Konstrukce - základní typy konstrukcí, konstrukční řešení staveb, mosty

ch geometrických tvarech
(Obr. 2.16).
a)
b) c)
d)
e)
f)
- 14 (42) -
Základní typy konstrukcí pozemních a inženýrských staveb, konstrukční řešení staveb
- 15 (42) -
Obr. 2.15 – Kulová kopule v Brně – pavilon Z (1959)
Konstrukce – základní typy konstrukcí, konstrukční řešení staveb, mosty
Obr. 2.16 – Tvary skořepin:
a) válcové skořepiny: a1) souměrná, a2) nesouměrná, a3) pronik 2 válcových
ploch,
b) skořepiny: b1) vytvoření translační plochy, b2) příčné řezy, b3)
dvouplášťové skořepiny,
c) báňové skořepiny (nad kruhovým, trojúhelníkovým a pravoúhlým půdory-
sem)
d) zborcené plochy ve tvaru hyperbolických paraboloidů a konoidů,
e) skořepiny ze zborcených ploch: e1) křížová střecha, e2) žlabová skořepiny,
e3)koloidní střecha
Skořepiny mohou být b
z plastických hmot (Obr. 2.17).
a2) a3)
a1)
b1) b2)
b3)
c1) c2) c3)
e1)
e2)
e3)
d)
táhlo
žlabový prvek
tvořící křivka
řídící křivka
čelní vazník
patní nosník
- 16 (42) -
etonové, sklobetonové, keram

ické,kovové,
translační
dřevěné a
Základní typy konstrukcí pozemních a inženýrských staveb, konstrukční řešení staveb
Obr. 2.17 – Uspořádání prutů válcových skořepin
Skořepinové konstrukce se rovněž mohou montovat z prefabrikovaných dílců.
Odpadají nevýhody monolitických skořepin – provádění bednění a obtížná be-
tonáž tenkých sklonitých vrstev.
2.2.1.7 Visuté střechy
Visuté střechy jsou tahem namáhané konstrukce vytvořené střešním pláštěm,
zavěšeným na podporách.
Obr. 2.18 – Visuté
vých systémů,
tvarů lanových vazníků
2.2.1.8 Pneumatic
Pneumatické
vzduchu. Konstrukce
hmotnosti 0,4
lehčí konstrukce
půdorysné i prostorové tvar
a)
b)
c)
d)
e)
f)
nosná lana
nosná lana
předpínací lana
nosná lana
předpínací lana
-
střechy: a), b), c)
d), e) příklady dvouvrstvých
ké konstrukce
konstrukce jsou vytvořeny
je z ohybově
až 1,2 kg/m
3
, které jsou
zastřešení. Mohou
y střešního pláště. (Obr. 2.19).
17
se
(42) -
příklady jednovrstvých předpjatých
předpjatých systémů,
lehkým pláštěm neseným
poddajných napjatých folií-m
namáhány výlučně tahem.
používat i pro velká rozpětí,
lanové vazníky
f

Jsou
lano-
) příklady
přetlakem
embrán o
to nej-
libovolné
Konstrukce – základní typy konstrukcí, konstrukční řešení staveb, mosty
- 18 (42) -
VSTUPNÍ KOMORA VENTILÁTORPLÁŠnull
KOTVENÍ
Obr. 2.19 – Geometrické tvary střešních plášťů pneumatických konstrukcí
Plášťový materiál musí být ohybově poddajný v širokém teplotním rozmezí,
nepropustný pro plyny a vodu, odolný proti povětrnostním vlivům i proti slu-
nečnímu záření a změnám tahového napětí vlivem vnitřního přetlaku a vnějšího
zatížení. Pneumatické konstrukce se vyrábějí z dílců, které se stykují sešívá-
ním, lepením, svařováním, vulkanizováním nebo kombinovaným spojením.
Omezená životnost pneumatických konstrukcí 10 až 15 let je dána zhoršová-
ním mechanických vlastností v závislosti na čase. Pneumatické konstrukce jsou
využívány jako výstavní haly, skladovací prostory, garáže, hangáry, sportovní
haly, dílny i jako pomocné stavební konstrukce. Jejich předností je malá hmot-
nost, rychlá montáž a demontáž, přemístitelnost. Pneumatické konstrukce se
stále vyvíjejí. Nejvíce používané jsou přetlakové haly (Obr. 2.20), kde mem-
brána je nesena přetlakem vzduchu působícím v celém vnitřním prostoru ob-
jektu, který není lidskému organismu nebezpečný a konstrukce z pneumaticky
předpjatých nosných prvků (Obr. 2.20).
P > P
ie
REDUKÈNÍ
KOMORA
KOTVENÍ
SOUVISLÁ null EBRA
ZAVÌŠENÝ PNEUMATICKÝ
PØEDPJATÝ POLŠTÁØ
Obr. 2.20 – Druhy pneumatických konstrukcí: přetlakové haly, konstrukce žeb-
rové, konstrukce polštářové
Pro vytvoření požadovaného přetlaku se používají ventilátory. Pneumatické
konstrukce musí být zajištěny proti působení vztlaku. Výhodou pneumatických
žebrových a polštářových konstrukcí je, že nevyžadují stálý provoz ventilátorů
a speciální vchodové konstrukce. Nevýhodou je omezená délka rozpětí a velké
pořizovací náklady.
Základní typy konstrukcí pozemních a inženýrských staveb, konstrukční řešení staveb
- 19 (42) -
2.2.2 Vícepodlažní budovy
Nosné konstrukce vícepodlažních budov sestávají ze svislých a vodorovných
konstrukcí, jejichž úkolem je přenášet veškerá zatížení prostřednictvím základů
do základové půdy a rovněž zajišťovat stabilitu objektu. Nosné části budov
mohou být provedeny z betonu, železobetonu, předpjatého betonu, oceli, hliní-
ku, dřeva, zdiva, popř. v kombinaci těchto materiálů.
V závislosti na druhu konstrukčního systému budovy rozeznáváme systémy:
• stěnové
• skeletové
• kombinované
• zvláštní
Výše uvedené konstrukční systémy můžeme podle orientace svislých konstruk-
cí v objektu dále rozdělit na:
• podélné
• příčné
• obousměrné.
Základními svislými nosnými prvky stěnových systémů (Obr. 2.21) jsou nosné
stěny, umístěné podélně, příčně, příp. obousměrně vzhledem k podélné ose bu-
dovy. Stěny bývají vyzděné z keramických tvárnic nebo cihel, montované
z prefabrikovaných keramických nebo betonových dílců, případně mohou být
betonové monolitické. Stěnové systémy více či méně omezují dispoziční varia-
bilitu (zejména při krátkém rozponu traktů). Rozpětí traktů je závislé na pou-
žitém typu nosné stropní konstrukce a běžně se pohybuje v rozmezí 3 až 6m
(lze ovšem navrhovat i pro rozpětí větší). Otvory v obvodových stěnách mohou
mít ze statických důvodů pouze omezenou velikost.
SMÌR ULOnull ENÍ STROPÙ
Obr. 2.21 – Stěnový konstrukční systém: podélný, příčný, obousměrný
Podélný stěnový systém má stěny rovnoběžné s podélnou osou budovy. Ob-
vykle mívá 1-3 podélné trakty. Stropy se ukládají v příčném směru. Prostorová
tuhost proti účinkům větru je zajištěna v podélném směru nosnými stěnami,
v příčném směru tuhou stropní konstrukcí a ztužujícími příčnými stěnami
(např. schodišťovými, štítovými nebo mezibytovými).
Příčný systém má nosné stěny umístěné kolmo k podélné ose budovy. Jedná se
o převládající konstrukční systém v bytové výstavbě, obvykle mívá vyšší počet
traktů. Prostorová tuhost konstrukce proti účinkům větru je zajištěna v příčném
Konstrukce – základní typy konstrukcí, konstrukční řešení staveb, mosty
- 20 (42) -
směru nosnými stěnami, v podélném směru tuhými stropními konstrukcemi a
ztužujícími podélnými stěnami (vnitřními, tj. schodišťovými, příčkovými nebo
vnějšími). Dobrá prostorová tuhost umožňuje použití i pro vyšší budovy.
Obousměrný stěnový systém má stěny uspořádány v podélném i příčném smě-
ru, stropní konstrukce mohou být uloženy v obou směrech. Systém vykazuje
velkou tuhost v podélném i příčném směru, což jej předurčuje pro výškové bu-
dovy. Naproti tomu je výrazně omezena prostorová variabilita a rovněž se
projevuje velká hmotnost konstrukce.
Skeletové systémy (Obr. 2.22) se vyvinuly ze stěnových systémů redukcí nos-
ných stěn na pilíře nebo sloupy. Účinky zatížení větrem jsou přenášeny jednak
samotnými sloupy, dále ztužujícími stěnami, diagonálními ztužidly nebo ztu-
žujícími jádry. Ve srovnání se stěnovým systémem je skelet méně tuhý, naproti
tomu umožňuje výrazně lepší variabilitu dispozičního řešení a široké možnosti
ztvárnění průčelí.
Obr. 2.22 – Skeletový konstrukční systém: s podélnými rámy, s příčnými rámy,
s obousměrnými rámy
Konstrukční prvky skeletového systému bývají nejvíce navrhovány ze železo-
vého nebo předpjatého betonu (monolitického nebo prefabrikovaného), rovněž
se provádějí ocelové. Podle způsobu přenášení zatížení stropů do sloupů roze-
znáváme skelety rámové (průvlakové), hlavicové (hřibové), deskové a kombi-
nované.
Nejčastěji se skeletová konstrukce navrhuje jako rámová. Rámy jsou tvořeny
sloupy, spojenými vodorovnými průvlaky (příčlemi), které podporují stropní
konstrukci. Mohou být jedno nebo vícepodlažní a mohou probíhat podélně,
příčně nebo v obou směrech.
Příčné rámy mají průvlaky kolmé k podélné ose budovy. Používají se i pro
vyšší budovy, neboť dobře odolávají vodorovnému zatížení. Umožňují libo-
volné členění fasády, příčle ovšem překážejí podélným instalačním rozvodům
pod stropem
Podélné rámy jsou z hlediska působení větru vhodné pouze pro nízkopodlažní
budovy. Příčle nepřekážejí podélným instalačním rozvodům, ovšem ovlivňují
možnosti řešení fasády a zastiňují místnosti.
Obousměrné rámy vytvářejí prostorový rám, čímž dodávají stavbě velkou tu-
host. Hodí se pro věžové stavby s velkým namáháním od větru nebo dynamic-
Základní typy konstrukcí pozemních a inženýrských staveb, konstrukční řešení staveb
kým namáháním od strojů, pro stavby s velkým zatížením stropů a
v poddolovaných nebo seizmických oblastech.
Kromě rámových soustav se používají také skeletové systémy bezprůvlakové
(Obr. 2.23), a to jako hlavicové (hřibové), deskové nebo kombinované.
Obr. 2.23 – a) skeletový bezprůvlakový konstrukční systém, b) skeletový hřibo-
vý systém, c) skeletový kombinovaný systém: c1) s podélnými stěnami, c2) se
stěnovým jádrem, c3) s příčnými stěnami
Hlavicové (hřibové) skelety přenášejí zatížení stropů do sloupů pomocí rozší-
řených sloupových hlavic, které jednak zajišťují bezpečnost proti propíchnutí
desky v místě sloupu a dále zkracují rozpětí desek. Jsou velmi únosné, hodí se
pro výrobní a skladovací objekty s velkým zatížením stropů.
Deskové skelety mají stropy podporované přímo sloupy. V těchto místech je
tedy nutné silné vyztužení stropních desek (tzv. skryté průvlaky). Mají rovný
podhled, používají se pro bytové a občanské budovy s malým zatížením strupů.
Kombinované systémy využívají přednosti stěnových a skeletových systémů.
Mohou být provedeny v mnoha variantách, např. jako podélné stěny
s rámovým skeletem, příčné stěny s rámovým skeletem, obousměrný skelet
s výztužným jádrem aj. S ohledem na svoji značnou tuhost jsou vhodné pro
výškovou zástavbu, pro poddolovaná území i do seismických oblastí.
2.3 Inženýrské stavby a konstrukce
Inženýrské stavby a konstrukce jsou jednak díla, která svým charakterem ne-
náležejí mezi konstrukce pozemních staveb (viz dále) a rovněž i ty pozemní
stavby, jejichž statické i konstrukční řešení je náročnější, než je tomu
v obvyklých případech. Lze je podle účelu rozdělit na stavby a konstrukce:
• Podzemní
• Vodní
2.3.1
Do
strukce
a)
b) c)
c1)
c3)
c2)
• Technologické
• Věže, stožáry, kom
• Speciální
Podzemní stavby a konstrukce
kategorie podzemních
a různé podzemní
- 21 (42) -
íny
staveb a konstrukcí patří
stavby. Zakládání staveb
zejména
a podzem
základové
ní stavby
kon-
patří do
Konstrukce – základní typy konstrukcí, konstrukční řešení staveb, mosty
souboru geotechnických disciplin. Dělí se plošné (Obr. 2.24) a hlubinné (Obr.
2.25 a 2.26).
Plošné základy jsou nejrozšířenějším typem základových konstrukcí. Používají
se zejména v případech, kdy základová půda požadované únosnosti se nachází
v dosažitelné hloubce (běžně do 4,0 m pod povrchem území).
Obr. 2.24 – Druhy plošných základů: a) základové patky, b) základové pasy, c)
základové rošty, d) základové desky
Hlubinné základy přenášejí tíhu stavby do hloubky prostřednictvím vertikál-
ních prvků, na kterých spočívají plošné základy. Používá se při nedostatečné
únosnosti povrchových vrstev, nachází-li se únosná základová půda až ve větší
hloubce pod základem. Podzemní stavby se v hloubce zakládají nejčastěji na
pilotách, méně na šachtových pilířích, studnách a kesonech.
min.
6d
d
PLOŠNÝ ZÁKLAD
min
1500
PILOTY OPØENÉ PILOTY VETKNUTÉ PILOTY PLOVOUCÍ
Obr. 2.25 – Druhy pilot: a) osamělé, b)skupinové, c)opřené, d) vetknuté, e)
plovoucí
Pro novostavby i k podchycování základů starých objektů se s výhodou mohou
použít tzv. mikropiloty. Jedná se o krátké piloty průměru cca 80-250mm, hustě
rozmístěné pod základy, případně v jejich nejbližším okolí (Obr. 2.26).
VRT

PR
O
MIK
R
OPILO
T
U
TR
U
B
KA
INJE
K
È
NÍ
KO
Ø
E
N
PI
L
O
TY
U
T
Ì
S
NÌ
NÍ

V
RT
U
Obr. 2.26 – Mikropiloty: a)
Podzem
plošné
díla) a podle účelu použití na:
a)
b) c) d)
a) b) c) d) e)
a)
b)
ní stavby se
halové), způ
postup provádění, b)
rozdělují podl
sobu prováděn
- 22 (42) -
KOØEN
MIKROPILOT
příklad použití
e dispozičního uspořádání
í (ražená podzemní díla, h
(stavby liniové,
loubená podzemní
Základní typy konstrukcí pozemních a inženýrských staveb, konstrukční řešení staveb
• liniové podzemní stavby dopravní (železniční, silniční, pro pěší, pod-
zemní městské dráhy, průplavní a plavební)
• liniové podzemní stavby vodohospodářské (vodovodní přivaděče, ka-
nalizační sběrače, stoky, přívodní, obtokové a odpadní tunely, šachty
tlačné a vyrovnávací aj.)
• liniové podzemní stavby energetické (telekomunikační, kabelové, paro-
vody, horkovody, teplovody, kolektory pro společné vedení inženýr-
ských sítí)
• halové a plošné podzemní stavby (hydrocentrály, vyrovnávací komory,
komory uzávěrů, energetické zásobníky na ropu, zemní plyn apod., ob-
jekty zdravotní techniky – nádrže, vodojemy, čistící stanice, objekty
skladištní, ochranné a správní).
2.3.2 Vodní stavby a konstrukce
Při navrhování vodohospodářských staveb se používá jako hlavní stavební
materiál dřevo, beton, železový beton a ocel. Beton se využívá zejména pro
masivní konstrukce jako jsou přehrady, pevné jezy, spodní stavba a pilíře po-
hyblivých jezů, zdi plavebních komor, základy vodních elektráren a podzem-
ních vodojemů, usazovacích nádrží, nosných konstrukcí vodáren, čerpacích
stanic a vodních elektráren. Ocel příp. ocelolitina se používá jako konstrukční
materiál především u pohyblivých jezů, vrat plavebních komor uzavírek obto-
ků, hradicích těles přelivů přehrad, uzavírek vtoků vodních elektráren, lodních
zdvihadel, průplavních mostů apod.
Obr. 2.27
úklonové šachty
Konstrukce
prostředí,
třeba u nich
Dále pak
vosti i za
Uzávěry
stavitelství. (Obr. 2.28).
2.3.3
Do kategorie
ských kotlů,
konstrukce
rypadla,
a)
- 23 (42)
10°-60°
– Podzemní stavby: a) štoly a tunely
vodních staveb patří s ohledem
ve kterém plní svou funkci mezi
navrhnout účelný tvar, přizpůsobený
je významná pevnost, nepoddajnost,
nepříznivých meteorologických
tvoří důležitou oblast využití ocelových
Technologické konstrukce
technologických konstrukcí patří
nosné konstrukce zařízení vysokých
pro zařízení na těžbu uhlí a jiných
zakladače), konstrukce pro zařízení
b)
-
90° 60° - 90°
úklonové (úpadní), b) svislé a
na různé požadavky a působení
nejkomplikovanější konstrukce. Je
obtékání vodním proudem.
vodotěsnost a záruka pohybli-
poměrů (mráz, ledové kry, apod.).
konstrukcí v oboru vodního
zejména konstrukce elektráren-
pecí, koksoven a aglomerací,
surovin (těžní a vrtné věže,
na zpracování surovin (mlýny, dr-
Konstrukce – základní typy konstrukcí, konstrukční řešení staveb, mosty
tiče, rafinerie, homogenizační jednotky, koksovny, atd., dopravní mosty, po-
trubní mosty, chladící věže, konstrukce plynárenských zařízení atd.
Obr. 2.28 –Uzávěry: a) zdvižný stavidlový hladinový uzávěr, b)segmentový
spustný hladinový uzávěr, c) segmentový hladinový uzávěr s klapkou, d) hladi-
nový klapkový uzávěr přelévaný, e) hladinový válcový uzávěr
Všechny tyto konstrukce se pohybují na hranici mezi konstrukcemi stavebními
a strojními a od běžných stavebních konstrukcí se značně liší jak účinky zatí-
žení, tak požadavky na jejich funkci, životnost a možnosti opravy.
2.3.4 Věže, stožáry, komíny
Jedná se o vysoké štíhlé konstrukce, pro které je s ohledem na působící klima-
tická zatížení (vítr a námraza) nejvýhodnějším materiálem ocel (věže, stožáry i
komíny), případně železobeton (komíny).
Je možné je rozdělit na
• Věže, jako samonosné volně stojící konstrukce vetknuté do základů
• Kotvené stožáry, jejichž těleso je pružně podepřeno v jedné nebo
více výškových úrovních systémem kotevních lan.
Tyto konstrukce mohou být provedeny jako celistvé nebo členěné s příhrado-
vým nebo rámovým spojením.
Do této skupiny inženýrských konstrukcí dále náležejí anténní stožáry, stožáry
dálkových elektrických vedení, komíny, vrtné a těžní věže, nosiče osvětlova-
cích těles, vyhlídkové, skokanské a padákové věže, podpěry visutých lanových
drah, podpěry trolejového vedení železničních tratí a jiné.
a)
b)
c)
d)
e)
- 24 (42) -
Základní typy konstrukcí pozemních a inženýrských staveb, konstrukční řešení staveb
- 25 (42) -
2.3.5 Speciální konstrukce
Mezi speciální konstrukce je možné zařadit nádrže, zásobníky, sila, bazény,
potrubí velkých rozměrů a mnoho dalších. Většinou se jedná o prostorové kon-
strukce, vytvořené z rovinných desek, stěn nebo skořepin ve tvaru válce, kuže-
le, koule nebo jejich částí.
2.4 Kontrolní otázky
1 Uveďte základní nosné části halových konstrukcí.
2 Vyjmenujte, která ztužidla zajišťují prostorovou tuhost haly.
3 Uveďte možnosti zastřešení objektu s kruhovým půdorysem.
4 Jaké lze navrhnout střešní konstrukce na velká rozpětí?
5 Popište nevýhody pneumatických konstrukcí.
6 Naznačte výhody a nevýhody jednotlivých typů stěnových konstrukčních
systémů.
7 Vyjmenujte ty konstrukční typy staveb, které lze navrhnout pro výškové ob-
jekty.
8 Uveďte rozdíly mezi plošným a hlubinným zakládáním staveb.
9 Jaké druhy pilot znáte?
10 Na jaká rozhodující zatížení je třeba navrhnout vysoký anténní stožár?
Konstrukce – základní typy konstrukcí, konstrukční řešení staveb, mosty
- 26 (42) -
3. Mosty – základní typy a uspořádání
Říká se, že „nejlepší most je žádný most“. Zkuste se zamyslet a položit si otázku co je to most
a zkuste si na ni také odpovědět.
Definice
Most je stavební dílo sloužící k překonání překážky, převedení
komunikace (ale např. také potrubí apod.) přes tuto překážku, se světlostí
pod mostem větší než 2 m (při světlosti do 2 m se jedná o propusty).
Jestliže jste si odpověděli v podstatě tímto způsobem, čtěte směle, ale pozorně dál. Je-li Vaše
odpověď zcela jiná, pokračujte také, ale o to pozorněji.
3.1 Vývoj mostního stavitelství
Trocha historie neuškodí a pár historických dat určitě pomůže uvědomit si význam mostního
stavitelství. Měli bychom tedy začít od nejstarších mostních konstrukcí.
Stavění mostů sahá poměrně hluboko do historie; již ve starověku vznikaly
mostní konstrukce z tehdy dostupných materiálů – masivní mosty z kamene a
lehké mosty ze dřeva. K nejstarším a největším starověkým mostům patří
kamenný most přes řeku Diz u města Dizfulu (4.st.př.n.l.). Mnoho zajímavých
mostních konstrukcí po sobě zanechali Římané, např. akvadukt Pont du Gard
u města Nimes ve Francii (63-18 př.n.l.) se 3 patry, celkovou délkou 273 m a
výškou nad údolím téměř 50 m. Ve středověku vznikla řada mostů, vesměs
však nedosahovaly technické ani umělecké úrovně mostů starověkých.
Výjimkou v našich zemích byl např. Juditin most přes Vltavu v Praze (1169-
1171) a zejména jeho nástupce Karlův most (1357-1382) o délce 515 m a šířce
9,4 m s 16 klenbami světlosti od 16 do 23 m (obr. 3.1). V dobách renesance
bylo výsledkem snah o obrození starého římského umění a techniky mnoho
mostů postavených zejména na území dnešní Francie, Itálie a Španělska,
z nichž některé se dochovaly dodnes.
Téměř do konce 17. století se mosty stavěly prakticky bez výpočtů pouze na zá-
kladě zkušeností a „citu“. Výrazná změna nastává v 18. století, kdy byly zalo-
ženy ve Francii první vysoké technické školy, když jisté základy pro pokrok ve
vědě a technice byly položeny již dříve (Bernoulli, Euler, Lagrange, Hook, Na-
vier atd.). Kromě kamenných mostů se koncem 18. století začaly vyvíjet kon-
strukce kovové (ocelové
z litiny) a ve 2. polovině
19. století se