Klíčové pojmy: Hala, deska, vazník, klenby, skořepiny, lomenice, pneumatické soustavy

KONSTRUKČNÍ SYSTÉM HALOVÝCH STAVEB

Objekty halového typu umožňují tvorbu volných vnitřních prostor s malým počtem nebo zcela bez vnitřních podpor. Charakteristickým rysem halových objektů je velká půdorysná plocha a relativně malá výška. Halové objekty se užívají zejména pro jednopodlažní objekty. Na rozdíl od konstrukčních systémů vícepodlažních budov jsou halové objekty charakterizovány nosnou konstrukcí zastřešení.

Halový objekt může zahrnovat i vnitřní vestavěná podlaží  s různými nároky na výšku prostor:

• Dvojpodlažní haly
• Velkoobjemové haly
• Kombinované monobloky

Halové stavby se vyznačují neobyčejně velkou variabilitou. Opakovatelnost typů halových staveb je v porovnání s vícepodlažními budovami výrazně nižší, jedná se o objekty daleko více individuální.

Halové objekty jsou užívány zejména pro:

• Kulturní účely (divadla, kina, výstavní pavilony, shromažďovací aj.)
• Sportovní účely (víceúčelové a sportovní haly, zastřešení tribun a stadiónů, plavecké bazény apod.)
• Výrobní a skladovací účely (výrobní haly, sklady, tržnice, .)
• Dopravní účely (nádražní haly, zastřešení nástupišť, automobilové a autobusové garáže, servisní haly a opravny, doky apod.)

Halové objekty mají ve většině případů rozdělenou nosnou a obalovou funkci. Nosná funkce přenáší statické a dynamické zatížení do základových konstrukcí. Obalová konstrukce (opláštění) zajišťuje požadovaný stav vnitřního prostředí a obvykle se skládá ze střešního pláště, obvodového pláště a spodní stavby.

Konstrukce je nutné řešit v závislosti na zajištění jejich prostorové tuhosti, s ohledem na zachycení horizontálních sil u tlačených a tažených soustav, počítat s větší deformabilitou konstrukce (především u tažených soustav). Podstatný význam má i interakce nosného subsystému a kompletačních (obalových) konstrukcí a celková stabilizace střešního pláště u tažených soustav.

Z hlediska namáhání lze halové konstrukce rozdělit na:

• Konstrukční systémy namáhané převážně na ohyb
• Konstrukční systémy převážně tlačené
• Konstrukční systémy převážně tažené

KONSTRUKČNÍ SYSTÉMY NAMÁHANÉ PŘEVÁŽNĚ NA OHYB

Základním prvkem je ohybově namáhaný prostě uložený nebo vetknutý prvek přenášející především svislá zatížení. Veškeré zatížení na prostě uloženém prvku je přenášeno ohybovým namáháním uprostřed rozpětí. Únosnost pak závisí na průřezovém modulu nosníku a dovoleném namáhání materiálu. V případě, že je nosníková konstrukce v podepření vetknuta (konstrukce je tuhá), vznikne v oblasti podpory ohybový moment, který je přenášen i opěrnou (svislou) konstrukcí vzniklé rámové soustavy. V důsledku spolupůsobení opěrné konstrukce se snižují ohybové momenty v rámové příčli. Jelikož je horní pas nosníku i rámové příčle tlakově namáhán, je třeba zajistit stabilitu před vybočením. Konstrukční systémy namáhané převážně na ohyb zahrnují deskové soustavy, vazníkové soustavy a rámové soustavy.

Deskové soustavy

Deskové soustavy, jak je již z názvu patrné, jsou tvořeny různými typy desek (s vyztuženými žebry, komůrkové atd.). Navrhují se v rozponech do 24 m a v šířkách prvků do 3 m. Pro zajištění tuhosti jsou desky vzájemně stykovány.

Deskové konstrukce ale mohou být tvořeny i z jednosměrně či obousměrně pnutých konstrukcí přenášejících zatížení ohybem v obou směrech. Soustavu pak tvoří desky z rovinných či prostorových příhradových vazníků.

Vazníkové soustavy

Vazníkové soustavy se skládají především ze střešních vazníků (nosníkových prvků) ukládaných na sloupy, průvlaky nebo stěny. Vazníky mohou mít různé tvary (přímopasé, pultové, sedlové, obloukové atd.), různé konstrukční řešení (plnostěnné, příhradové atd.) a různé materiálové řešení (železobeton, ocel, dřevo atd.). Na střešní vazníky jsou ukládány přímo plošné střešní prvky (žebírkové či kazetové panely s odlehčenou deskou) nebo střešní vaznice nesoucí střešní plášť.

Rámové soustavy

Rámová soustava přenáší v důsledku tuhého spojení rámový moment do rámové stojky. Nevýhodné namáhání stojek rámu ohybem lze částečně eliminovat návrhem spojité rámové konstrukce. Průběh ohybového namáhání v konstrukci je závislý na ohybové tuhosti stojky a příčle a je ovlivňován i náběhy. Vyšší moment se pak koncentruje v místech s vyšší ohybovou tuhostí. Rámové konstrukce mohou být ve formě vetknutého rámu, dvoukloubového či tříkloubového rámu či konzolového rámu. Konstrukce lze řešit z betonu (železobetonové konstrukce monolitické či prefabrikované), oceli (tenkostěnné či plnostěnné profily) nebo ze dřeva (plnostěnné či příhradové atd.).

KONSTRUKČNÍ SYSTÉMY PŘEVÁžNĚ TLAČENÉ

Je-li tvar obloukové či plošné konstrukce navržen ve tvaru tlakové čáry působícího zatížení (výslednicová čára nebo plocha), přenáší konstrukce zatížení tlakem. Jelikož tvar konstrukce je stálý, ale zatížení takové být nemusí, je část zatížení přenášena ohybovým momentem. Konstrukci je proto třeba navrhnout tak, aby přenášela převládající zatížení vlastní tíhou a sněhem. Díky tomu vzniká parabolický tvar tlačené konstrukce. Ke statickému působení tlačené konstrukce lze dospět tvarováním rámové konstrukce tak, aby ohybová namáhání rámu byla nulová. Opěrný systém pak přenáší svislé a vodorovné reakce obloukové (tlačené) konstrukce. Převážně tlačené konstrukční systémy zahrnují obloukové soustavy, plošně namáhané tlačené konstrukce (klenby a skořepiny), prutové a lomenicové struktury.

Obloukové soustavy

Obloukové soustavy mají opěrný systém dimenzován na vzpěrný tlak v kombinaci s ohybem. Vybočení v rovině oblouku brání tuhost průřezu konstrukce, z roviny oblouku pak tuhost střešní tabule i vlastní ohybová tuhost. Oblouky mohou být vetknuté, dvojkloubové či trojkloubové, nejčastěji je jako materiál použita ocel případně i železobeton. Vlastní konstrukce pak může být příhradová či plnostěnná. Rozpony těchto konstrukcí mohou dosahovat i 100 m.

Plošné tlačené konstrukce - klenby

Klenby jsou namáhány vzpěrným tlakem a ohybem. Namáhání se přenáší přepětím průřezu vlivem převládajícího svislého zatížení. Konstrukčním důsledkem je masivní konstrukce klenby a omezená schopnost přenášet bodová zatížení. Pro správný návrh je důležitá znalost tvaru výslednicové čáry od zatížení vlastní vahou konstrukce. Jako materiál se používá převážně kamen či cihla. Ke správné funkci klenby je podstatný tvar výslednicové čáry od zatížení vlastní tíhou konstrukce. Tlakové čáry musí vždy zůstat uvnitř jádra průřezu (v případě obdélníku ve vnitřní třetině výšky).

Plošné tlačené konstrukce - skořepiny

Skořepiny mívají malou konstrukční tloušťku a ohybová namáhání přenášejí pouze v omezené míře. Stabilita tlačených částí je zajišťována využitím tvaru konstrukce o dvojí křivosti nebo spolupůsobením s výstužnými žebry a čely skořepin.

Prutové strukturální soustavy

Prutové strukturální soustavy mají do jisté míry obdobné působení jako plošné konstrukce stejného tvaru. Principem plošné či prutové struktury je snaha o nahrazení statického působení plošné konstrukce prutovými prvky ze železobetonu, oceli či dřeva. Prutová struktura ve tvaru válcové klenby působí jako válcová skořepina upnutá do tuhých čelních stěn.

Lomenicové strukturální soustavy

Lomenicové strukturální soustavy jsou vytvořeny z plošných trojúhelníkových elementů vytvářejících tuhou prostorovou soustavu. Vhodnou volbou tvaru lomenice lze docílit tvaru translační či rotační plochy.

KONSTRUKČNÍ SYSTÉMY PŘEVÁŽNĚ TAŽENÉ

Konstrukční systémy převážně tažené zahrnují visuté soustavy, soustavy pneumatické a soustavy zavěšené.

Visuté soustavy

Visuté soustavy mohou být vazníkové, deskové, lanové a membránové. Prvky nemají ohybovou tuhost a jsou uspořádány paralelně či radiálně, v jednovrstvém či vícevrstvém uspořádání. Přenos zatížení probíhá prostřednictvím normálové síly v profilu a vodorovnou složkou podporované reakce. Tato složka namáhá opěrný systém vysoko nad terénem, což vyžaduje jeho efektivní konstrukční návrh.

Pneumatické soustavy

Pneumatické soustavy jsou nesené přetlakem vnitřního vzduchu. Konstrukce je tvořena tenkou membránou předepnutou vnitřním přetlakem. V případě nízkotlakých konstrukcí činí přetlak v celém prostoru 100-300 Pa a při velkých rozponech se stabilizuje kombinací s povrchovými ztužujícími lany. U vysokotlakých konstrukcí je přetlak vzduchu 0,1-0,5 MPa a je soustředěn v tzv. kostře (skeletu) objektu (žebrech, obloucích). Užívají se menší rozpony do 25 m.

Zavěšené soustavy

Zavěšené soustavy jsou konstrukce, jejímž principem je zavěšení střešní nosníkové konstrukce pomocí táhel ukotvených k tlačeným pilotám, obloukům či rámům atd. Jedná se o vícestupňový systém připomínající působení tzv. superkonstrukcí ve vícepodlažních budovách. Náleží proto k efektivním systémům pro zastřešení staveb velkých rozpětí (150 m i více).