Fa csarnokszerkezetek, típusok, kialakításuk, erőjátékuk példákon keresztül
Készítette:
Biró Mariann Doboczki Szandra
Hollósi Diána Lengyel Barbara
1. Faszerkezetek kialakítása, fejlődése, története: Első alkalmazása a kőkorszak idején, lehullott ágakból és kidőlt fákból. Bronzkorban: cölöpös jellegű építmények. Vaskorban: vasszerszámok megjelenése, famegmunkálás →gerenda, palló, deszka, majd további fejlődés: a fakapcsolatok kialakulása. Ősi Indiában alkalmaztak íves szerkezeteket. Római korban: egyszerűbb rácsos szerkezetek, fahidak, tetőszerkezetek Középkorban: - Nyugat-, és Közép Európa hegyvidéki területein Fachwerk (vázas) típusú házak - Boronafalas építési mód (modernkori: rétegelt-ragasztott) - Nehéz szerkezetek: nagyteherbírású szerkezetek
XVI században: méretezés nélkül, hagyomány útján építkeztek XIX században: - faszerkezetek számításra alapozott tervezése - nagy erdőkitermelések - Amerika: nagy bevándorlás kezdődött, baloon-frame, később platform-frame
vázas faházépítés sajátos formái, a
XX. század eleje: - Zollinger-féle (helyenként Oikos-féle) rácsos felületszerkezet: amikor az íves felületet deszka elemek hálózatos összekapcsolásával alakítják ki. rétegelt-ragasztott fa tartószerkezet megjelenése (Hetzer) - később bevezetett hossztoldással együtt forradalmasította a modern kori faszerkezeteket, illetve fesztáv növelése -
1. Faszerkezetek kialakítása, fejlődése, története: Első alkalmazása a kőkorszak idején, lehullott ágakból és kidőlt fákból. Bronzkorban: cölöpös jellegű építmények. Vaskorban: vasszerszámok megjelenése, famegmunkálás →gerenda, palló, deszka, majd további fejlődés: a fakapcsolatok kialakulása. Ősi Indiában alkalmaztak íves szerkezeteket. Római korban: egyszerűbb rácsos szerkezetek, fahidak, tetőszerkezetek Középkorban: - Nyugat-, és Közép Európa hegyvidéki területein Fachwerk (vázas) típusú házak - Boronafalas építési mód (modernkori: rétegelt-ragasztott) - Nehéz szerkezetek: nagyteherbírású szerkezetek
XVI században: méretezés nélkül, hagyomány útján építkeztek XIX században: - faszerkezetek számításra alapozott tervezése - nagy erdőkitermelések - Amerika: nagy bevándorlás kezdődött, baloon-frame, később platform-frame
vázas faházépítés sajátos formái, a
XX. század eleje: - Zollinger-féle (helyenként Oikos-féle) rácsos felületszerkezet: amikor az íves felületet deszka elemek hálózatos összekapcsolásával alakítják ki. rétegelt-ragasztott fa tartószerkezet megjelenése (Hetzer) - később bevezetett hossztoldással együtt forradalmasította a modern kori faszerkezeteket, illetve fesztáv növelése -
A fa a használati eszközök és az építés ősi anyaga. Építőipari alkalmazásának a II. világháborút követő visszaszorulása az európai erdőállomány rossz helyzetére, a fa más célú eredményes felhasználására, és a fát helyettesítő, új anyagok megjelenésére vezethető vissza. Újbóli térnyerése a 20.század utolsó negyedében útjára induló ökologikus mozgalomhoz köthető. A faépítészet fejlődésében a következő, jelenkorba nyúló állomás a mérnöki szerkezetek nagyarányú elterjedése, mely a 19- 20. század fordulójára tehető. A mérnöki alkotásokhoz már nem elég a szakember, az ácsmester gyakorlati tapasztalata: számításokkal megalapozott, monumentális faalkotások ezek, melyeket modern technológia nélkül lehetetlen lenne megvalósítani. A mérnöki faépítészet jobbára a Fachwerk -technológia és az íves térlefedési megoldások továbbfejlesztéséből táplálkozik. A ragasztóanyagok nagyarányú alkalmazása fellendítette a 20. század elején a csarnoképítést: az ekkor keletkezett faszerkezetek az acélszerkezetekkel szemben is megállják a helyüket. Sikerükhöz hozzátartozott, hogy jó minőségű, fenyő faanyagot használtak fel hozzájuk. Például a dortmundi Westfalenhalle megépítésekor a világ egyik legnagyobb faépítménye volt a maga 75 m -es fesztávolságával:
A rétegelt-ragasztott tartószerkezetekkel lehetővé vált nagy területek fával történő íves áthidalása, ráadásul úgy, hogy az óriási szerkezetet kis részekből állítsák össze, ragasztás segítségével. A ragasztás nemcsak a hajlítószilárdságot növelte meg, hanem a fa önsúly alatti lehajlását is mérsékelte. Az íves rétegelt-ragasztott falemezekből előállított parabolikus tartószerkezeteken valósággal „lefolyik” a terhelés: nagyon stabil konstrukciót alkotnak. A régebbi rétegelt-ragasztott tartószerkezetek egyetlen veszélyforrása, hogy a felhasznált ragasztóanyag elfárad, és egy idő után nem biztosítja a szükséges rögzítést. A probléma kiküszöbölésén napjainkban is dolgoznak. Az esetleges aggályok ellenére a rétegelt -ragasztott
tartószerkezetek nagyon népszerűek, számos stadion, aula, uszoda és csarnok lefedését oldják meg velük. A technológia fejlettsége mára lehetővé tette a legkülönfélébb formai megoldásokat: a parabolikus lefedés mellett, vannak cilinder - és hálóhéjazatos, könnyed pillérekkel és látványos oszlopokkal megtámasztott megoldások. A fa előnyös tulajdonságai: könnyen, egyszerű eszközökkel megmunkálható, megfelelő beépítés és védelem esetén tartós, súlya kicsi, szilárdsági tulajdonságai kedvezők, hőszigetelő és hőtároló képessége jó, hőtágulása kics i, szép, természetes anyagként kedvező környezetet teremt használóinak. A fa hátrányos tulajdonságai: a faszerkezet élettartama során mindvégig „dolgozik”, a levegő nedvességváltozását követve zsugorodik, illetve duzzad, ami látható deformációkban mutatkoz ik meg, biotikus (gomba- és rovar -) kártevők támadják,
kevéssé tűzálló, gyúlékony anyag. 2. Csarnokok: 2.a. A csarnok fajtákról általában
Általában csarnok a neve azoknak az egyszintes, nagyobb alapterületű épületeknek, amelyek felülről rendszerint nem közbülső födémmel, hanem tetőfödémmel vannak határolva. A csarnok típusok társadalmi vagy gazdasági célra készülnek. 2.b. Rendeltetésük szerint az alábbi csarnok fajtákat különböztetjük meg: - Csarnok kulturális, gyülekezeti, igazgatási, sportcélokra. - Csarnok ipari és mezőgazdasági termelési, valamint tárolási célokra. - Csarnok közlekedési eszközök tárolására, valamint utasforgalom befogadására. - Vásárok, kiállítások megrendezésére szolgáló csarnok épületeket.
2.c Fa szerkezetű csarnokok használati lehetőségei -gyártó-, ipari-csarnokok, -autószalonok, kereskedelmi épületek, -irodaházak, logisztikai épületek, -raktárcsarnokok, -lovaglóterek, sportcsarnokok, uszodák, tornatermek, stb. 2.d. A csarnok jellege szerint
A középület jellegű csarnok fajták rendszerint egyedi -egyterű szerkezetek, a termelési jellegű csarnok fajták pedig általában tipizált egységekből összeállított szerkezetek. A csarnok jellegű épületek kialakításánál kielégítendő legfontosabb szempontok : - Nagy fesztávolság. - A szerkezet modulraszterben tervezett legyen. - Földszintes elrendezésre kell törekedni. 2
- Az alapterület 30 000 m -nél lehetőleg ne legyen nagyobb. - A kétirányú bővítés lehetséges legyen. - Biztosítani kell az
épületgépészet többcélú módosíthatóságát.
2.e. Érdemes facsarnokot választani, mert:
-a fa, mint anyag -
könnyű, magas szilárdságú, súly -szilárdág aránya magas, agresszív
környezetben ellenálló -az előregyártás időjárástól független és egyenletesen jó minőséget biztosít -az előregyártás csökkenti az építési időt, csak szerelési idő van -kisebb
a helyigénye -filigrán szerkezet, ugyanakkora területhez képest 10%-al több
alapterület áll a rendelkezésünkre -hőszigetelés
szempontjából is kedvező - a fa, mint anyag jó hőszigetelő, előírt értékek
könnyen elérhetőek - jó a beépíthetősége - installációs vezetékeket könnyű elhelyezni - bővíthető - későbbi átépítéskor, igényváltozásnak könnyen alakítható -ergonómikus – a
fa, mint építőanyag kedvező esztétikai tulajdonságú, természetközeli érzést
biztosít -újrahasznosítható - esetleges bontáskor nem keletkezik nem felhasználható anyag.
2.f. A csarnok fajták rendszerezése A.)Alaprajzi elrendezés szerint a csarnok fajták formái a következők lehetnek: - Hosszirányú (egy- vagy többhajós) - Centrális - Speciális
B.) Csarnok fajták szerkezeti rendszer szerinti osztályozása: I. Síkbeli erőjátékú szerkezeti rendszerű csarnok (leggyakrabban rúdszerkezetből összeállított) II. Térbeli erőjátékú szerkezeti rendszerű csarnok (pl. lemezművek, héjak, térrácsok, függesztett szerkezetek III. Különleges szerkezeti rendszerű csarnok (pl. pneumatikus szerkezet ek). Síkbeli erőjátékú csarnokszerkezetek: A csarnok fajták építésénél leggyakrabban a síkbeli erőjátékú rúdszerkezeteket alkalmazzák. Ezek főbb szerkezetváltozatai: -Pillér (oszlop) és gerenda kombinációja -Keretszerkezet -Ívtartó
Erőjátékuk:
II.Térbeli erőjátékú csarnokszerkezetek: A csarnok fajták építésénél a térbeli erőjátékú csarnok szerkezeteket is alkalmazzák. Ezek főbb szerkezetváltozatai: - Acél térrácsok - Vasbeton hártya és héjszerkezetek - Mérnöki faszerkezetek - Mérnöki faszerkezetek
A faanyagú nagyfesztávolságú úgynevezett mérnöki faszerkezetek 20,0 -100,0 m közötti fesztávok áthidalására alkalmasak. Készülhetnek keretként, rácsos tartóként, térrácsként, és ragasztott ívtartóként. A csarnok tetőszerkezet lehet szegelt és csavaros kötésű, vagy ragasztott technológiával készített. A csarnok faanyagát az előkészítés során gomba - és lángmentesíteni kell. A felhasználható tartószerkezeti elemek gyártása csak erre alkalmas speciális üzemben lehetséges. C.) Kialakításuk szerint: -keretszerkezet: kétcsuklós vagy háromcsuklós, nyomatékbíró sarokmerev kialakítás -rácsos szaruzat -rétegelt-ragasztott főtartókból kialakított
(kétcsuklós vagy háromcsuklós)
Gyakoribb rétegelt-ragasztott tartótípusok szokásos méretei: Jellegábra M l
Tartótípus Kéttámaszú Párhuzamos övű Kéttámaszú egyenszilárdságú
Fesztáv
Állásköz
10-50 m
5-10 m
Tartómagasság 0,06×l
10-50 m
5-10 m
0,07×l
Kéttámaszú törttengelyű
10-35 m
5-10 m
0,07×l
Háromcsuklós vonórudas
20-60 m
5-10 m
0,03×l
Háromcsuklós vonórudas
20-100 m
5-10 m
0,025×l
Háromcsuklós ív
25-150 m
5-10 m
0,02×l
Háromcsuklós
10-50 m
5-10 m
0,06×l
Háromcsuklós Íves vállú keret
10-80 m
5-10 m
0,05×l
Kétcsuklóskeret
10-40 m
5-10 m
0,05×l
l
l
l
l
l
keret l
l
l
3. A főtartós szerkezetek:
A főtartós szerkezet előnyei: - Tetszetős szerkezeti kialakítás, - Optimális szabad nyílás, - Egyszerű átalakíthatóság egyéb funkciókra (üzem, raktár), - Gyors, könnyű és pontos szerelés, - Kiváló alakíthatóság különböző munkaterülete khez.
A főtartószerkezet elemei valamennyi szerkezeti elem, amely a külső terhekből és az üzemi terhekből származó igénybevételeket továbbítja az alapokhoz. Típusok: a.)
Rácsos gerincű tartó
b.)
Tömörtartó
A főtartószerkezet elemei: - Közbenső keretek, - Végfali keretek, - Szélrácsok,
a.) Rácsos szerkezetek:
Jobban kihasználják a fát az axiális, egyenletes feszültségmegoszlás miatt. A megszerkesztésnél és a lekötésnél ügyelni kell arra, hogy a rudak tengelye ténylegesen egy pontban találkozzanak, különben káros mellékfeszültségek keletkeznek. Törekedni kell az olyan csomópontok kiképzésére, melyek, ha nem is működnek, mint ideális csuklók, de az egész erőt egyenletesen adják át. A rácsrudak vagy oszlopok igen gyakran több részből készülnek. Bizonytalan, hogy egy- egy részben az erőrészesedés mekkora. Az összekötések elmozdulásai is befolyásolják a kihajlás elleni biztonságot. Rácsszerkezetek vonalazása: szélrácsozás Kerülni kell a támaszoknál a túl hegyes metszéseket, amelyek igen nagy erőket jelentene k. Nagy erőt jelentenek a túl lapos vonalazások is. Gazdaságos tartómagasság: l/6 - l/8, a tetőhajlás 6%
-Hagyományos rácsos tartók:
-Párhuzamos övű - Nem párhuzamos övű, lejtős tetősíkú rácsos tartók -Háromszög alakú tartók -Trapéz alakú -Íves kiképzésű tartók -Két és három csuklós rácsos keret -Szöglemezes rácsos tartók -Térbeli rácsos tartók
Háromszög:
Mansard:
Parabola:
Parallel:
Trapéz:
Fűrésztetők: Egyenletes terhelés esetén ideális a parabola tartó, rácsrúderőt csak egyoldali terhelésnél eredményez, de azt is keveset, viszont kihajlásra jobban kell vigyázni ennél. A nyomott rudak
végpontjainak a térben, két merőleges irányban megfogottaknak kell lenniük. Amennyiben egyes rácsrudak excentrikusan csatlakoznak, úgy a hajlítás kimutatandó. Parallel rácsozású tartóknál célszerű az oszlopokat csavarokkal helyettesíteni és a rácsozást úgy szerkeszteni, hogy húzott oszlopok keletkezzenek. Szélnyomás ellen az épület hosszirányban szélrácsozással merevítendő. b.) Tömör szerkezetek: Gazdas ágos keresztmetszetek ezek, különösen nagyobb méretekben.
Méretezés: ferdén alkalmazott deszkák nem csúsztató vagy nyíróerőt vesznek fel, hanem húzófeszültséget, amelynek legnagyobb értéke a tartó tengelyén van. A fő nyomófeszültségeket is fel kell venni deszkával. A főfeszültség iránya 45˚-os az egyszerű hajlított tartóban, de nyomással párosult hajlításnál pl: kereteknél ez más irányú, de mindig merőleges egymásra. Különösen kereszttartóknál kell rácsostartóra felbontani a tömörfalú szerkezetet, mivel az axiális erők igen komplikálttá teszik a számítást. Rácsostartó és tömörfalú szerkezetek kombinációja: Igen előnyösen kombinálható a tömörfalú szerkezet a rácsostartókkal. Kereteknél, különösen a sarkoknál olyan nagy erők keletkeznek, hogy rácsos megoldással nem oldhatók meg. Ilyenkor tömör részeket iktatnak be. Íves szerkezetek: Az ívek tömör falakkal és rácsosan is kiképezhetők. Az oldalnyomások vonórúddal (fával, vagy vassal) vagy megfelelően merev támfalakkal vehetők fel. Tömör szerkezetek közül előnyösen alkalmazható a rétegelt lemez, mivel itt teljesen ki van használva az egész fakeresztmetszet.
Hagyományos rácsostartók szokásos kialakítási formái:
Főtartó és alaptest csuklós kapcsolata:
Főtartó és alaptest befogott kapcsolata:
4.Térbeli rácsos szerkezetek Rácsos szerkezeteken a mérnöki szóhasználat egymáshoz kapcsolt rudakból összeálló mérnöki szerkezeteket ért, mégpedig elsősorban olyanokat, amelyek terhelhetősége a rudak nyomatékmentes csatlakoztatása mellett is biztosított. Azokat a rudakból összeálló szerkezeteket, amelyek terhelhetősége csak nyomatékbíró kapcsolatok mellett lehetséges, keretszerkezeteknek nevezzük. A rácsos szerkezetek körében megkülönböztetünk síkbeli és térbeli rácsos szerkezeteket. Az elnevezések többé -kevésbé önmagukért beszélnek, bár a síkbeli rácsos szerkezeteken inkább csak rúdszerű viselkedésű síkbeli rácsos szerkezeteket szoktunk érteni. A térbeli rácsos szerkezeteket az alábbi típusokba sorolhatjuk: - rúdszerű szerkezetek - felületszerű szerkezetek - tömbszerű szerkezetek
Rúd-szerű térbeli rácsok
A rúdszerű térbeli rácsos szerkezetek sokoldalú alkalmazásának jellegzetes példái a távvezeték -tartóoszlopok, adótornyok, tűztornyok és kilátótornyok, magaslesek, darugémek és daruhidak, szalaghidak. Sátorszerkezetű lefedések belső és
külső árbocai is gyakran rúdszerű
térbeli rácsok. A térbeli teherviseléshez legalább háromövű rácsos szerkezet szükséges. A leggyakoribb a négyzet befoglaló keresztmetszetű, négyövű rácsos tartó. Ennek kézenfekvő magyarázata, hogy - egyszerűbben csatlakoztatható más szerkezetekhez, - egyszerűbb a szerkezeti kialakítása, - szemléletesen visszavezethető a vizsgálata síkbeli rácsos tartó vizsgálatára
A rúdszerű térbeli rácsos szerkezetek jelentős része acélszerkezet, de gyakran készítenek ácsszerkezetként, ill. mérnöki faszerkezetként is rúdszerű térbeli rácsokat. Mivel a faszerkezetek húzott elemeinek a kapcsolatait elég körülményes elkészíteni, a fa szerkezetű térbeli rácsos tartókban gyakran alkalmaznak acélszerkezetű elemeket is, amelyek szerepe a húzások felvétele, vagy olyan sajátfeszültségi állapot létrehozása, amelyben a fa szerkezetű elemek nyomottak.
5. Az erőtani számítás alapelvei 5.1. Általános előírások
(1) A számításokat megfelelő (szükség esetén kísérletekkel alátámasztott), valamennyi lényeges változót tartalmazó számítási modellek alkalmazásával kell elvégezni. A modellek feltétlenül legyenek kielégítően pontosak a szerkezet várható viselkedésének leírásához, összhangban a valószínűsíthetően elérhető kivitelezési színvonallal és a méretezés alapjául szolgáló információk megbízhatóságával. (2) A szerkezetek globális viselkedését a hatáskövetkezmények lineárisa anyagmodellen alapuló (rugalmas) számításával kell meghatározni. (3) Olyan szerkeze tek esetén, amelyek megfelelően duktilis kapcsolatai lehetővé teszik az
igénybevételek átrendeződését, alkalmazhatóak rugalmas -képlékeny módszerek szerkezeti elemek igénybevételeinek számítására. (4) A szerkezet, illetve a szerkezeti elemek igénybevételek számítására szolgáló modellnek figyelembe kell vennie a kapcsolatok alakváltozásának hatását. (5) A kapcsolatok alakváltozásának hatását a kapcsolatok merevségi jellemzőinek (pl.:
elfordulási, eltolódási merevségek) vagy a kapcsolat teherszintjének függvényében előírt elcsúszási értékeknek az alkalmazásával vesszük figyelembe. 5.2. Szerkezeti elemek
(1) A következőket kell figyelembe venni az erőtani számításban: - az egyenességtől való eltérések - az anyag inhomogenitásai
(2) A keresztmetszetek gyengítéseit figyelembe kell venni a szerkezeti elemek szilárdsági vizsgálatai során. (3) A keresztmetszetek gyengítései figyelmen kívül hagyhatók a következő esetekben: -előfúrás nélküli, 6 mm, illetve ennél kisebb átmérőjű szegek vagy facsavarok - lyukak a szer kezeti elem nyomott övében, ha a lyuk a fánál merevebb anyaggal van
kitöltve (4) Kapcsolóelem-együttessel kialakított kapcsolatok esetén a hatékony (gyengített) keresztmetszet meghatározásakor minden olyan lyukat figyelembe kell venni, mely a legkisebb rostirányú osztásköz felénél közelebb van a vizsgált keresztmetszethez. 5.3. Kapcsolatok
(1) A kapcsolatok teherbírásának ellenőrzésekor figyelembe kell venni az elemek között működő, a globális erőtani számítás során meghatározott erőket és nyomatékokat. (2) A kapcsolat alakváltozása kompatibilis legyen a globális erőtani számítás során
feltételezettel. (3) A kapcsolat erőtani vizsgálata során figyelembe kell venni a kapcsolat valamennyi alkotóelemének viselkedését. 5.4. Összetett szerkezetek 5.4.1. Általános előírások
(1) A szerkezetek erőtani számítását olyan statikai modellekkel kell elvégezni, amelyek kellő pontossággal veszik figyelembe a szerkezet és a megtámasztások viselkedését. (2) Az erőtani számítást az 5.4.2. szakasz szerinti tartómodellek vagy a szeglemezes rácsos tartókra vonatkozó 5.4.3. szakasz szerinti egyszerűsített modell alapján kell elvégezni. (3) Keretek és ívek igénybevételeinek másodrendű elmélet alapján való meghatározását az 5.4.4. szakasz szerint kell elvégezni.
5.4.2. Rácsos szerkez etek
(1) Rácsos szerkezetek erőtani számítása során számításba kell venni a rudak és a csomópontok alakváltozását, a megtámasztások külpontosságának hatását és a megtámasztó szerkezetek merevségét a rudakban működő erők és nyomatékok meghatározásához. A szerkezeti elrendezés és a szerkezeti modell elemeinek értelmezéséhez lásd az 5.1. ábrát.
(2) A rácsos tartó erőtani számításához használt modellben a hálózat tengelyvonalai a szerkezet kontúrján belül legyenek. A főbb szerkezeti elemek esetén, mint például rácsos tartó övrúdjai, a hálózat elméleti tengelyvonala egyezzen meg a rúd tényleges súlyponti tengelyvonalával. (3) Ha a rácsrudak elméleti tengelyvonala nem egyezik meg a rúd tényleges súlyponti tengelyvonalával, akkor az ilyen rudak szilárdsági vizsgálatakor figyelembe kell venni a külpontosság hatását. (4) Fiktív rúdelemek és fiktív rugók alkalmazhatók a külpontos kapcsolatok, illetve megtámasztások modellezésére. A fiktív rúdelem iránya és a fiktív rugó elhelyezkedése a lehető legjobban feleljen meg a tényleges csomóponti elrendezésnek. (5) Elsőrendű, lineárisan rugalmas számítás során a kezdeti alakeltérések és a hatások következményeként létrejövő alakváltozások figyelmen kívül hagyhatók, ha ezeket a rudak szilárdsági ellenőrzése során figyelembe vesszük. (6) A rácsos szerkezet igénybevételeit meghatározott merevségi értékekkel kell számítani. A
fiktív rúdelem becsült merevségét a tényleges kapcsolatnak megfelelően kell meghatározni. (7) A kapcsolatok elfordulással szemben merevnek tekinthetők, ha alakváltozásuknak nincs jelentős hatása az elemek igénybevételeinek (belső erőinek és nyomatékainak) eloszlására. Ellenkező esetben a kapcsolatokat csuklósnak kell tekinteni. (8) A kapcsolatok elcsúszásának hatása figyelmen kívül hagyható a szilárdsági vizsgálatok során, hacsak nem befolyásolják jelentős mértékben az igénybevételek eloszlását. (9) Rácsos tartókban alkalmazott hevederes kapcsolatok elfordulással szemben merev kapcsolatként modellezhetők, ha a terhelés következtében létrejövő tényleges elfordulásoknak nincs jelentős hatása a rúderőkre. Ennek a követelménynek akkor teszünk eleget, ha a következő feltételek egyike teljesül: -A hevederes kapcsolat teherbírása megfelel az adott helyen fellépő, erőből és
nyomatékból álló igénybevétel -kombináció legalább 1,5-szeresének; -A hevederes kapcsolat teherbírása megfelel az adott helyen fellépő erőből és
nyomatékból álló igénybevétel -kombinációnak, egyúttal a faelemekben nem lépnek fel a hajlítószilárdság 0,3-szeresét meghaladó, hajlításból származó normálfeszültségek, továbbá a szerkezet akkor is állékony maradna, ha valamennyi ilyen kapcsolat csuklóként működne. 5.4.3. Szeglemezes rácsos tartók egyszerűsített számítása:
(1) A teljesen háromszögképzésű rácsos tartók egyszerűsített számításához szükséges a következő feltételek teljesülése: - az övrúdhálózat külső szögei legalább 180° -osak - az alátámasztás szélessége az a1 méreten belül van, és az 5.2. ábra szerinti a 2 méret nem nagyobb, mint az a 1/3 és a 100 mm közül - a rácsos tartó magassága
a nagyobbik
nagyobb a támaszköz 0,15 -szorosánál és a legnagyobb
övrúdmagasság 10 -szeresénél (2) A rúderők meghatározásakor valamennyi csomópontot csuklónak kell tekinteni. (3) Két szomszédos csomópontot összekötő rúd hajlítónyomatékainak meghatározásakor a rúdvégeket csuklónak kell tekinteni. Több csomóponton áthaladó folytonos rúd
hajlítónyomatékait célszerűen a csomópontokat alátámasztásnak, a rudat többtámaszú tartónak tekintve határozzuk meg. A csomóponti alakváltozásokat és a kapcsolatok részleges befogását a támasznyomatékok 10%-os csökkentésével kell figyelembe venni, majd ezekből a csökkentett támasznyomatékokból kell meghatározni a mezőnyomatékokat.
5.4.4. Keretek és ívek
(1) Az 5.2. szakasz előírásai érvényesek. a terhelés által okozott alakváltozásnak a belső erőkre gyakorolt hatását figyelembe kell venni. (2) A terhelés által okozott alakváltozásnak a belső erőkre gyakorolt hatását a következő feltételezésekkel szabad másodrendű lineáris számítással figyelembe venni: - feltételezzük, hogy a szerkezet alakhibái megfelelnek annak a kezdeti
alakváltozásnak, amit a szerkezetre, illetve annak meghatározott részeire alkalmazott φ értékű szögeltérés és ezzel együtt a csomópontok közötti legnagyobb e külpontossághoz tartozó kezdeti sinusos görbeség okoz; -
φ legkisebb értékét a következőképpen lehet felvenni φ=0,005
h≤5 m esetén
φ=0,005*√5/h
h>5 m esetén
ahol h a szerkezeti elem magassága vagy a szerkezeti elem hossza - az e legkisebb értékét a következőképpen lehet felvenni: e=0,0025*l
A feltételezett geometriai eltérések példáit és az l értelmezését az 5.3. ábra mutatja.
6.
Faszerkezetű csarnok összeehasonlító erőtani számítása MSZ-EN szabvány szerint: A
faszerkezetű épület MSZ és MSZ EN szabványsorozatok szerinti számításánál az alábbi
egyszerűsítet t táblázatban szereplő szabványokat veszik figyelembe: Általános alapelvek Terhek, hatások Faszerkezetek
Anyagszabvány A faszerkezet ű
MSz MSz 15020 MSz 15021 MSz 15025 MSz 10144
Eurocode MSz EN 1990 MSz EN 1991 MSz EN 1995 MSz EN 338
csarnoképüle t összehasonlító számításá t egy 20,50 m x 54,50 m befoglal ó
méretű zárt, hőszigetelt raktárépületr e végezték el. Az épület vázszerkezete faszerkezetű, befogott oszlopos, egyhajós csarnok. A fesztávolság 20,0 m. Az alul befogott rétegeltragasztott fa (RRfa) oszlopokhoz
(160 mm x 500 mm)
csuklósan kapcsolódik a szintén Rrfa változó magasságú, egyenes alsó
övű főtartó (160 mm x (740 mm - 1300 mm - 740 mm)). A vállmagasság így 6,74 m, a gerincmagasság 7,30 m, a tiszta belmagasság 6,0 m. A keretállások távolsága 6,00 m. A végfali tartók (160 mm x 300 mm) többtámaszú tartóként a végfali falváz- (160 mm x 300 mm), illetve keretoszlopokra (160 mm x 500 mm) támaszkodnak. Mind a szélső, mind a közbenső oszlopok alul befogott, felül csuk lós kialakításúak . A főtartókr a 2,50 m-enként többtámaszú Gerber-csuklós rendszerű szelemenek támaszkodnak. A szélső mezőkben a szelemenek 160 mm x 200 mm keresztmetszetűek , mí g a közbensők 120 mm x 200 mm. Ezek közül minden második a merevítésben is részt vesz. Ezért ezek 180 mm x 200 mm keresztmetszettel készülnek. Az épület térbeli merevségét a tetősíkban, a szélső mezőkben és a középső mezőben elhelyezett húzott pótátlós rácsozású köracél szelvényű szélrácsok , valamint ugyanit t elhelyezett függőleges síkú, szintén köracélokból kialakított hosszkötése k és keresztirányban maguk a főtartó keretek biztosítják. A héjalás acél trapézlemez. A tető 5%-os (3,15°) hajlásszögű. A homlokzati falak
külső burkolata szintén könnyűszerkezetes. Az alapzás síkalapozás. A fő
tartóoszlopok Appel-tárcsás kapcsolattal, acélszerelvényekkel vannak a vasbeton alapba befogva. Számításhoz táblázati adatokat(Armuth, Bodnár, 2006) használtak . A végfali falvázoszlopok a pontalapokba bebetonozott laposacé l szerelvényekhe z kapcsolódnak . Az alapok tetején monolit vasbeton
lábazati gerenda fut körbe.
Terhek és hatások: A terhek és
hatások összehasonlítsa céljából az egy keretállásra ható fajlagos terheket vetettek inst
fin
össze a függőleges terhekből a keretgerendára és a vízszintes terhekből a keretoszlopra. Az alakváltozások ellenőrzése során két értéket: a pillanatnyi alakváltozást (uinst) és az alakváltozás végértékét (ufin) vizsgálták. Az alakváltozás számításánál az állandó, a kiemelt esetleges és az egyidejű esetleges terhek
és hatások kombinációját a pillanatnyi alakv ált ozá sn ál a
hatások karakterisztiku s kombinációjából,
míg az alakváltozás végértékénél a hatások kvázi-
állandó kombinációjából határozták meg, a megfelelő rugalmassági modulusok várható értékével számolva. Megállapítások: A
hőszigeteletlen, alárendelt jelentőségű , egyszintes faszerkezet ű csarnok terheléseit a
viszonylag kis
önsúlyok és a meteorológiai terhek dominanciája jellemzi. Ezek alap, illetve
karakterisztikus értékei közel azonosak, így az Eurocode-nál jelentkező tehertöbblet elsődleges oka a biztonsági tényezők magasabb értékei. A
szilárdsági és merevségi követelmények ellenőrzése során azt tapasztalták, hogy a
megfelelő méretű keresztmetszetek meghatározásár a elsősorban az alakváltozási és stabilitási követelmények kielégítése a mértékadó. Meg kell
továbbá jegyezni, hogy az MSz EN szerint elvégzett számítások mennyisége még
egyszer ű
csarnoképületné l is jelent ősen töb b munká t jelent az MSz alap ú számítássa l
szemben. Ez a
terhelési adatok előállítása – rendkívüli módon részletezett szélterhelés miatt
több mezőben kell terheléseket meghatározni – , a teherkombinációk meghatározása – több és összetettebb teherkombinációt kell figyelembe venni – , és a földrengési vizsgálat elvégzése miatt áll elő. Az MSZ 15000-es
szabványok és az Eurocode szerint számított létesítmény fajlagos faanyag
felhasználását az alábbi összehasonlító táblázatban közöljük:
Faanyag
Szerkezeti elem
Fűrészelt fa
Anyagfelhasználás (m3 /m2) MSZ
MSZ EN
Szelemen
0,012
0,016
Főtartó
0,021
0,027
Oszlop
0,008
0,008
Végfal Famennyiség összesen
0,003
0,003
0,044
0,054
RRfa
1.
ábra: Alaprajz
két szabványsorozat szerint elvégzett erőtani számításokból adódó faanyag felhasználás aránya: A
MSZ EN / MSZ = 0,054 / 0,044 = 1,23 A faanyag-felhasználás az MSZ EN szerint 23 %-kal több.
2. ábra: Keresztmetszet és falmetszetek
3. ábra: Csarnokszerkezet térbeli vázlata
7. Faszerkezeti kapcsolatok: Lehet:
–Belső (szerkezeten belüli) –Külső (más szerkezethez kapcsolódó) Csoportosítás: –Hagyományos (ács jellegű) kapcsolatok –Mérnöki kapcsolatok Mérnöki Kapcsolatok : –Szögezett kapcsolat –Szögezett lemezes kapcsolat –Szöglemezes kapcsolat ( – Facsavaros kapcsolat) ( –Tűzött kapcsolatok)
–Csavarkötések ( –Betétes kapcsolatok)
–Kapcsolószerelvények –Ragasztott kapcsolatok (rétegelt-ragasztott tartók) Szögezett kapcsolatok:
A szabványok előírják: –a szögválasztás feltételeit, körülményeit –a szögkiosztás távolságát –az egy sorban elhelyezhető szögek számát –az anyagminőséget –a méreteket –a korrózióvédelmet –az előfúrás szükségességét
Szögezett lemez kapcsolatok
Olyan szögezett kapcsolat, ahol a teher továbbítását fémből, fából vagy rétegelt lemezből készült lemezek végzik
Lehetőségek: –külső oldali felszegezés (ált. kétoldali) –fűrészelt résekbe helyezve –felhelyezés előtt előfúrva (csak külső felszegezés esetén) –felhelyezéskor, a faanyaggal együtt előfúrva –előfúrás nélkül Szöglemezes kapcsolatok : A szögezett lemez kapcsolathoz hasonló, azonban a szögeket a
lemez saját anyagából hajtogatják ki ( stancolás), vagy a lemez anyagába be vannak ágyazva
Csavarkötések:
•Átmenő csavarkötés:
•Illesztett csavarkötés •Fűzőcsavarok •Beragasztott csavarkötés:
Betétes kapcsolatok:
Kapcsolószerelvények:
• Olyan szerkezeti elemek, melyeket két (vagy több) egymáshoz kapcsolódó faszerkezeti elem közé iktatnak be • Általában fémből készülnek • Rögzítésük csavarokkal, facsavarokkal szögekkel, csapokkal történik Lehet:
–csuklók –oszlopmegfogások, rögzítések –szelemen csatlakozások – gerenda- rögzítések – vihar-hevederek
8. Példák: Makó, József Attila gimnázium rekonstrukciója: RRFA tornacsarnok (1700 m2) 36m
fesztáv Fejépület RRFA szerkezet (480 m2) Tervező: Makovecz Imre
Sótároló épületek - vasbeton oszlopokon álló rétegelt-ragasztott fa tartószerkezet:
Tornaterem (vonórudas):
Uszoda:
Városi sportcsarnok, Csenger : A csarnokszerkezet lefedése ragasztott-rétegelt fa tartószerkezettel történt
Ragasztott fatartós csarnokok : A rétegelt ragasztott fatartók térfogatsúlya mintegy tizede az acélszerkezetek térfogatsúlyának, s kb. harmincadrésze a vasbetonénak. A faszerkezet tehát a kis önsúly és a nagy szilárdság következtében nagy méretekben gyártható, könnyen, kis energia - és gépigénnyel szerelhető.
A gyártás technológiája lehetővé teszi ívelt fatartők gyártását, ezáltal lehetővé teszi a tervezők számára a különféle, változatos formájú szerkezetek tervezését, és a tartók elvileg korlátlan hosszokban gyártását. A faszerkezet ellenáll az erős korróziós hatásoknak, ezért kiválóan alkalmazható ipari raktárak és termálfürdők szerkezeteként. A rétegelt ragasztott fatartók nagy szelvényméretük, gyalult felületük következtében tűzzel szemben előnyösen viselkednek.
Aquaworld:
Fedeles lovarda:
Fedeles lovarda Székesfehérváron:
Franciaországban épült lovarda:
Példa tárcsás kapcsolatra:
Megépült fa csarnok:
Rácsos szaruzatú fa csarnok:
Keretszerkezetes fa csarnok:
Fa kapcsolatok:
Példák fa oszlop alsó rögzítésére:
