DREWNO

TECHNOLOGIA

I

KONSTRUKCJE

Eugeniusz Bednarz

Warszawa 2007

Spis treści

1. Drewno w przeszłości	2
2. Złącza konstrukcji drewnianych	7
2.1. Charakterystyka złączy	7
2.2. Połączenia tradycyjne	7
2.3. Połączenia na klej	10
2.4. Złącza na zszywki	14
2.5. Połączenia na gwoździe
2.6. Połączenia na śruby i wkręty	15
2.7. Profilowane elementy stalowe w formie kotwi, zawiesi i uchwytów do połączeń konstrukcji drewnianych	16
3. Dach drewniane	21
3.1 Wiadomości ogólne	21
3.2. Złącza konstrukcje drewniane- dach krokwiowy	27
4. Zakończenie	30
Bibliografia	31
Spis rysunków	33
	33
	38
	39
	40
	41
	42

1. Drewno w przeszłości

Najwcześniejsze formy zamieszkania ludów pierwotnych były ściśle związane z naturą. Człowiek wyszukiwał jaskinie, w których mógł się schronić przed nieprzyjaciółmi lub surowością klimatu. Jednak jaskinie nie były na tyle liczne, aby zaspokoić narastające potrzeby ludzi. Ponadto nie zawsze znajdowały się w pobliżu miejsc zaopatrzenia w wodę i żywność, tj. głównie terenów łowieckich. W związku z tym ludzie zostali zmuszeni do budowy mieszkań.

Pierwszymi materiałami używanymi przez człowieka były połamane gałęzie drzew, być może początkowo opierane o zbocza skalne, w rodzaju jednostronnego szałasu. W okresie późniejszym ustawiano je naprzeciw siebie i wiązano szczycie wikliną, tworząc podobne do namiotów konstrukcje przykryte darniną, liśćmi lub skórą. Stopniowo drewno jako surowiec powszechnie dostępny i łatwo obrabialny stawało się oprócz kamienia podstawowym materiałem budowlanym.

Rozwój kontaktów handlowych i wojny spowodowały konieczność tworzenia sieci komunikacyjnych, z czym związana była budowa mostów, m.in. drewnianych. Znany jest np. most belkowy Pons Sublicius przez Tyber w Rzymie, zbudowany w 625 r. Za panowania cezara Trojana w 103 r. naszej ery Apollodor z Damaszku wybudował łukowy most przez Dunaj w pobliżu Żelaznych Wrót. Rozpiętość przęseł mostu była równa 35 m, szerokość podpór 18 m, długość całego mostu 1070 m. Spośród mostów drewnianych należy wspomnieć most przez Dniepr w Kijowie w 1115 r. i przez Don z 1380 r. W roku 1125 zbudowano most w Bazylei, który zdemontowano dopiero w 1908 r. Od 1333 r. stoi znany most Kapellbrucke przez rzekę Reussu w Szwajcarii, interesujący z uwagi na przekrycie i załamany w planie kształt.

Nastanie nowej ery w budownictwie XVI w. przyśpieszyły osiągnięcia w mechanice, matematyce i innych dziedzinach wiedzy. Włoscy wybitni inżynierowie tego okresu zajmowali się przede wszystkim konstrukcjami dachowymi i mostowymi większych rozpiętości. Na uwagę zasługuje konstrukcja dachowa dla Galerii Uffizi we Florencji, której projektantem był Vasari.

Z tego okresu należy przede wszystkim wymienić włoskiego architekta Andrea Palladio; zaprojektował on nowe konstrukcje mostowe i dachowe, wzorując się częściowo na pracach rzymskich budowniczych, którzy byli autorami licznych postępowych rozwiązań przekryć o rozpiętości do 20 m. Jego pierwszy most drewniany zbudowano w pobliżu Bassano przez rzekę Brenta. Była to konstrukcja rozporowo - zastrzałowa. Również według jego projektu zbudowano most przez rzekę Cismone we Włoszech.

W tym samym czasie we Francji Filip de l'Orme (1510 - 1590) prowadził doświadczenia nad konstrukcjami z pojedynczych desek. Przykładem zastosowania w praktyce tych prac jest absyda kaplicy Annonciades w Antwerpii.

Drewniane konstrukcje inżynierskie pojawiły się dopiero pod koniec XIX wieku i ich powstaniu towarzyszyły nowe typy łączników, jak śruby, sworznie, pierścienie. Konstrukcje te zaczęto stosować w licznych dziedzinach budownictwa. Spośród konstrukcji dachowych o dużych rozpiętościach należy wymienić przekrycie ujeżdżalni koni w St. Petersburgu o rozpiętości 34,2 m, zbudowane w latach 1798 - 1801. Konstrukcję tę dopiero w 1955 r. zastąpiono stalową, tak więc w eksploatacji znajdowała się przez 154 lata. Znana jest również konstrukcja dachowa byłej ujeżdżalni koni w Moskwie (obecnie hali wystawowej). Obiekt ma 151 m długości i 44,8 m rozpiętości. Przekrycie to, w owym czasie największe w Europie, wykonano w 1817 r.

Budownictwo drewniane w Polsce ma bogate tradycje. Do najstarszych zachowanych konstrukcji drewnianych należy zaliczyć gotycką więźbę dachową nad prezbiterium kościoła św. Jakuba w Toruniu, liczącą ponad 600 lat. Z budowli całkowicie drewnianych z XV w. zachowały się w całości lub znacznej części kościoły w Haczowie, Dębnie i Mikulczycach. Najwięcej zabytków budownictwa drewnianego w naturze, rysunkach i fotografiach zachowało się z XVIII i pierwszej połowy XIX w. Pod koniec XVIII i na początku XIX w. pojawiły się nowe formy konstrukcji drewnianych, a mianowicie l'Orma. Przy zastosowaniu 44 łuków tego typu przekryto budynek ujeżdżalni koni w Berlinie (rozpiętość ok. 20 m). We Francji budowniczy Emmy zaprojektował w 1819 r. inny rodzaj łuku, a w 1825 r. po raz pierwszy zastosował go przy przekryciu magazynu.

Z konstrukcji łukowych należy wymienić most przez Narew z pięcioma łukami, każdy rozpiętości 24 m. Prostotą i jasnością konstrukcyjną charakteryzował się łukowy most drogowy przez Wieprz, o rozpiętości 77 m, zbudowany w 1845 r.

Na uwagę zasługują mosty drewniane zbudowane w XIX w. w Stanach Zjednoczonych. Były to konstrukcje kratowo - belkowe systemu Longa i Towna, kratowe systemu Howe'a, łukowo - kratowe systemu Burra i Thayersa jako odniana systemu Burra. Około 1840 r. zbudowano wspaniały, jak na owe czasy, most Cascade Bridge. Budowano również mosty systemu Langera, stanowiące połączenie belki kratowej równoległej z łukiem deskowym.

W okresie międzywojennym do wykonywania konstrukcji naziemnych stosowano najczęściej kratownice lub belki pełnościenne ze środnikiem z desek krzyżujących się. Elementy kratownic łączono na wręby lub łączniki mechaniczne, jak śruby, sworznie, pierścienie gładkie i zębate oraz gwoździe. Belki o środniku z desek krzyżujących się łączonych na gwoździe stosowano w obiektach magazynowych, produkcyjnych, wystawowych, sportowych i mostowych. Jako przykład konstrukcji trójprzegubowej z segmentów łukowych ze ścianką z desek krzyżujących się może służyć most o rozpiętości 48 m.

Stosowano również konstrukcje mieszane, składające się z elementów kratowych i pełnościennych.

Spośród innych konstrukcji inżynierskich należy wspomnieć o łukach o przekroju dwuteowym z pasami z desek i ściankami z wyrzynanych bali. W łukach tych do przeniesienia sił rozwarstwiających używano klocków, pierścieni, odcinków dwuteowników itp. I ściągano cały przekrój śrubami. Stosowano również tzw. łuki Stephana, tj. łuki ze ścianką kratową z prętów krzyżujących się, poza obszarem przypodporowym, który stanowiła ścianka pełna. Łuki te przy rozpiętościach do 20 m wykonywano jako dwuprzegubowe, a przy większych - jako trójprzegubowe. W Polsce budowano również tzw. Sklepienia systemu Brody, składające się z górnej i dolnej warstwy desek rozdzielonych tzw. podłużnicami.

W Polsce po drugiej wojnie światowej rygorystyczne przepisy przeciwpożarowe i zarządzenia o oszczędności drewna spowodowały niemal całkowite zahamowanie tej formy budownictwa. Przyczynił się do tego również intensywny eksport tarcicy i związany z tym jej deficyt oraz wysoka cena na rynku wewnętrznym. Okres stagnacji w stosowaniu konstrukcji z drewna spowodował wielką szkodę; inne kraje prowadziły ciągłe prace badawcze, projektowe i wdrożeniowe. Drewno w tym okresie w Polsce stanowiło materiał uzupełniający i służyło głównie do wykonywania okien, drzwi, podłóg, więźb dachowych, deskowań i ogrodzeń.

Tymczasem po drugiej wojnie światowej nastąpiło na świecie tak znaczne ożywienie budownictwa z drewna. Nastąpił gwałtowny rozwój inżynierskich konstrukcji drewnianych i uprzemysłowionego budownictwa mieszkaniowego z materiałów na bazie drewna.

Opracowanie za granicą nowych rodzajów klejów, odpornych na czynniki atmosferyczne i inne, stworzyło nowe możliwości konstrukcyjno - technologiczne dla uruchomienia fabrycznej produkcji elementów z drewna klejonego warstwowo, stosowanych w inżynierskich konstrukcjach o zróżnicowanym przeznaczeniu, jak obiekty sportowe, handlowe i wystawowe, wieże, maszty itp.

Zakres stosowania drewna w budownictwie zagranicznym jest zróżnicowany i zależy od rodzaju budownictwa i kraju. Dla przykładu: w USA, Kanadzie i krajach skandynawskich ok. 70% budownictwa mieszkaniowego stanowią budynki drewniane, natomiast we Francji i Niemczech budownictwo z drewna stanowi zaledwie parę procent zabudowy jednorodzinnej.

Za granicą ceny drewna są stosunkowo wysokie, lecz w analizach ekonomicznych uwzględnia się całość kosztów związanych z realizacją obiektów i te analizy wypadają na ogół korzystnie dla konstrukcji drewnianych, szczególnie inżynierskich. Wpływa na to przede wszystkim lekkość, powodująca w stosunku do konstrukcji z innych materiałów mniejsze koszty transportu i montażu, niewielkie przekroje konstrukcji podtrzymujących, nieznaczne nakłady na roboty ziemne i krótki okres realizacji obiektów.

Szeroki zakres stosowania drewna w krajach rozwiniętych gospodarczo wiąże się z niewielkimi nakładami energetycznymi potrzebnymi do uzyskania tego materiału (wycięcia i obróbki surowca) i bardzo korzystnym mikroklimatem wnętrz. Przykładowo jedynie w budynkach drewnianych poziom promieniowania radioaktywnego jest niższy niż tzw. tła, czyli środowiska zewnętrznego.

Dynamiczny rozwój budownictwa z drewna ze granicą w okresie po drugiej wojnie światowej spowodował, że i w Polsce dostrzeżono rolę konstrukcji drewnianych w budownictwie. Powołano Przedsiębiorstwo Wielkowymiarowych Konstrukcji Drzewnych w Cierpicach k. Torunia, wyposażone w niemieckie linie technologiczne, oraz fabrykę budynków mieszkalnych na licencji szwedzkiej w Ciechanowie.

2. Złącza konstrukcji drewnianych

2.1. Charakterystyka złączy

Wymiary handlowe drewna są z reguły ograniczone, dlatego elementy jednolite można stosować jedynie na konstrukcje niewielkich rozpiętości, przenoszące stosunkowo nieznaczne obciążenia. W innych przypadkach stosuje się pręty złożone lub konstrukcje, np. kratowe, w których poszczególne elementy są połączone różnego rodzaju łącznikami.

Złącza w konstrukcjach drewnianych można podzielić na podatne i niepodatne. Do pierwszej grupy należą złącza z łącznikami mechanicznymi (stalowymi), jak śruby, gwoździe, płytki zębate itp., a do drugiej - złącza klejone. Klejenie pozwala na wykonywanie z desek (o ograniczonych wymiarach) konstrukcji nośnych o dużych rozpiętościach i o zróżnicowanych kształtach. Umożliwia też użycie drewna mniejszych rozmiarów i gorszej jakości przez umieszczenie go w mniej naprężonych strefach konstrukcji.

2.2. Połączenia tradycyjne

Złącza ciesielskie służą do łączenia elementów drewnianych w budowlach naziemnych i mostowych już od dawniejszych czasów. Mają one niewielką nośność, a ich wykonanie jest pracochłonne. Mimo to niektóre rodzaje złączy ciesielskich są nadal stosowane we współczesnych konstrukcjach drewnianych, zwłaszcza w wiązarach dachowych.

Złącza elementów, w których działają siły znacznie mniejsze od ich nośności, należą do konstrukcyjnych. Zalicza się do nich złącza na czopy i gniazda, nakładki proste i zamki ukośne (rys. 2.1. - 2.3.).

Rysunek 2.1. Połączenia słupów z podwaliną na czopy i gniazda

Rysunek 2.2. Połączenia zastrzałów z podwaliną na czopy i gniazda

Rysunek 2.3. Połączenia rygli pośrednich ze słupami i zastrzałami na czopy i gniazda: a), b) rygla ze słupem, c) rygla z zastrzałami

Połączenia na czopy i gniazda w nowoczesnych konstrukcjach drewnianych wykonuje się stosunkowo rzadko. Częściej występują wręby bez czopów (przy łączeniu elementów pod kątem prostym lub ukośnie). Wręby należą do najbardziej rozpowszechnionych połączeń, zarówno w budownictwie tradycyjnym przy robotach ciesielskich, jak i w tzw. konstrukcjach inżynierskich; dzielą się na:

• wręby czołowe, przenoszące obciążenie całą szerokością elementu ukośnego,

• wręby policzkowe, przenoszące obciążenie za pomocą nakładek i przekładek.

Rysunek 2.4. Połączenia słupów z oczepami na czopy i gniazda: a) słupa pośredniego z oczepem, b) słupa pośredniego z oczepem łączonym na styk, c) słupa narożnego, 1 - klamra

Rysunek 2.5. Połączenia belek w jednej płaszczyźnie: a) na nakładkę prostą, b) w jaskółczy ogon

Rysunek 2.6. Połączenia rygli na długości na nakładkę: a) prostą, b) ukośną

W połączeniach na wręby czołowe górny ściskany element opiera się częścią swej płaszczyzny czołowej o gniazdo w dolnym elemencie rozciąganym. Stosuje się wręby czołowe pojedyncze i podwójne. Wręby pojedyncze wykonuje się płaszczyzną docisku po dwusiecznej kąta rozwartego między łączonymi elementami lub pod kątem prostym do elementu ukośnego. Pierwsze rozwiązanie daje korzystne warunki pracy drewna na docisk, drugie - jest prostsze pod względem statycznym i łatwiejsze w wykonaniu.

2.3. Połączenia na klej

Do łączenia elementów z drewna i materiałów drewnopochodnych stosuje się złącza klejone klinowe, ukośne, nakładkowe i czołowe (rys. 2.7.).

Rysunek 2.7. Rodzaje złączy klejonych: a) złącze klinowe, b) ukośne, c) z nakładkami, d) czołowe

2.4. Złącza na płytki kolczaste

Najszersze zastosowanie we współczesnych konstrukcjach drewnianych za granicą mają płytki kolczaste, wykonywane z cienkiej, ocynkowanej blachy stalowej, z jednostronnie wytłoczonymi kolcami. Produkuje się trzy typy tych płytek: GN14, GN18, GN20 (rys. 2.8.). Płytki poszczególnych typów mają zróżnicowane ukształtowanie kolców i różne wymiary. Kolce są nachylone do powierzchni płytki pod kątem bliskim 90
. Długość kolców płytek wynosi 20 - 22 mm przy grubości blachy 2 mm, kolców płytek GN18 - 14 mm przy grubości blachy 1,25 mm, a kolców płytek GN14 - 10 mm przy grubości blachy 1 mm. Liczba kolców w płytce dochodzi do 880.

Rysunek 2.8. Płytka kolczasta Gang-Nail

Dźwigary wykonuje się z elementów tej samej grubości, łączonych na styk. Drewno może być strugane, ale nie jest to niezbędne. Wymiary płytek należy tak dobierać, aby siły w złączach nie przekraczały dopuszczalnych obciążeń dla poszczególnych kolców.

Płytki kolczaste mają nośność do 350 kN. Grubość blachy wynosi 1,0 - 2,0 mm, a jej granica plastyczności 240 MPa. Jest to blacha miękka o małej zawartości węgla. Stosowanie blach twardych uniemożliwiałoby wygięcie kolców pod kątem prostym.

Płytki kolczaste służą przede wszystkim do łączenia prętów w węzłach kratownic, w których umieszczone obustronnie są jednocześnie blachami węzłowymi i łącznikami, dlatego grubość łączonych elementów musi być jednakowa. Przy użyciu płytek kolczastych złącza nie wymagają dodatkowych łączników w postaci śrub ściągających lub innych.

Płytki kolczaste wciska się w drewno przy użyciu pras podwieszonych, przejezdnych lub stałych. Rodzaj pras zależy od asortymentu i wyrobów; zwykle stosuje się prasy o nacisku 300 - 550 kN.

2.5. Łączniki gwoździowane Menig

Łączniki typu Menig wykonuje się z porowatego tworzywa, w którym osadzono gwoździe (rys. 2.9.). Autorem łączników był szwajcarski inżynier W. Menig. Długość gwoździa wystającego z każdej strony płytki wynosi 10 mm. W 1 m
płytki znajduje się 20000 gwoździ, tj. po 2 na powierzchni 1 cm
. Płytki te są wprasowane w drewno łączonych elementów pod ciśnieniem 5 MPa. Nośność dopuszczalna tego połączenia wynosi 1,6 MPa.

Rysunek 2.9. Wkładki kolczaste Menig: a) widok, b) naprężenia potrzebne do wciśnięcia lub wyciągnięcia wkładek

2.6. Złącza na pierścienie zębate Geka i Bistyp

Pierścienie żeliwne Geka są to płytki grubości 3 mm, z obustronnie rozmieszczonymi kolcami (rys. 2.10. i 2.11.). Nośność ich wzdłuż i w poprzek włókien jest podobna i wynosi 10 - 33,8 kN, minimalna średnica pierścienia 50 mm, a maksymalna 115 mm.

Rysunek 2.10. Pierścień Geka

Rysunek 2.11. Przekrój złącza na pierścienie Geka,

1 - pierścień Geka, 2 - śruba ściągająca

Rysunek 2.12. Łączniki pierścieniowe Bistyp

Pierścienie można wciskać w drewno lub wbijać młotkiem, co upraszcza wykonanie konstrukcji. Przy wciskaniu lub wbijaniu pierścieni wgłębia się częściowo w drewno również płytka. Przy płytkach grubszych niż 5 mm konieczne jest dokładne frezowanie gniazd.

Łączniki pierścieniowe Bistyp wykonuje się ze stali St0S lub St3S, grubości 1,5 mm. Średnice pierścieni wynoszą 75, 100 i 120 mm. Kształt i wymiary pierścienia d = 100 mm podano na rys. 2.12. Zęby łącznika są zgięte prostopadle do jego powierzchni. Nośność łącznika zależy od jego średnicy, kierunku działania siły w stosunku do włókien i liczby łączników w jednym szeregu.

2.7. Złącza na zszywki

Zszywki służące do mocowania pierwszej warstwy płyt gipsowo - kartonowych do elementów konstrukcji drewnianej powinny odpowiadać następującym wymaganiom:

• być wykonane z drutu stalowego średnicy 1,2 mm o wytrzymałości na rozciąganie R = 600 - 800 Mpa, zabezpieczonego przed korozją przez ocynkowanie,

• kształt i wymiary zszywek powinny być zgodne z rys. 2.13.

Rysunek 2.13. Kształt i wymiary zszywek do mocowania płyt gipsowo - kartonowych a = 6,5 mm, b = 350 mm, d
= 1,34 mm, d
= 1,0 mm

Zszywki należy wbijać pistoletem z przystawką o regularnym przesuwie stopki. Wbija się je po obwodzie płyt (w słupki, belkę górną i dolną) i w linii środkowej każdego zastrzału usztywniającego, prostopadle do kierunku włókien kartonu.

Minimalna odległość zszywki od krawędzi płyty powinna wynosić 10 mm, a między zszywkami - 10 mm, maksymalny rozstaw zszywek 50 mm.

2.8. Połączenia na gwoździe

We współczesnych konstrukcjach drewnianych gwoździ używa się przede wszystkim do mocowania różnego rodzaju uchwytów stalowych, służących do łączenia fabrycznie produkowanych elementów klejonych, np. belek drugorzędnych z dźwigarami głównymi.

Gwoździe wykonuje się z drutu przeciąganego na zimno. Na konstrukcje drewniane należy stosować gwoździe o przekroju okrągłym i kwadratowym lub trójkątnym skręcanym.

Średnica gwoździa powinna wynosić 1/6 - 1/11 grubości najcieńszego z łączonych elementów. W złączach z drewna iglastego gwoździe wbija się bezpośrednio w drewno. W złączach z drewna twardego konieczne jest nawiercenie otworów o średnicy równej 0,95 średnicy gwoździa.

2.9. Połączenia na śruby i wkręty

Połączenia na śruby, szeroko stosowane w stykach i węzłach konstrukcji drewnianych, przeciwdziałają wzajemnym przesunięciom łączonych elementów, przy czym siły mogą być zmiennego znaku.

Nośność jednego cięcia śruby pracującej na zginanie i docisk przyjmuje się jako mniejszą z dwóch wartości:

• ze względu na docisk

, N,

• ze względu na zginanie

, N,

gdzie:

- współczynnik, zależny od kierunku działania siły w

stosunku do włókien. Gdy siła działa równolegle do

włókien,
= 1,0, a gdy prostopadle
= 0,7.

,
- współczynniki obliczeniowe,

d - średnica śruby, mm,

t - grubość najcieńszego z elementów złącza, mm,

m - współczynnik korekcyjny.

Wkręty składają się z główki oraz części nagwintowanej i nienagwintowanej. Stosuje się je zazwyczaj do przymocowania nakładek stalowych i innych elementów konstrukcyjnych i wyposażeniowych.

2.10. Profilowane elementy stalowe w formie kotwi,

zawiesi i uchwytów do połączeń konstrukcji drewnianych

Na rysunku 2.14. pokazano uchwyty stalowe służące do przymocowywania drewnianych belek stropowych do podciągów drewnianych i żelbetowych. Uchwyty kątowe (rys. 2.15.), produkowane przez firmę Kartro w Szwecji, można stosować bez względu na grubość drewna. Mocuje się je zawsze parami. Uchwyt wysokości 45 lub 100 mm jest wyposażony w usztywniające rowki, które wgniatają się w łączone elementy drewniane. Para uchwytów wysokości 45 mm z gwoździami wbitymi we wszystkie otwory wytrzymuje obciążenie rozrywające 1,0 kN, a wysokości 100 mm - 4,5 kN.

Rysunek 2.14. Uchwyty stalowe do łączenia belek z podciągami: a) drewnianymi, b) żelbetowymi

1 - podciąg żelbetowy, 2 - uchwyt metalowy, 3 - belka drewniana, 4 - śruba

Rysunek 2.15. Uchwyty firmy Kartro do łączenia belek pod kątem prostym: a) widok uchwytu od strony wklęsłej, b) fragment połączenia, c) widok mniejszego uchwytu (od strony wypukłej)

1 - belka główna, 2 - uchwyt, 3 - belka poprzeczna, 4 - otwory na gwoździe, 5 - wytłaczane wypukłości (rowki) zwiększające nośność i sztywność połączenia

Rysunek 2.16. Uchwyt firmy Kartro do łączenia wiązarów dachowych ze słupami szkieletu ściennego:

1 - pas górny wiązara dachowego, 2 - uchwyt metalowy, 3 - oczep, 4 - słupek ściany, 5 - pas dolny wiązara dachowego, 6 - płytka kolczasta

Na rysunku 2.16. pokazano uchwyty stalowe produkcji firmy Kartro, służące do łączenia drewnianych wiązarów dachowych ze słupkami szkieletu ściennego. Dopuszczalne obciążenie pionowe na uchwyt z gwoździami wbitymi we wszystkie otwory wynosi 2,8 kN, w szczególnym przypadku może wynosić 3,9 kN. Jeżeli zastosuje się uchwyt z obu stron, obciążenie to może być dwukrotnie większe.

Firma HVV Verbinder - Vertrieb w Kiel produkuje uchwyty stalowe do połączeń krokwi z belkami stropowymi w węzłach podporowych wiązarów krokwiowych i jętkowych (rys. 2.17.).

Rysunek 2.17. Uchwyty do łączenia krokwi ze stropami: a) drewnianymi, b) żelbetowymi

1 - krokiew, 2 - belka stropowa, 3 - uchwyt metalowy, 4 - gwoździe, 5 - śruba, 6 - wieniec żelbetowy

Rysunek 2.18. Uchwyty hakowe do łączenia belek i słupów konstrukcji szkieletowych: a) rygla ze słupem skrajnym, b) dwóch rygli ze słupem pośrednim, c) czterech rygli ze słupem wewnętrznym

Na rysunku 2.18. pokazano uchwyty stalowe w formie zawiesi hakowych opatentowane w Niemczech, służące jako łączniki do przymocowania belek do słupów w budynkach o szkieletowej konstrukcji drewnianej.

Rysunek 2.19. Uchwyty stalowe do łączenia belek ze słupami za pomocą gwoździ

Uchwyty stalowe do połączeń podciągów ze słupami pokazano na rys. 2.19., a na rys. 2.20. - różne rodzaje uchwytów stalowych do połączeń elementów więźby dachowej.

Sposoby łączenia belek ze pomocą śrub, pierścieni i poprzecznych prętów stalowych z nagwintowanymi otworami pokazano na rys. 2.21. Pierścienie służą do przeniesienia reakcji podporowych z belek drugorzędnych na dźwigary główne (podciągi). Połączenie następuje przez wkręcenie śrub w nagwintowane otwory poprzecznych prętów stalowych długości równej szerokości belek drugorzędnych.

Rysunek 2.20. Uchwyty stalowe do łączenia elementów więźby dachowej

Rysunek 2.21. Połączenia belek za pomocą śrub, pierścieni i prętów stalowych z nagwintowanymi otworami

1 - podciąg, 2 - belka, 3 - pierścień, 4 - śruba, 5 - poprzeczka z

nagwintowanym otworem

3. Klejone konstrukcje belkowe

3.1. Belki klejone jednoprzęsłowe

Belki klejone dla przekryć w obiektach budownictwa mieszkaniowego i ogólnego przy rozpiętościach 3 - 7 m, można projektować o przekroju dwuteowym ze środkiem z desek na rąb. Zaleca się przekroje poprzeczne belek wg rys. 3.1. (c, d, e, f).

Rysunek 3.1. Belki klejone o środku z desek na rąb: a) widok z boku, b) rzut z góry, c) ze środnikiem pojedynczym, d), f) ze środnikiem podwójnym

1 - styk środnika, 2 - styk do czoła półki górnej, 3 - styk skośny lub klinowy półki dolnej,

4 - powierzchnie klejone między deskami środnika, 5 - nakładka

Belki ze środnikiem z jednej deski powinno się wzmacniać w częściach przypodporowych nakładkami długości 15 δ (δ - grubość środnika). Zalecana wysokość belek - 1/12 - 1/18 rozpiętości. Połączenie pasa górnego można wykonać do czoła, wzmacniając je jednostronnymi nakładkami grubości powyżej 30 mm i długości 250 mm lub bez nakładek jako styk ukośny albo złącze klinowe. Połączenie środnika z jednej deski pokazano na rys. 19a. Jeżeli środnik wykonany jest z dwu desek, to skleja się je tylko na podporze i w miejscu połączeń poszczególnych desek, nanosząc klej na odcinkach 2x15δ po obu stronach styku (rys. 3.1.b). Pasy dolne łączy się na złącza klinowe lub styki ukośne. Wszystkie styki należy umieszczać tylko w skrajnych strefach, w odległości nie większej niż 1/3 rozpiętości. Odległość między stykami pasów i środnika nie powinna być mniejsza od 20 δ. Przy większych rozpiętościach stosuje się belki z desek klejonych warstwowo; mogą one mieć przekrój stały lub zmienny na długości.

Belki klejone warstwowo wykonuje się z desek szerokości do 180 mm, a belki większej szerokości - z desek sklejanych krawędziami bocznymi, z mijankowym usytuowaniem tych styków na wysokości tak, aby w sąsiednich warstwach deski były przesunięte o minimum 40 mm i nie mniej niż podwójną grubość tarcicy. Dopuszcza się użycie tarcicy szerszej od 200 mm, stosując po obu stronach nacięcia szerokości 2,5 mm, głębokości 1/5 - 1/6 grubości i o rozstawie nacięć równym 0,4 szerokości deski (rys. 3.2.).

Rysunek 3.2. Elementy konstrukcyjne o dużej szerokości przekroju poprzecznego: a) rozmieszczanie styków, b) usytuowanie nacięć

W ogólnym przypadku belki z desek klejonych warstwowo mogą mieć bardziej złożone przekroje niż prostokąty (rys. 3.3.). W celu ochrony belek w czasie montażu i eksploatacji przed opadami atmosferycznymi do górnej krawędzi belek zaleca się przybicie deski impregnowanej wgłębnie grubości większej od 25 mm i szerokości przewyższającej szerokość belek o 50 - 60 mm.

Rysunek. 3.3. Przekroje poprzeczne belek klejonych warstwowo

Belki warstwowo klejone o przekroju skrzynkowym stosuje się zazwyczaj w budownictwie mostowym. Belki o przekroju dwuteowym i skrzynkowym są kłopotliwe w wykonaniu, w związku z czym zakres ich użycia jest ograniczony.

Przy dużych stosunkach h/b, tj. smukłych przekrojach, należy obliczać belkę z uwzględnieniem stateczności płaskiej postaci zginania. Wymagania dotyczące zapewnienia ogólnej stateczności belek zależą od smukłości przekroju i są następujące:

h/b = 2 - 3 - końce belek należy usztywnić śrubami i kątownikami

h/b = 3 - 4 - końce belek powinny leżeć na jednej linii i być

usztywnione śrubami i kątownikami

h/b = 5 - 6 - belki powinny mieć usztywnienia rozmieszczone co

2 - 2,5 m. Rolę takich usztywnień mogą również

pełnić belki drugorzędne.

h/b = 6 - 7 - obie krawędzie belek powinny być przymocowane

gwoździami do wyżej położonej konstrukcji. Stosuje się ponadto pionowe usztywnienia o wysokości nie mniejszej od 0,6 wysokości przekroju belki. Rolę takich usztywnień mogą również pełnić belki drugorzędne.

Zakres stosowania belek klejonych jest stosunkowo szeroki: oprócz belek głównych i drugorzędnych przekryć obiektów budownictwa przemysłowego, rolniczego i ogólnego (tam gdzie rozpiętości lub obciążenia nie pozwalają zastosować przekrojów jednolitych), mogą być również przęsłami mostów.

Niekiedy belkom nadaje się duże początkowe wygięcie, a podpory umieszcza się na różnych wysokościach (rys. 3.4.). Wówczas belki oblicza się z uwzględnieniem sił podłużnych.

Rysunek 3.4. Belka klejona warstwowo o kształtach specjalnych

W belkach o kształtach krzywoliniowych należy brać pod uwagę siły rozciągające w kierunku poprzecznym, w wyniku których mogą wystąpić podłużne pęknięcia, i przewidywać sposoby ich uniknięcia. Ważny jest sposób oparcia belek na podporach. Konstrukcja tych połączeń zależy od przekazanych obciążeń, wymiarów przekroju poprzecznego i sposobów podparcia - przegubowego lub sztywnego.

Na rysunku 3.5.a. pokazano oparcie klejonej belki drewnianej na słupie żelbetowym takiej samej szerokości co belka. Usztywnienie w kierunku prostopadłym do płaszczyzny belki uzyskano przez umieszczenie w nacięciu belki teownika stalowego połączonego z nią śrubami. Teownik przyspawano do płyty podporowej zakotwionej w słupie za pomocą kształtownika stalowego (również teownika) zabetonowanego w osi słupa. Górny otwór w teowniku jest owalny, aby umożliwić swobodny obrót belki na podporze.

Rysunek 3.5. Oparcie belek klejonych na słupach tej samej szerokości co belki: a) żelbetowych, b) stalowych, c) drewnianych

1 - słup żelbetowy, 2 - belka klejona, 3 - teownik stalowy, 4 - śruba, 5 - dwuteownik stalowy, 6 - płyta stalowa, 7 - płytka stalowa

Na rysunku 3.5.b. przedstawiono oparcie klejonej belki drewnianej na słupie stalowym takiej samej szerokości co belka. Usztywnienie w kierunku prostopadłym do płaszczyzny belki uzyskano, podobnie jak poprzednio, przez pionowe nacięcia w osi belki, w które wpuszczono element stalowy. W tym przypadku teownik stalowy uzyskano odcinając połowę dwuteownika na odcinku równym wysokości przekroju belki. W celu zwiększenia powierzchni docisku przyspawano podkładkę stalową stanowiącą podporę belki.

Na rysunku 3.5.c. przedstawiono oparcie klejonej belki drewnianej na słupie, również drewnianym, takiej samej szerokości co belka. W belce i słupie wycięto bruzdę, w której umieszczono środnik teownika połączonego z nimi za pomocą śrub. Podobnie jak poprzednio, otwór na śrubę w teowniku powinien być owalny dla zapewnienia belce swobodnego podparcia. Połączenie to wzmacnia dodatkowo płytka stalowa.

Na rysunku 3.6.a. pokazano oparcie belki klejonej na słupie żelbetowym, którego szerokość jest znacznie większa od szerokości belki. W tym przypadku można wykonać gniazdo ślepe lub przechodzące na wylot, w którym umieszcza się belkę i łączy ze słupem za pomocą śrub.

Na rysunku 3.6.b. przedstawiono połączenie Belski z drewnianym słupem dwugałęziowym. Belka opiera się na wycięciach (wrębach) w obu gałęziach pręta i jest z nim połączona śrubami.

Na rysunku 3.6.c. pokazano połączenie belek klejonych na żelbetowym słupie pośrednim szerokości większej niż szerokość belek. Belki spoczywają w przechodzącym na wylot gnieździe. W miejscu oparcia belek umieszczono podkładki stalowe. Belki ze słupami połączono śrubami.

We wszystkich przypadkach rys. 3.6. zastosowano przy śrubach górnych otwory owalne, analogicznie jak poprzednio, z tą różnicą, że poprzednio otwory owalne wycięto w elementach stalowych, a tutaj - w belkach. Zostało to podyktowane zapewnieniem swobody obrotu belek na podporach, wynikającej z przyjętego schematu statycznego.

Rysunek 3.6. Oparcie belek klejonych na słupach większej szerokości niż belki: a) na skrajnym słupie żelbetowym, b) na skrajnym słupie drewnianym, c) na pośrednim słupie żelbetowym

1 - słup żelbetowy, 2 - belka klejona, 3 - śruba, 4 - owalny otwór, 5 - słup drewniany dwugałęziowy, 6 - pośredni słup żelbetowy, 7 - płyta stalowa, 8 - kotew

3.2. Belki klejone wieloprzęsłowe

Jednym z bardziej racjonalnych sposobów przekrywania budynków wielotraktowych jest stosowanie statycznie wyznaczalnych układów wspornikowo - belkowych. Statyczną wyznaczalność osiąga się dzięki przegubom w liczbie równej liczbie podpór pośrednich (rys. 3.7.). Statyczna wyznaczalność układów wspornikowo - belkowych pozwala projektantowi rozmieszczać przeguby w różnych miejscach w celu wyrównania momentów zginających i ugięć.

Rysunek 3.7. Schematy belek ciągłych przegubowych

Przy projektowaniu belek klejonych wieloprzęsłowych należy kierować się następującymi zaleceniami:

• rozstaw belek 2 - 7 m,

• rozpiętość belek 10 - 30 m,

• wysokość przekroju w przęśle 1/24 l,

• wysokość przekroju na podporze 1/16 l,

• nachylenie połaci na podporze 1:8.

Podpory belek wieloprzęsłowych można umieszczać zarówno na jednym, jak i różnych poziomach.

Ustroje wspornikowo - belkowe składają się z oddzielnych belek połączonych przegubami (rys. 3.8.). Przeguby konstruuje się stosując obejmy lub wkładki z płaskowników stalowych.

Rysunek 3.8. Konstrukcja przegubów belek ciągłych

1 - belka klejona, 2 - chomąto stalowe, 3 - ceownik, 4 - płaskownik, 5 - śruba, 6 - wkręt

Na rysunku 3.8.a. pokazano przegub w postaci ukośnej obejmy stalowej, której jedna część jest przymocowana do wspornika, a druga stanowi podporę belki pośredniej. Górna lub dolna część obejmy może być rozbudowana w celu umieszczenia łączników przejmujących nieznaczne siły rozciągające (rys. 3.8.b.). Rozbudowanie górnej części obejmy zmniejsza jednak swobodę obrotu w przegubie.

Przy występowaniu sił rozciągających, przegub należy skonstruować wg rys. 3.8.c.

Przy połączeniach wg rys. 3.8.d. należy wykluczyć poprzeczne rozciąganie spoin, umieszczając podkładki pod śruby u dołu belki podwieszanej i u góry części wspornikowej. Korzystniejszy jest jeden rząd śrub, ponieważ dwa rzędy zmniejszają przegubowość połączenia. Liczba śrub zależy od reakcji przekazywanych przez belkę wspornikową.

Połączenie może być także rozwiązane w postaci przegubu z płaskownika (rys. 3.8. e, f), umieszczonego w nacięciach belek i połączonego z nimi śrubami.

W belkach ciągłych, w przekrojach położonych w miejscu podpór pośrednich i w ich pobliżu, ściskanie występuje w dolnej strefie belek. W celu zapewnienia stateczności przekroju takich belek i belek jednoprzęsłowych o smukłym przekroju, usztywnienia przymocowuje się nie tylko do górnej, lecz i do dolnej części przekroju.

3.3. Ruszty belkowe

Ruszty belkowe można łączyć pod różnymi kątami. Różnorodne ich rozmieszczenie w rzucie pozwala stosować ruszty w przykryciach obiektów o różnym przeznaczeniu i układzie. Kąt między krzyżującymi się elementami przyjmuje się równy 90
, 60
lub 45
.

Przy sztywnym połączeniu belek powstaje układ wielokrotnie statycznie niewyznaczalny. Działające siły określa się dla dwóch lub trzech kierunków. W tej postaci ruszt można zaliczyć do konstrukcji przestrzennych z regularnie krzyżujących się elementów. Zwiększa to nieco trudności wykonania, ale zmniejsza zużycie drewna.

Odkształcalność wielokrotnie statycznie niewyznaczalnego rusztu jest niewielka i nie wpływa na wymiary belek. Jednakże ugięcie może być niedopuszczalnie duże ze względu na podatność łączników, należy więc nadać konstrukcji odwrotną strzałkę. Skręcanie należy uwzględnić przy niesymetrycznym obciążeniu belek, w tym belki skrajnej. Słupy można ustawić tak, aby ruszt belkowy był podparty na obwodzie lub wypuszczeniem wsporników.

Przy sztywnym połączeniu belek w węzłach rozstawy między nimi powinno się przyjąć równe 2,4 - 7,2 m. Krzyżującymi się belkami zaleca się przekrywać rozpiętości 12 - 24 m. Wysokość przekroju belek powinna wynosić 1/16 - 1/30 przekrywanej rozpiętości.

Ogólną stateczność układu krzyżujących się belek zapewnia się przez poszycie, którego deski w przyległych przedziałach zaleca się umieszczać prostopadle. Jeśli odległość między punktami krzyżujących się belek jest większa od 2,5 m, to stosuje się belki drugorzędne, które można umieszczać w płaszczyźnie belek głównych lub łączyć z nimi „piętrowo”, tzn. opierać na nich.

Belki drugorzędne mogą tworzyć w planie siatki prostokątne lub trójkątne. W tym ostatnim przypadku uzyskuje się niezbędną sztywność przekrycia na obciążenia poziome.

3.4. Belki klejone wzmocnione stalowymi cięgnami zewnętrznymi

Gdy rozpiętość między podporami jest znaczna, celowe są wzmocnienia, które podpierają belkę w jednym lub kilku miejscach za pośrednictwem słupków (rys. 3.9.). Belki wykonuje się zazwyczaj z drewna klejonego warstwowo, cięgna ze stali okrągłej, słupki z drewna jednolitego lub klejonego, a niekiedy z profili stalowych. Naciąg cięgien uzyskuje się przez dokręcanie nakrętek w węzłach podporowych lub śruby rzymskiej w przęśle środkowym. Prostsze układy mają kształt trójkątny lub trapezowy z jednym lub dwoma słupkami. Przy większych rozpiętościach można zwiększyć liczbę słupków lub zastosować konstrukcje o innej geometrii, jak układy trapezowe z dwoma słupkami i przegubem w węźle kalenicowym lub z ciągłym pasem górnym o przekroju zmiennym.

Rysunek 3.9. Schematy belek klejonych wzmocnionych cięgnami stalowymi

Rysunek 3.10. Przykładowa konstrukcja belki wzmocnionej cięgnem stalowym

Na rysunku 3.10. przedstawiono przykładową konstrukcję belki drewnianej wzmocnionej cięgnem podpierającym belkę za pomocą dwóch słupków drewnianych.

4. Projektowanie budynków halowych

4.1. Ogólna charakterystyka budynków halowych

Budynki halowe są na ogół jednokondygnacyjne; konstrukcję ich kształtuje się tak, aby uzyskać przestrzenne wnętrze, ograniczając do minimum liczbę podpór wewnętrznych, a więc tworząc obiekty o dużych rozpiętościach.

Kształt bryły budynków halowych i ich konstrukcja zależy w dużej mierze od przeznaczenia i wymagań funkcjonalnych. Z uwagi na przeznaczenie budynki te można podzielić na obiekty przemysłowe, inwentarskie i użyteczności publicznej.

Na kształtowanie przestrzenne bryły i wnętrza budynków przemysłowych wpływa wiele czynników, spośród których najważniejszymi są: schemat procesu technologicznego, w którym rozróżnia się jednokierunkowy i wielokierunkowy przebieg produkcji, wymiary gabarytowe maszyn i urządzeń, rodzaj transportu wewnętrznego, rodzaj produkcji i związane z nim wymagania w zakresie oświetlenia, temperatury, klimatyzacji itp.

Na kształtowanie przestrzenne budynków produkcyjnych w dużym stopniu wpływa wymagane natężenie oświetlenia. W niewielkich halach parterowych typu pawilonowego wystarcza zazwyczaj oświetlenie boczne. W halach wielonawowych są potrzebne bardziej skomplikowane sposoby oświetlenia, np. przez podwyższenie wysokości co drugiej nawy lub umieszczenie świetlików. W procesach produkcyjnych z intensywnym wydzielaniem gazów lub pary wodnej trzeba stosować wywietrzniki w połaciach dachowych.

W halach nieprodukcyjnych, np. w magazynach towarów i surowców, wymagania w zakresie oświetlenia nie mają zazwyczaj istotnego znaczenia i nie wpływają na kształtowanie bryły i wnętrza budynku.

Rysunek 4.1. Kształtowanie hal z uwagi na oświetlenie wnętrza

Przy projektowaniu obiektów halowych budownictwa inwentarskiego dużą rolę odgrywają zagadnienia cieplno - wilgotnościowe, które można sprowadzić do dwóch zasadniczych, związanych ze sobą, tj. ochrony cieplnej, którą mają zapewnić przegrody budynku, i zakłóceń, powodowanych przez nadmiar pary wodnej, znajdującej się w pomieszczeniach dla zwierząt. Materiał na elementy budynku należy starannie dobrać, szczególnie pod względem przewodzenia ciepła i pary wodnej, szybkości wysychania i sorpcyjności. Według doświadczeń krajów skandynawskich najlepszym materiałem dla budownictwa inwentarskiego jest drewno. W drewnianych budynkach inwentarskich panuje najkorzystniejszy mikroklimat dla zwierząt, co daje najlepsze wskaźniki hodowlane.

W obiektach użyteczności publicznej o kształcie bryły i wnętrza decydują założenia funkcjonalne i użytkowe. Budynki halowe z drewna są szeroko stosowane, szczególnie w obiektach dużej rozpiętości, takich jak hale sportowe i targowe, pawilony wystawowe itp.

Najważniejszą część budynków halowych lub ich przekryć stanowią konstrukcje nośne. Przejmują one i przekazują na fundament obciążenia atmosferyczne, obciążenia technologiczne, np. od wyposażenia i transportu, oraz obciążenia ciężarem własnym elementów budynku.

Konstrukcje przekryć dzielą się na:

• belkowo jedno- i wieloprzęsłowe,

• rusztowe,

• kratowe,

• trójkątne trójprzegubowe i belkowo - cięgnowe,

• łukowe,

• ramowe.

Rysunek 4.2. Konstrukcje przekryć - belkowe

Rysunek 4.3. Konstrukcje przekryć - rusztowe

Rysunek 4.4. Konstrukcje przekryć - mieszane

Rysunek 4.5. Konstrukcje przekryć - mieszane

Rysunek 4.6. Konstrukcje przekryć trójkątnych trójprzegubowych

Rysunek 4.7. Konstrukcje przekryć - łukowe

Rysunek 4.8. Konstrukcje przekryć - kratowe

Rysunek 4.9. Konstrukcje przekryć - ramowe

Rozstaw głównych elementów konstrukcji nośnych zależy od rodzaju obudowy. Przy prefabrykowanych elementach płytowych lekkiej obudowy odpowiada on modularnym wymiarom stosowanym w budownictwie przemysłowym, najczęściej 6,0 lub 3,0 m.

Nośne konstrukcje przekrycia w postaci belek, ram, łuków i układów trójkątnych trójprzegubowych ze ściągami mogą opierać się na ścianach, które spełniają jednocześnie funkcje odgradzające i nośne, przekazując obciążenia na fundament. Są to ściany murowane z pilastrami lub ściany o konstrukcji szkieletowej ze słupami żelbetowymi lub stalowymi. W pozostałych przypadkach szkielet nośny budynku przekazuje obciążenia bezpośrednio na fundamenty. Szkielet może być w pełni drewniany lub złożony, gdy część elementów jest z drewna, a część ze stali. W specjalnych warunkach, np. agresji chemicznej, elementy konstrukcji nośnych, takie jak przeguby, mogą być wykonane z mas plastycznych wysokiej wytrzymałości, np. zbrojonych włóknem szklanym.

Stężenia są ważnym elementem zabezpieczającym stateczność budynku jako całości i pojedynczych jego elementów. Stężenie przenoszą obciążenia w kierunku podłużnym budynku, jak wiatr, siły hamowania suwnic i inne występujące w czasie wznoszenia i eksploatacji budynku.

4.2. Przekrycia budynków halowych konstrukcjami belkowymi

Na rysunku 4.10. pokazano halę z dźwigarami głównymi, których krawędzie górne i dolne mają kształt trapezowy dwuspadowy.

Rysunek 4.10. Hala z dwuspadowym ryglem klejonym

Rysunek 4.11. Hala ze słupami w kształcie litery V

Na rysunku 4.11. przedstawiono halę przekrytą dźwigarami o przekroju stałym na długości. W celu przejęcia sił poziomych, zamiast zamocowania słupów w fundamentach, zastosowano słup rozwidlony w kształcie litery V.

4.3. Przekrycia budynków halowych konstrukcjami trójprzegubowymi o kształtach trójkątnych lub wielokątnych

Na konstrukcje nośne trójprzegubowe stosuje się najczęściej belki z desek klejonych na płask. Belki jednolite z uwagi na ograniczone wymiary nadają się tylko do przekryć niewielkich rozpiętości.

Układy trójprzegubowe oparte na ściankach lub słupach muszą mieć ściągi, aby zapobiec przekazywaniu na ściany sił poziomych od reakcji rozporowych.

Ściągi układów trójprzegubowych wykonuje się zazwyczaj ze stali o przekroju okrągłym lub profili stalowych. Ściągi z drewna klejonego warstwowo podwyższają sztywność montażową ustrojów nośnych, odporność przeciw korozji i stopień bezpieczeństwa pożarowego. Przy sklejaniu ściągów należy wyeliminować odcinki desek z poważniejszymi wadami. W ten sposób gwarantuje się pewność ich pracy na rozciąganie.

Trójkątne trójprzegubowe ustroje nośne charakteryzują się prostotą wykonawstwa - nie wymagają wyginana desek przy sklejaniu. Wymagają jednak większego zużycia drewna niż łuki trójprzegubowe, ponieważ w ich pasach powstają znaczne momenty zginające. Połączenie belek w węźle kalenicowym i na podporach wykonuje się z zasady z pewnym mimośrodem względem ich rzeczywistej osi. Dzięki temu mimośrodowi siły podłużne wywołują moment zginający odwrotnego znaku, zmniejszający moment od równomiernie rozłożonych obciążeń pionowych.

Rysunek 4.12. Trójprzegubowa konstrukcja belkowa ze ściągiem

Na rysunku 4.12. pokazano przekrycie hali magazynowej w Gdyni. Główną konstrukcję nośną stanowią dźwigary trójkątne trójprzegubowe o rozpiętości 60 m, z belek klejonych połączonych w środku rozpiętości przegubem kalenicowym. Siły poziome są przeniesione przez ściągi stalowe podwieszone do konstrukcji na cięgnach również ze stali.

4.4. Przekrycia budynków halowych konstrukcjami łukowymi

Łukowy kształt konstrukcji budowlanych jest najbardziej racjonalny i ekonomicznie uzasadniony, ponieważ momenty zginające od obciążeń zewnętrznych są niewielkie, a w szczególnych przypadkach, np. w łukach o kształtach paraboli drugiego stopnia obciążonych równomiernie, mogą być równe zeru.

Ze względu na kształt przekrycia łukowe obiektów halowych dzielą się najczęściej na kołowe i paraboliczne. Stosuje się je w obiektach budownictwa ogólnego, przemysłowego, rolniczego i sportowego. W konstrukcjach tradycyjnych łuki są gwoździowane ze ścianką z krzyżujących się desek lub kratowe segmentowe. We współczesnym budownictwie stosuje się niemal wyłącznie łuki z desek klejonych warstwowo, a w razie niewielkich rozpiętości i obciążeń - również lekkie łuki o przekroju dwuteowym lub skrzynkowym, o pasach z drewna i ściankach ze sklejki.

Łuki klejone wykonuje się z desek grubości 25 - 40 mm, przy czym grubość pojedynczej deski nie powinna przekraczać 1/500 promienia krzywizny łuku. Na ściąg łuku używa się zwykle prętów stalowych o przekroju okrągłym, a przy większych rozpiętościach - stali kształtowej.

W łukach dwuprzegubowych ze ściągiem, gdy nie można go regulować, mogą powstać dodatkowe naprężenia. Wówczas w ściągu umieszcza się nakrętki rzymskie, umożliwiające taką regulację. W łukach trójprzegubowych nakrętki są zbędne, ponieważ pojawieniu się takich naprężeń zapobiega trzeci przegub.

4.5. Hale o konstrukcji ramowej

Ramy stanowią jedne z najbardziej rozpowszechnionych konstrukcji drewnianych, gdyż łatwo je wkomponować w przekrój poprzeczny większości budynków przemysłowych i obiektów budownictwa ogólnego. Obecność słupów pozwala na wykonanie pionowych ścian zewnętrznych, a wymagany kąt nachylenia połaci dachu można uzyskać przez odpowiednie nachylenie rygla.

Główną cechą ram o schemacie dwuprzegubowym i trójprzegubowym są znaczne momenty zginające w miejscu styku rygla ze słupem, do przejęcia których są potrzebne specjalne złącza węzłowe. Sztywne połączenie rygla ze słupami znacznie zmniejsza moment zginający w ryglu i zwiększa sztywność poprzeczną i stateczność. Ramy drewniane są zwykle jednoprzęsłowe rozpiętości 12 - 30 m (w rozwiązaniach zagranicznych rozpiętości do 60 m).

Klasyfikację ram można przeprowadzić wg różnych parametrów. Z uwagi na schemat statyczny ramy są statycznie wyznaczalne, np. trójprzegubowe, i statycznie niewyznaczalne, np. dwuprzegubowe ze słupami sztywno lub przegubowo zamocowanymi.

Ramy z drewna warstwowo klejonego mają z zasady przekrój prostokątny o zmiennej wysokości na długości. Ramy z drewna i sklejki są lżejsze, lecz trudniejsze w wykonaniu i mniej ognioodporne. W ramach dwuprzegubowych ze sztywno lub przegubowo zamocowanymi słupami rolę rygli odgrywają belki, kratownice lub łuki ze ściągami. Słupy takich ram mogą być kratowe lub pełne.

4.6. Hale przekryte kopułami drewnianymi

Przekrycia w formie kopuł należą do najwygodniejszych form konstrukcyjnych i charakteryzują się niewielkim zużyciem materiału. Są powszechnie stosowane w budownictwie miejskim jako przekrycia stałych cyrków, planetariów, sal wystawowych, a w budownictwie przemysłowym - w obiektach o kształtach okrągłych i wielokątnych w planie, np. w magazynach materiałów sypkich. Przy wyborze kształtu kopuły uwzględnia się wymagania architektoniczne i technologiczne, typizację elementów, prostotę wykonania i montażu, trwałość konstrukcji i łatwość konserwacji. Najczęściej stosuje się kopuły żebrowe lub siatkowe.

Rysunek 4.13. Schemat kopuły żebrowej

- 1 -

---