Zpět na materiály, výrobky, technologie

Prefabrikovaný demontovatelný systém s řízenými dynamickými vlastnostmi

22. srpna 2018
prof. Ing. Jiří Witzany, DrSc., dr.h.c.

Prefabrikovaný demontovatelný systém s řízenými dynamickými vlastnostmi představuje možnost řešení staveb v oblastech s predikcí zvýšené přírodní, popř. technické a indukované seismicity.

Autor:


Zabývá se konstrukčně statickou problematikou progresivních stavebních, zejména prefabrikovaných systémů pozemních staveb, rekonstrukcí panelových budov, sanací a rekonstrukcí nosných zděných konstrukcí historických staveb kompozity na bázi FRP. Je řešitelem dvou výzkumných projektů zaměřených na uvedenou problematiku.

Spoluautoři:
Kolektiv autorů

První historický záznam o zemětřesení v západočeské oblasti pochází z roku 1198. Nejintenzivnější doložené zemětřesení v tuzemsku pochází z oblasti Českého Těšína, kde v roce 1786 došlo k zemětřesení   s intenzitou 7–8 st. MSK-64 (Medvěděvovy–Sponheuerovy–Kárníkovy stupnice). Zemětřesení se v takovém případě zpravidla skládají do tzv. rojů. Mimořádně silný roj s nejaktivnějšími zemětřeseními byl na přelomu 19. a 20. století a silnější seismický roj byl zaregistrován na přelomu roků 1985–1986 v oblasti obce Nový Kostel s intenzitou  7 st. MSK-64. V následujících letech (např. 1997, 2000, 2001, 2008, 2018)  byla  zaznamenána  řada  opakovaných  otřesů.  Převážná část území České republiky je charakterizována  seismickým  ohrožením do 5 st. MSK-64, jižní Čechy  a  Morava  do  6  st.  MSK-64. Zvyšující se intenzita dopravy, průmyslové a těžební činnosti v některých lokalitách dosahuje mimořádné intenzity tzv. technické a indukované seismicity. Uvedené skutečnosti dokládají potřebu zajistit požadovanou odolnost staveb v příslušných lokalitách.

Úvod

Základem demontovatelných – sloupových, skeletových a rámových systémů s řízenými dynamickými vlastnostmi (DPS-S3) je jednosměrná, popř. obousměrná sloupová konstrukce (DPS-S2) – [1], která sestává z prefabrikovaných železobetonových sloupů, příčlí (průvlaků), stropních dílců a dalších nezbytných dílců a prvků (obvodové dílce, schodišťové dílce a další). Sloupy mohou být uspořádány v pravidelné pravoúhlé modulové osnově, popř. osnově trojúhelníkové, hexagonální apod.

Řešení demontovatelného styku sloupů, které mohou mít výšku jednoho, popř. dvou až tří podlaží, s příčlemi (průvlaky), styk „sloup – průvlak“ a řešení styku stropních dílců s příčlemi bylo popsáno v [1]. Demontovatelný styk „sloup  –  průvlak“  je  dimenzován  na  svislou a vodorovnou sílu a na krouticí moment od jednostranného uložení stropních dílců, dimenze osazovacích trnů stropních dílců jsou stanoveny v závislosti na rozponu a zatížení stropních dílců. Ocelové zabudované spojovací a osazovací prvky jsou navrženy z oceli S355. Pro případ vystavení styků prostředí s vysokou relativní vlhkostí  (větší než 75 %), popř. agresivnímu prostředí, se předpokládá užití oceli žárově pozinkované, popř. nerez oceli odpovídající třídy. Řešení styků je z technologického hlediska navrženo tak, aby nenarušovalo obrys prefabrikovaných dílců, nevyžadovalo náročné úpravy forem    a umožnilo jednoduchou a „přesnou“ výrobu dílců (v rámci tolerancí). Alternativně může být  systém  řešen  konstrukcí  sestávající  z  pilířů a převýšených příčlí vzájemně spojených demontovatelným stykem shodného řešení jako v případě styku „sloup – průvlak“.

Rámová pole tvořená  kloubově  spojenými  sloupy  a  průvlaky  jsou podle potřeby doplněny vloženými stěnovými diafragmaty, popř. ztužujícími prvky např. tvaru písmene A apod. [1], obdobného ztužujícího účinku jako mají stěnové diafragmy, které mohou být plné nebo s otvorem (otvory). Ztužující prvky jsou v závislosti na statických, dynamických, popř.  dalších funkčních  požadavcích umístěny  po půdorysu a výšce objektu v rámových polí [1].

Ztužující prvky (diafragmy) jsou diskrétně spojeny se sloupy, popř. s průvlaky, se sloupy i průvlaky (obr. 1). Styky sloupů a průvlaků lze z hlediska tuhosti charakterizovat jako nedokonalé  klouby s nízkou hodnotou ohybové tuhosti (obr. 2). Diskrétní spoje mezi rámovou konstrukcí a vloženými ztužujícími prvky jsou řešeny na principu  kontaktních  pryžových (elastomerových) ložisek, jejichž počet, rozmístění a tuhost (především smyková) závisí na velikosti  a intenzitě statických a dynamických zatížení.

Pryžová ložiska, jejich statické a dynamické vlastnosti a rozmístění ztužujících prvků v rámové konstrukci jsou rozhodujícími faktory ovlivňujícími statické a zejména dynamické vlastnosti nosného systému, charakter a intenzitu odezvy systému vzhledem ke statickým a dynamickým účinkům. Prostřednictvím ztužujících prvků vložených do rámových polí lze při smykově tuhém, neposuvném spojení (např. diafragmat s rámovou konstrukcí) diskrétními kloubovými spoji dosáhnout v rámci rámové konstrukce maximálního ramene vnitřních (normálových) sil soustředěných do sloupů a relativně vysoké ohybové tuhosti ztužující rámové konstrukce (obr. 3).

Dynamické účinky zatížení na vícepodlažní konstrukce budov

Problematice odezvy stavebních objektů na účinky dynamických zatížení způsobených technickou, přírodní, popř. indukovanou seismicitou je celosvětově věnována mimořádná pozornost. Jedná   se nejenom o stavební objekty nacházející se v oblastech přírodní seismicity, ale i objekty nacházející se v oblastech intenzivní kolejové a kolové dopravy, povrchové, popř. podpovrchové, v oblastech těžké průmyslové činnosti, těžby nerostů, lomů apod.

Stavební konstrukce železobetonové, zděné, zejména prefabrikované s nedostatečně vyztuženými styky, jsou charakteristické relativně nízkou hodnotou duktility, tj. rozsahu nelineárně pružných a plastických deformací, při nichž ještě nedochází k výraznému narušení a snížení statické bezpečnosti, dále velkou citlivostí vzhledem k účinkům vynucených deformací, přetvoření, vibracím a otřesům způsobených pohyby základového podloží, rázy zvukových vln apod. Uvedené účinky zatížení s dynamickou složkou způsobují mechanické poruchy projevující se trhlinami, drcením a nadměrným přetvořením. V případě vysoké intenzity dynamických účinků dochází u těchto stavebních konstrukcí k ohrožení statické bezpečnosti, stability, popř. až ke zřícení (kolapsu) stavební konstrukce. Rozhodující z hlediska odolnosti stavebních konstrukcí vzhledem k dynamickým účinkům je jejich schopnost absorbovat jisté množství přetvárné energie vyvolané účinkem mimořádného zatížení, např. přírodní seismicitou, výbuchem, popř. účinkem tzv. technické, případně indukované seismicity, dlouhodobě působícími cyklickými a proměnnými účinky a vlivy vnějších zatížení.

Celý článek naleznete v archivu čísel 08/2018.

Spoluautoři:
Ing. Daniel Makovička
Ing. Radek Zigler, Ph.D.
Ing. Aleš Polák
doc. Ing. Tomáš Čejka, Ph.D.
Ing. Shota Urushadze, Ph.D.