Kovové konstrukce

Kovový vazník je soustava tyčí (obvykle rovných), které jsou vzájemně spojeny v uzlech a tvoří geometricky neměnnou konstrukci.

Pokud je zatížení aplikováno v uzlech a osy příhradových prvků se protínají v jednom bodě (středu uzlu), pak tuhost uzlů významně neovlivňuje provoz konstrukce a ve většině případů mohou být považovány za sklopné. Pak na všechny pruty vazníku působí pouze axiální síly (tah nebo tlak). Díky tomu se kov ve vaznících používá efektivněji než v trámech a jsou ekonomičtější než trámy z hlediska spotřeby materiálu, ale jsou pracnější na výrobu, protože mají velké množství dílů. S nárůstem překrývajících se rozpětí a snížením zatížení se zvyšuje účinnost vazníků ve srovnání s plnostěnnými nosníky.

Ocelové vazníky se rozšířily v mnoha oblastech stavebnictví: v krytinách a podlahách průmyslových a občanských budov, mosty, podpěry elektrického vedení, komunikační zařízení, televizní a rozhlasové vysílání (věže, stožáry), dopravníkové galerie, hydraulické ventily, zvedací jeřáby atd. .

Vazníky mohou být ploché (všechny pruty leží ve stejné rovině) a prostorové.

Ploché vazníky mohou nést pouze zatížení působící v jejich rovině a je třeba je zajistit ze své roviny táhly nebo jinými prvky. Prostorové vazníky tvoří tuhý prostorový nosník schopný absorbovat zatížení působící v libovolném směru. Každá plocha takového nosníku je plochý vazník. Příkladem vesmírného paprsku je věžová konstrukce.

Hlavními prvky vazníků jsou pásy, které tvoří obrys krovu, a mříž sestávající z výztuh a sloupků.
Vzdálenost mezi uzly pásu se nazývá panel (d), vzdálenost mezi podpěrami se nazývá rozpětí (l), vzdálenost mezi osami (nebo vnějšími okraji) pásů je výška vazníku (h _ф ).

Příhradové pásy působí převážně na podélné síly a momenty (podobně jako pásy plných nosníků); mříž vazníků zachycuje především příčné síly, plní funkci stěny spojitého nosníku.

Spojení prvků v uzlech se provádí přímým připojením jednoho prvku k druhému nebo pomocí uzlových vyztužení. Aby příhradové pruty působily převážně na osové síly a vliv momentů mohl být zanedbaný, měly by být příhradové prvky vystředěny podle os procházejících těžišti.

V závislosti na účelu, architektonických požadavcích a vzoru aplikace zatížení mohou mít vazníky širokou škálu konstrukčních forem. Lze je klasifikovat podle následujících charakteristik: statické schéma, obrys pásů, příhradový systém, způsob spojování prvků v uzlech, velikost síly v prvcích.

Podle statického schématu jsou vazníky: trámové (dělené, průběžné, konzolové), obloukové, rámové a lanové.
Systémy dělených nosníků jsou nejrozšířenější u střech budov, mostů, dopravníkových galerií a dalších podobných konstrukcí. Snadno se vyrábějí a instalují, nevyžadují instalaci složitých podpůrných jednotek, ale jsou velmi náročné na kov. U velkých rozponů (více než 40 m) se dělené vazníky ukazují jako předimenzované a musí být při montáži sestaveny ze samostatných prvků. Když je počet překrývajících se polí dva nebo více, použijí se spojité vazníky. Jsou hospodárnější z hlediska spotřeby kovu a mají větší tuhost, což umožňuje snížit jejich výšku. Ale jako u všech vnějších staticky neurčitých systémů, i u spojitých vazníků vznikají dodatečné síly, když podpěry sedají, takže jejich použití na slabých sesedacích základech se nedoporučuje. Potřeba vytvořit kontinuitu navíc komplikuje instalaci takových konstrukcí. Konzolové vazníky se používají pro přístřešky, věže a podpěry nadzemního elektrického vedení. Rámové systémy jsou ekonomické z hlediska spotřeby oceli, mají menší rozměry, ale jsou složitější při montáži. Jejich použití je racionální pro budovy s dlouhým rozpětím. Použití obloukových systémů, i když šetří ocel, vede ke zvětšení objemu místnosti a povrchu obvodových konstrukcí. Jejich použití je dáno především architektonickými požadavky. U lanových vazníků pracují všechny tyče pouze v tahu a mohou být vyrobeny z pružných prvků, jako jsou ocelová lana. Napětí všech prvků takových vazníků je dosaženo výběrem obrysu tětiv a mřížky, jakož i vytvořením předpětí. Práce pouze v tahu umožňuje plně využít vlastnosti vysoké pevnosti oceli, protože problémy se stabilitou jsou eliminovány. Kabelové vazníky jsou racionální pro podlahy s dlouhým rozpětím a mosty. Mezi příhradovým vazníkem a plným nosníkem jsou kombinované systémy sestávající z nosníku vyztuženého zespodu sprengelem nebo vzpěrami, nebo shora obloukem. Výztužné prvky snižují ohybový moment v nosníku a zvyšují tuhost systému. Kombinované systémy jsou snadno vyrobitelné (vzhledem k menšímu počtu prvků) a jsou účinné v těžkých konstrukcích i v konstrukcích s pohyblivým zatížením. Velmi efektivní je použití kombinovaných systémů při zpevňování konstrukcí, např. vyztužení trámu při nedostatečné nosnosti, s vazníkem nebo vzpěrami.

Podle obrysu pásnic se vazníky dělí na segmentové, polygonální, lichoběžníkové, s paralelními pásnicemi a trojúhelníkové.

Obrys příhradových pásů do značné míry určuje jejich účinnost. Teoreticky nejekonomičtější z hlediska spotřeby oceli je vazník narýsovaný podle momentového diagramu. U jednopolového nosníkového systému s rovnoměrně rozloženým zatížením by se jednalo o segmentový parabolický pásnicový vazník. Křivočarý obrys pásu však zvyšuje složitost výroby, takže takové vazníky se v současnosti prakticky nepoužívají.

Přijatelnější je polygonální obrys s lomem pásu v každém uzlu. Odpovídá poměrně přesně parabolickému obrysu momentového diagramu a nevyžaduje výrobu křivočarých prvků. Takové vazníky se někdy používají k pokrytí velkých rozpětí a v mostech, tzn. v konstrukcích dodávaných na stavbu „volně“ (z jednotlivých prvků). Pro nátěry vazníků běžných budov, dodávaných k montáži zpravidla ve formě zvětšených zasílacích prvků, se vzhledem ke složitosti výroby tyto vazníky v současnosti nepoužívají. Najdete je pouze ve starých budovách postavených před 50. lety.
Lichoběžníkové vazníky, i když přesně neodpovídají momentovému diagramu, mají konstrukční výhody, především díky zjednodušení uzlů. Kromě toho použití takových vazníků v povlaku umožňuje zkonstruovat tuhou rámovou sestavu, která zvyšuje tuhost rámu.

Příhradové nosníky s paralelními pásy nejsou ve svém obrysu ani zdaleka momentovým diagramem a staly se z hlediska spotřeby neekonomické. Stejné délky příhradových prvků, stejné rozložení uzlů, nejvyšší opakovatelnost prvků a dílů a možnost jejich sjednocení však přispívají k industrializaci jejich výroby. Díky těmto výhodám se vazníky s paralelními pásy staly základem pro zastřešení budov.
Trojúhelníkové vazníky jsou racionální pro konzolové systémy, stejně jako pro trámové systémy se soustředěným zatížením uprostřed rozpětí (podkrokevní vazníky). Při rozloženém zatížení mají trojúhelníkové vazníky zvýšenou spotřebu kovu. Navíc mají řadu designových nedostatků. Ostrá nosná jednotka je složitá a umožňuje pouze kloubové spojení se sloupky. Střední výztuhy se ukazují jako extrémně dlouhé a jejich průřez je nutné volit pro maximální flexibilitu, což způsobuje nadměrnou spotřebu kovu. Jejich použití pro nadkrokevní konstrukce je však v řadě případů diktováno potřebou zajistit velký (přes 20 %) sklon střechy nebo požadavky na vytvoření jednosměrného osvětlení (stínící krytiny).