Navrhování tesařských spojů dřevěných konstrukcí (část II.)
Ve dvou dílech uvádíme navrhování tesařských spojů dřevěných konstrukcí podle Eurokódu 5. Jsou probrány tesařské spoje aktuální i v dnešních podmínkách používané při rekonstrukcích a v některých případech u nových konstrukcí – šikmé zapuštění a čepový spoj. Výklad je doplněn praktickými příklady výpočtu.
Stav uvedených konstrukčních ustanovení odpovídá ČSN EN 1995-1-1 [1], česká verze Eurokódu 5,
a DIN EN 1995-1-1/NA:2013-08 [2], německé národní příloha k Eurokódu 5. Český překlad německé národní přílohy byl vydán v listopadu 2015.
4 Tlačený přípoj dvojitým zapuštěním
U dvojitého zapuštění se kombinuje čelní a patní zapuštění v jednom bodě připojení. Vzhledem k větší složitosti a vyšším požadavkům na přesnost se tento druh zapuštění používá, když jednoduché zapuštění neposkytuje dostatečnou únosnost. Pro dosažení maximální únosnosti se konstrukce a navrhování zpravidla provádějí pro maximální dovolené hloubky zářezu. K tomu se používají vztahy (1.15) až (1.24). U tlačených prutů, které jsou připojeny dvojitým zapuštěním, je mimostřednost zanedbatelně malá.
Celková délka zářezu je
Vzdálenost mezi patním a čelním zapuštěním je
Volba hloubek zářezu
(1.15)
(1.16)
(1.17)
(1.18)
(1.19)
1) není rozhodující pro stejné dřevěné prvky
Posouzení únosnosti
(1.20)
Výpočet a posouzení požadovaných délek zhlaví lv1 a lv2 v dřevěném prvku přejímajícím zatížení
(1.21)
(1.22)
(1.23)
(1.24)
kde je
- tv1
- hloubka zářezu / hloubka zapuštění v čelním zapuštění
- tv2
- hloubka zářezu / hloubka zapuštění v patním zapuštění
- S1,Rd
- maximální přijatelný podíl prutové síly v tlačeném prutu prostřednictvím čelního zapuštění
- S2,Rd
- maximální přijatelný podíl prutové síly v tlačeném prutu prostřednictvím patního zapuštění
- erf lv1
- požadovaná délka zhlaví, při které napětí ve smyku v zhlaví před čelním zapuštěním nepřekročí návrhovou hodnotu pevnosti ve smyku fv,d
- erf lv2
- požadovaná délka zhlaví, při které napětí ve smyku v zhlaví před patním zapuštěním nepřekročí návrhovou hodnotu pevnosti ve smyku fv,d
Příklad 4-1 Přípoj tlačené vzpěry dvojitým zapuštěním
V příhradovém systému je připojena tlačená vzpěra k dolnímu pásu v podpoře. K tomu musí být navrženo dvojité zapuštění (čelní odsazené zapuštění) s maximální únosností a má se posoudit únosnost pro návrhovou hodnotu normálové síly v tlačené vzpěře SEd = 370 kN.
Průřez dolního pásu přenášejícího zatížení je výrazně oslaben jednostranným zářezem v oslabeném zapuštění a pojistným svorníkem. Kromě toho dochází účinkem jednostranného zářezu k mimostřednosti v dolním pásu, která se musí uvážit.
Třída provozu 2 a třída trvání zatížení dlouhodobé.
Návrh jednostranného čelního odsazeného zapuštění
Maximální předatelné podíly osové síly v tlačeném prutu účinkem čelního zapuštění a odsazeného zapuštění
Posouzení únosnosti
Výpočet a posouzení požadované délky zhlaví lv1 a lv2
Posouzení oslabeného průřezu dolního pásu ve spáře pod odsazeným zapuštěním
kh = 1,058
ft,0,d = 0,875 ‧ 13,8 = 12,1 N/mm2
Ud = SEd ‧ cos γ = 370 ‧ cos 35° = 303 kN
M = Ud ‧ e = 303 000 ‧ (100 / 2) = 15,15 ‧ 106 Nmm
An = 280 ‧ (400 − 100) = 84 000 mm2
Wn = 280 ‧ 3002 / 6 = 4,20 ‧ 106 mm3
Konec příkladu 4-1
5 Základní pravidla pro čepové spoje
Obrázek 1-2 Čep
Při stanovení geometrie čepových spojů musí být dodržena pravidla soustavy vztahů (1.25).
Pro nosníky s výškou do 300 mm s čepem podle obrázku 1-2 se stanoví návrhová hodnota únosnosti čepu podle vztahu (1.27).
(1.25)
6 Únosnost čepových spojů
Vedle dále uvedeného výpočtu únosnosti čepu se musí prokázat únosnost dřevěného prvku přejímajícího zatížení.
(1.26)
(1.27)
(1.28)
(1.29)
(1.30)
kde je
- χ
- vzdálenost mezi určovacím paprskem podporové reakce a rohem zářezu v mm
- α
- = hc / h
- β
- = hz / hc
- kn
- = 4,5 pro vrstvené dřevo
= 5,0 pro rostlé dřevo a lepené rostlé dřevo
= 6,5 pro lepené lamelové dřevo
Příklad 6-1 Podpora nosníku s čepovým spojem
Návrhová hodnota reakce směřující dolů je FEd = 10 kN. Třída provozu 1, třída trvání zatížení krátkodobé.
Ve starší dřevěné konstrukci byla nalezena podpora nosníku s čepovým spojem, jejíž únosnost je nutno v rámci přestavby stanovit. Pevnost dřevěných prvků se předpokládá nejméně jako jehličnaté dřevo C24.
Stanovení a ověření geometrických parametrů
Únosnost
Konec příkladu 6-1
Literatura
- Boddenberg Ralf-Werner: Holzbau Skript II, Hochschule Wismar. Design of carpentry joints according to Eurocode 5
Ve druhé části je řešen přípoj tlačeného prutu dvojitým šikmým zapuštěním. Za důležité považuji, že příspěvek obsahuje, kromě výpočtové části, také požadavky na správné konstrukční řešení spoje. Jedná se o často používaný typ tesařského spoje, ale při jeho praktickém navrhování a provádění se nezřídka vyskytují závady. Příklad přípoje tlačeného prutu dvojitým šikmým zapuštěním je vhodně zvolen. Jedná se o případ, který se běžně vyskytuje v konstrukcích krovů a v příhradových konstrukcích, případně i v kombinaci s dalšími spojovacími prostředky. Autor v příkladu zvolil spojované pruty z lepeného dřeva, samozřejmě toto řešení styčníku může být provedeno i z prutů vyrobených z rostlého dřeva. Za velmi přínosnou považuji část zaměřenou k řešení čepových spojů. Právě nesprávně navržené a provedené čepové spoje bývají poměrně často příčinou poruch dřevěných konstrukcí. Z toho důvodu i číselný příklad uvedený v textu příspěvku usnadní uživatelům správné navrhování těchto spojů.
Závěrečné vyjádření k uveřejnění obou částí příspěvku: Uživatel serveru TZB-info ocení podrobné vysvětlení principu působení tesařských spojů a navazující praktické příklady. Lze předpokládat, že příspěvek bude využíván nejen projektanty dřevěných konstrukcí, prováděcími firmami, ale rovněž studenty stavebních fakult, fakult architektury a odborných škol.
Compression joint with framed joint in combination – Ground rules for mortise and tenon joints – Load carrying capacity of mortise and tenon joints – Design examples.