSN 73 1702: 2007
(modifikovaná DIN 1052:2004)
HISTORIE
ČSN 1052 (1929)
Předpisy
ČSN 1052 (1941)
Předpisy
ČSN 73 2050 (1950)
Projektování (D.N.)
ČSN 73 1701 (1969)
Navrhování (M.S.)
ČSN 73 1701 (1983)
Navrhování (M.S.)
ČESKÉ TECHNICKÉ NORMY
PRO DŘEVĚNÉ KONSTRUKCE
– materiály, zkoušky atd.
• ČSN – např. ČSN 73 2824 -1 (idt DIN 4074 -1)
• ČSN EN – např. ČSN EN 518,
ČSN EN 338 ( C22, C24 atd.)
ČSN EN 1912 (S10 = C24)
Historie vzniku Eurokódu 5
• 1973 založena komise W18 CIB
pro sjednocení norem pro navrhování DK
• 1978 modelová norma Eurocode 5
• 1992 modelová norma publikována v ČR
• 1993, 1994, 1997 vydána ENV
• 1996, 1997, 1998 ENV publikována v ČR
ČSN EN 1995-1-1
Eurokód 5: Navrhování dřevěných konstrukcí
Část 1-1: Obecná pravidla
– Společná pravidla a
pravidla pro pozemní stavby
123 stran
Obsah
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Národní předmluva
1. Všeobecně
2. Zásady navrhování
3. Vlastnosti materiálu
4. Trvanlivost
5. Základy analýzy konstrukce
6. Mezní stavy únosnosti
7. Mezní stavy použitelnosti
8. Spoje s kovovými spojovacími prostředky
9. Dílce a složené soustavy
10. Konstrukční zásady, provádění a kontrola
Příloha A: Porušení blokovým a zátkovým smykem
Příloha B: Mechanicky spojované nosníky
Příloha C: Složené a členěné tlačené pruty
Příloha D: Bibliografie
Národní příloha
Rozdíly EN oproti ENV
• podrobnější škála dílčích součinitelů
pro vlastnosti materiálu
• vyhraněnější použití různých hodnot modulů pružnosti
• možnost úpravy pevnosti v ohybu a v tahu součinitelem
výšky, šířky a u LVL i délky
• podrobnější škála součinitelů dotvarování
• upravená pravidla pro kroucení, stabilitu prutů a nosníků,
spolupůsobení prvků, lepené nosníky různých tvarů
• upravená pravidla pro tlak kolmo k vláknům
• upravená pravidla pro tah kolmo k vláknům
• podrobnější pravidla pro stropní a stěnové deskové
konstrukce
• nová pravidla pro navrhování spojovacích prostředků
kolíkového typu a prstencových a talířových hmoždíků
• plastické chování
kovových desek s
prolisovanými trny
Rezerva : cca 12%
r
τM
r
τM
C
C
Aef
Aef
• blokový a zátkový smyk
PŘES 100 EN !!!
ZHRUBA 45 SOUVISÍ PŘÍMO S EN 1995-1-1
Tvorba evropských norem je v rámci
Evropské normalizační organizace CEN zajišťována těmito komisemi:
TC 38
TC 112
TC 124
TC 175
TC 193
TC 250/SC 5
Trvanlivost dřeva
a výrobků na bázi dřeva;
Desky na bázi dřeva;
Dřevěné konstrukce;
Kulatina a řezivo;
Lepidla;
Eurokódy pro stavební konstrukce/
Dřevěné konstrukce.
EN 1995-1-1:A1
Eurokód 5: Navrhování dřevěných konstrukcí
Část 1-1: Obecná pravidla
– Společná pravidla a
pravidla pro pozemní stavby
EUROPEAN STANDARD
EN 1995-1-1:2004/A1
NORME EUROPÉENNE
EUROPÄISCHE NORM
June 2008
ICS 91.010.30; 91.080.20
English Version
Eurocode 5: Design of timber structures - Part 1-1: General Common rules and rules for buildings
Eurocode 5: Conception et calcul des structures en bois Partie 1-1 : Généralités - Rčgles communes et rčgles pour
les bâtiments
Eurocode 5: Bemessung und Konstruktion von Holzbauten
- Teil 1-1: Allgemeines - Allgemeine Regeln und Regeln für
den Hochbau
This amendment A1 modifies the European Standard EN 1995-1-1:2004; it was approved by CEN on 10 April 2008.
CEN members are bound to comply with the CEN/CENELEC Internal Regulations which stipulate the conditions for inclusion of this
amendment into the relevant national standard without any alteration. Up-to-date lists and bibliographical references concerning such
national standards may be obtained on application to the CEN Management Centre or to any CEN member.
This amendment exists in three official versions (English, French, German). A version in any other language made by translation under the
responsibility of a CEN member into its own language and notified to the CEN Management Centre has the same status as the official
versions.
18 stran
CEN members are the national standards bodies of Austria, Belgium, Bulgaria, Cyprus, Czech Republic, Denmark, Estonia, Finland,
France, Germany, Greece, Hungary, Iceland, Ireland, Italy, Latvia, Lithuania, Luxembourg, Malta, Netherlands, Norway, Poland, Portugal,
Romania, Slovakia, Slovenia, Spain, Sweden, Switzerland and United Kingdom.
EUROPEAN COMMITTEE FOR STANDARDIZATION
C O M I T É E U R O P É E N D E N O R M A LI S A T I O N
E U R O P Ä I S C H E S K O M IT E E F Ü R N O R M U N G
Management Centre: rue de Stassart, 36
© 2008 CEN
All rights of exploitation in any form and by any means reserved
worldwide for CEN national Members.
B-1050 Brussels
Ref. No. EN 1995-1-1:2004/A1:2008: E
Rozdíly EN:A1 oproti EN
• nový seznam souvisejících evropských norem
• upřesnění rovnice pro konečné deformace
• u rostlého dřeva již není odkaz na kulatinu
• změna tab. 3.1 pro modifikační součinitel a tab. 3.2 pro
součinitel dotvarování (upřesnění norem pro deskové
materiály)
• tlak kolmo k vláknům
l1
l
h
l1
h
l
a
b
b
l
a
(a)
(b)
σ c,90,d ≤ kc,90 f c,90,d σ c,90,d =
1,25
1,5
Fc,90,d
Aef
• smyk
bef = kcr b
kcr = 0, 67
možná národní volba
• nově seřazeny rovnice (8.10) pro jednotlivé tvary
porušení (c) , (d) a (e)
• u hřebíků předvrtání nikoliv až od průměru
překračujícího 8 mm, ale již 6 mm (mezní hustota bez
předvrtání se nemění)
• částečně upraveny rozteče pro svorníky v tab. 8.4
• částečně upravena možnost použití výpočetních vztahů
pro hřebíky v případě sponek
• upravena pravidla pro osově zatížené vruty
• opraven odkaz na článek pro zjištění výztužné únosnosti
stěnového panelu podle metody A
• opraveny části výpočtu pro zjištění výztužné únosnosti
stěnového panelu podle metody B
• mírně upravena pravidla pro provádění spojů kde jsou
použity vruty
• správně popsány odkazy na tvary porušení u rovnic
(A.3) a (A.7) zátkového a blokového smyku a výpočtu
složených a členěných prutů
Vzorové příklady
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Posouzení sloupu na vzpěr
Posouzení prutu na vzpěr a ohyb
Posouzení nosníku na ohyb a vzpěr
Posouzení okapové vaznice na smyk a kroucení
Posouzení čepu nosníku
Návrh spoje pláště a sloupku stěny na vytažení
Posouzení šikmého jednoduchého zapuštění
Posouzení nosníku na průhyb
Posouzení výztužné stěny
Posouzení pultového nosníku
Posouzení sedlového nosníku
Posouzení zakřiveného nosníku
Určení přípustného zatížení přípoje diagonály

Dřevěné konstrukce - České vysoké učení technické v Praze

Transkript

Podobné dokumenty

sborník - Katedra ocelových a dřevěných konstrukcí

shrnutí výroční zprávy evropského orgánu pro

Oznámení o spojení územ. a staveb. řízení, zahájení společ

mykologický posudek krovu - Kongregace Milosrdných sester sv

Zde

hc01 Teorie a řízení portfolia

Katalog odběrových zařízení a vzorkovačů

Lekce 7