• épületszerkezetek
• fa

Fából készült tartószerkezetek

A fa tartók osztályozása

A fa tartók lehetnek: a) hagyományosak (faanyag tekintetében nem takarékosak) és b) új rendszerűek (fa tekintetében gazdaságosabbak).

Szerkezeti jelleg szerint vannak:

• Tömör gerendák.
• Alulfeszített gerenda tartók.
• Rácsos tartók.
• Függesztő és feszítő művek, valamint egye­sített függesztő-feszítő műves tartók.
• Keret tartók, tömör vagy rácsos kikép­zéssel (ezekkel itt nem foglalkozunk).

a) Tömör tartók

Egyfás tartók

A legegyszerűbb hajlított fa tartó a derékszögű négyszögű gerenda, amely födémek fő- és melléktartóiként általánosan hasz­nálatos. A tartó mérete csökkenthető a korábban tárgyalt nyeregfás és könyökös megoldásokkal.

Többfás tartók

A többfás tartókat nagyobb nyílásköz, illetőleg nagyobb terhelés esetében alkalmazzuk. A több­fás tartók lehetnek: a) régebbi típusúak (ilyenek: a fogazott, az ékelt, a terpesztett tartók) és b) kor­szerű kialakításúak (szegezett vagy enyvezett összeépítésűek).

Fogazott tartók

Fogazott tartók esetében két vagy több gerendát helyeznek egymás fölé. Mivel a két gerenda a hajlítás következtében egymáson elcsúszna, az érintkezési felü­letet fogazott felülettel alakítják ki (517 a ábra). A fogazás a közép felé emelkedő irányú legyen. A gerendák együtt­működését azonkívül összefogó, ún. fűző csavarokkal is biztosítják. A fogazás sűrűségét a csúsztató feszültségek ábrájának megfelelően állapítják meg, tehát a fogak a felfekvések felé rövidebbek, a közép felé hosszabbak. Ezt a tartótípust az elkészítés bizonytalansága miatt újabban nem alkalmazzák.

517. ábra. Magasított fa tartók; a) fogazott, b) ékelt tartó, c)-f) ékelt tartók részletei

Ékelt tartók (517 b-f ábra) esetében szintén két vagy több gerendát helyeznek egymás fölé, és a gerendák együttműködését keményfa ékekkel biztosítják. Az ékek száliránya a korábban meg­ismert okokból kifolyólag (lásd „Betétes kapcso­lások” című részt) párhuzamos legyen a geren­dák szálirányával; távolságukat szintén a csúsz­tató erők alapján kell megállapítani.

Az ékek ferde (517 b ábra) vagy vízszintes helyzetűek lehetnek (517 c-f ábra). A fűzőcsa­varokat keményfa ékek esetén az ékek között (517 c, e ábra), puhafa ékek és tuskók esetén azokon keresztül vezetve alkalmazzák (517 d, f ábra). Magasabb keresztmetszetet kapunk, ha a gerendákat hézagosan helyezzük egymás fölé (517 c, f ábra).

Az ékek helyett újabban acélanyagú betéteket is alkalmaznak.

Terpesztett tartók

Terpesztett tartóknál (518. ábra) két gerenda közbe­iktatott tuskók vagy gerincpallók révén fűző csavarok­kal oly módon van összeépítve, hogy a gerenda – a nyomatéknak megfelelően – középen magasabb, a fel-fekvéseknél pedig alacsonyabb. Nagyobb kiváltások­nál, alacsony hajlású fedeleknél, kisebb kerti hidaknál megfelelő tartószerkezetek, amelyeket régebben gyakran, újabban ritkán alkalmaznak.

518. ábra. Terpesztett tartók; a) üreges tuskós, b) palló gerinces megoldással

Magasított tartók. A fogazott, ékelt és terpesz­tett tartókat magasított tartóknak is szokás nevezni. Ilyen tartókkal a történelmi építészetben igen gyakran találkozunk.

A korszerű többfás tartókról általában

A több fás tartókat összetett keresztmetszetű tartóknak is lehet nevezni.

Az asztalos szakmában a nagyobb fakeresztmetszeteket – a vetemedés kiküszöbölése céljából – régóta több összeenyvezett elemből állítják elő. Ugyanígy készül­nek több faelemből előállított mérnöki jellegű fatartók is.

Összetett keresztmetszetű tartót alkalmazunk akkor, ha:

1. Nem áll rendelkezésünkre megfelelő kereszt­metszetű gerenda, és erőtani vagy esztétikai indokok folytán több elem összeszegezésével vagy összeenyvezésével állítjuk elő a kívánatos kereszt­metszetet (520. ábra).
2. Amikor a fával akarunk takarékoskodni és szegezéssel vagy enyvezéssel I keresztmet­szetű vagy belül üres, ún. szekrény tartót állítunk elő (520 g-j ábra). A famegtakarításra jellem­zőek az 520. ábra alatt közölt adatok.
3. Amikor olyan alakú tartót akarunk előállítani, amely ala­csony hajlású nyereg vagy félnyereg fedél kialakítását teszi lehe­tővé (521. ábra).

520. ábra. Többfás tartó keresztmetszetek. »a« esetben: F = 432 cm² l_x = 20 736 cm⁴ K_x = 1728 cm³; »g« esetben F = 240 cm² l_x = 17 000 cm⁴ K_x = 1360 cm³; »h« esetben F = 250 cm² l_x = 18 021 cm⁴ K_x = 1442 cm³; »i« esetben F = 225 cm² l_x = 5096 cm⁴ K_x = 1208 cm³; »j« esetben F = 225 cm² l_x = 16 719 cm⁴ K_x = 1333 cm³

521. ábra. Tartó alakzatok

522. ábra. Kettéfűrészelt gömbfából kialakított, ékelt, csavarozott Lewandovszki-féle többfás tartó

A korszerű többfás tartók terén az első szer­kesztői ötlet az volt, hogy a ,gömbfát hosszában kettéfűrészelték, és az így adódó két fél részt az 522. ábra szerint egy­másra helyezték; a két rész együttműködését az ékelt tartóknál ismerte­tett elvek szerint kiala­kított ékekkel és csava­rokkal biztosították. Ily módon olyan magas tar­tót sikerült előállítani, amely egyrészt előnyös sztatikái szempontból, másrészt melynél a fa értékesebb (geszt) részei a belső erők szempontjából kívánatos helyre kerültek. A ke­resztmetszet a semleges tengely környezetében a legvékonyabb, ide kerültek a fa teherhordás szempontjából kisebb értékű (szíjács) részei.

Magas gerincű szegezett tartók

Magas gerincű szegezett tartók (524. ábra) 6-14 m nyílásközre megfelelőek. Magasságuk h= l/8 – l/12 értékre vehető. A gerincrész két réteg átlós irányú (45°-os) összeszegezett deszká­ból vagy pallóból, az övrészek pedig heveder­fákból vannak összeépítve. A gerinc anyaga leg­alább II. oszt. puhafa legyen, A tartó elemeit az övrészeknél szegezik össze, s ezenkívül a tartó vízszintes tengelyvonalán is egy sor szeggel kötik össze a gerinc deszkáit, illetőleg pallóit.

524. ábra. Magas gerincű szegezett fa tartó

A méretezésnél csak az övrészek vehetők figyelembe, a gerincrészek nem számíthatók be a hasznos keresztmetszetbe. A gerinc azonban a nyíró erők, a ferde húzó és nyomó erők szem­pontjából mindig ellenőrizendő. A tartó merev­ségének fokozására helyenként függőleges heveder­párokat kell beiktatni. Kívánatos az övrészeket alul és felül lapjára fektetett deszkával vagy pallóval összefogni. Nagyobb tartóknál a gerinc­es övrészek között betétekkel, csavarokkal lehet tökéletesebb kapcsolatot létesíteni.

525. ábra. Több elemből álló övkialakítások

A tartó övrészét több elemből is lehet készíteni (525 b ábra). Ilyenkor azonban a hasznos keresztmetszet számításakor az öv egyes részeit nem teljes értékükben, hanem csak az alábbi szorzótényezőkkel csökkentve lehet figyelembe venni:

Az övrészek illesztése (toldása) megfelelően méretezett hevederekkel történik.

Magas gerincű enyvezett (képen látható) tartók (526. ábra) 6-14 m nyílásközre megfelelőek. Magasságuk h=l/10 – l/15-re vehető. A gerincrész élére állított és egymáshoz enyvezéssel kötött deszkákból vagy pallókból áll. Az övrészek szintén enyvezéssel vannak a gerincre ráragasztva. A gerinc lehetőleg gőzölt bükkfa legyen. A hosszabb tartók gerincé­nek elkerülhetetlen toldása 25-60 cm széles hevederpár (526 b ábra) mentén ugyancsak eny­vezéssel oldható meg.

A gerinc merevségét ez esetben is helyenként enyve­zéssel felerősített függőleges hevederpárokkal biztosít­ják. Célszerű a felfekvések melletti mezőket átlósirányú közép felé emelkedő (nyomott) merevítő hevederekkel ellátni, azonkívül a függőleges merevítő hevedereket és övrészeket háromszög alakú tuskókkal összekötni.

A helyszínen készült enyvezett tartóknál az enyvezésre gyakorlandó ún. tartós nyomást a szerkezetben benn maradó, erősen meghúzott csavarokkal érik el.

Szegezéssel kialakított szekrény tartók

Szegezéssel kialakított szekrény tartók, más elnevezéssel üreges tartók (527. ábra) hasonlóak a magas gerincű tartókhoz. Ebben az esetben övrészekből és merevítő oszlopokból álló belső vázra két oldalt ferde irányban vannak a gerincet képező deszkák felszegezve. A szekrény tartóknál fennáll annak a veszélye, hogy a szekrény zárt, nem ellenőrizhető belsejében gombásodási folya­matok indulhatnak meg, ezért az ilyen tartókat ritkábban alkalmazzák. Két gerinces, tehát bizonyos mértékig szekrény tartónak is számító gerendát látunk a 525a ábrán.

527. ábra. Fa anyagú szegezett szekrény tartó

b) Alulfeszített gerendatartók

Az alulfeszített gerendatartók, más néven vonó­vasas tartók (528. ábra) egy vagy két helyen alá­támasztott (többtámaszú) gerendából és az alá­feszítő szerkezetből állnak. A gerendában össze­tett igénybevétel (tengelyirányú nyomás és haj­lítás), a vonórúdban húzás keletkezik.

528. ábra. Alulfeszített fa gerendatartók; a) egyszeres, b)-c) kétszeres alátámasztással

A húzó erőket a gerenda két oldalához simuló kör kereszt­metszetű acélokkal veszik fel. Lehet a tartót az 528 c ábrán látható módon is kialakítani, amidőn egy függesztő műhöz (lásd később) hasonló, de fordított helyzetű szerkezetet állítanak elő. (A szerkezet fordított voltából következik, hogy a belső erők is ellentétes értelműek lesznek.)

Ennek a tartótípusnak újabban – mint később látni fogjuk – jelentősége van a magas hajlású fedelek háromcsuklós szaruállásainak kialakítá­sánál.

c) Párhuzamos övű rácsos tartók

A rácsos tartókat általában nagyobb nyílásköz esetén alkalmazzuk.

A korszerű rácsos tartók közül a jelen rész­ben azokat a párhuzamos övű tartókat tárgyaljuk, amelyek födémgerendák, kiváltók, szelemenek, valamint szarutartók céljára megfelelőek.

A rácsos tartóknál fontos szerkesztési szabály, hogy a rudak tengelyvonalai egyezzenek meg az elméleti hálózati vonallal és a mellékfeszültségek lehető elkerülése végett az ideális csomó­pontban találkozzanak. Azonban megjegyezzük, hogy az elméleti rácsozástól kisebb eltérések lehetségesek. Fontosabb a helyes csomópont­képzés, mint a kis mellékfeszültség.

A rudakat egy, két, három vagy több fa elem­ből kell előállítani. A többfás nyomott rudaknál a kihajlás elkerülésére gondoskodni kell az elemek betétfákkal és csavarokkal való összefogásáról.

Igen bonyolult a csomópontok helyes kialakí­tása, a több irányból érkező rudaknál az erő­átadás helyes megoldása. Húzott rudaknál a csomópontot úgy kell megtervezni, hogy az erő az öv teljes keresztmetszetét igénybe vegye. Húzott ferde rácsrudak esetén ez – különösen az oszlopok kapcsolása miatt – nehezen valósít­ható meg, ezért inkább nyomott (a közép felé emelkedő) rácsozást ajánlatos alkalmazni (529. ábra).

529. ábra. Párhuzamos övű rácsos tartó, nyomott, ferde rácsrudakkal, gyűrűs csomóponti betétekkel (Ebinghaus-Fritsche)

530. ábra. Szegezett párhuzamos övű rácsos tartó, húzott ferde rácsrudakkal

A csomópontokban találkozó rudak kapcso­lása történhet: betétekkel (529. ábra) és szegezéssel (530. ábra). Kisebb tartóknál újabban leginkább szegezéssel alakítják ki a csomóponti kötéseket.

d) Függesztő és feszítő művek

A függesztő és feszítő művek a gerendán kívül több rúdból (dúcokból, oszlopokból és feszítő gerendákból ) összeállított tartószerkezetek, amelyek­nél a gerenda szélső támaszpontjai közé felfüggesztést, illetve megtámasztást iktatunk be, minek következtében a hajlításra igénybe vett gerenda keresztmetszete lényegesen csökkenthető.

Van egyszeres (532. ábra) és kettős függesztő mű (533. ábra), valamint egyszeres (534. ábra) és kettős (535. ábra) feszítő mű. A szerkezet erő­játékát a vonatkozó részletrajzok mellett levő vektorábrák tüntetik fel.

532. ábra. Egyszeres függesztőmű és részletei; AB = kötőgerenda; AC = dúcgerenda; CD = oszlop

533. ábra. Kétszeres függesztőmű és részletei; AB = kötőgerenda; AC = dúcgerenda; CD = oszlop; CC = feszítő

534. ábra. Egyszeres feszítőmű és részletei

535. ábra. Kétszeres feszítőmű

536. ábra. Egyszeres (a), kétszeres egyesített feszítő-függesztő mű (b)

Vannak azonkívül egyesített függesztő-feszítő művek is, amelyek szintén egyszeresek (536 a ábra) vagy kétszeresek (538 b ábra) lehetnek. Az 536 b ábra szerinti esetben a függesztő osz­lopot acélrudak helyettesítik.

A régebbi építészi és mérnöki gyakorlatban három­szoros, négyszeres és még többszörös függesztő, illetve feszítő műveket is építettek.

Sztatikái vizsgálat. Az egyszeres függesztő és feszítő műves gerenda támaszköze (eltekintve a süllyedő támaszúaktól) felére, a kettősé harma­dára csökken. Mivel a nyomaték a támaszköz négyzetével arányos, a tartó hajlító igénybe­vétele egyszeres megoldásnál ¼-re, kétszeresnél 1/9-re csökken.

A függesztő és feszítő műves tartó gerendája az alkalmazott felfüggesztési vagy támaszpontok­nak megfelelően többtámaszú tartóként is számít­ható, ha a támaszok elmozdulását figyelembe vesszük. Azonban a támaszok elmozdulása miatt helyesebb, ha a gerendaszakaszokat kéttámaszú tartóként méretezzük.

A függesztő mű oszlopaiban fellépő P erő a hajlított gerendaszakaszainak a függesztés helyén fellépő reakció erőivel egyenlő. A feszítő mű dúcgerendáinak támaszpontjában ható P erő szintén a gerenda reakció erőivel egyenértékű. A függesztő műveknél a ferde dúcok víz­szintes erőkomponensét a gerenda veszi fel, ezért a gerendában hajlítás és húzás lep fel egyidejűleg. A feszítő műveknél a ferde dúcok vízszintes erőkomponense az ún. ellenfalakra hat, ezért azokat erre az erőhatásra méretezni kell.

Szerkezeti részletek

Az egyes rudak csatla­kozásait általában hagyományos jellegű fakötésekkel, valamint segédkötésekkel (pántokkal, kengye­lekkel stb.) oldják meg, az egyes tartószerkezete­ket feltüntető ábrák mellett található részlet­rajzok szerint.

Az egyesített függesztő és feszítő művek gerendái két darabból készülnek, azért, hogy a dúcokat és oszlopokat közre vehessék. A feszítő művek és az egyesített függesztő-feszítő művek dúcgerendái faoszlophoz (534. D₂ ábra), faragottkő-alátéthez (534. D₁ ábra) vagy faragott kőre helye­zett öntöttvas-saruhoz (534. D₃ ábra) csatlakozhatnak.

Alkalmazási terület

A függesztő művek alkal­masak nagy traktusszélességű épületek fedél­székeinek kialakítására, valamint ipari épületek közötti ún. transzport-hidak készítésére. A feszítő művek különböző rendeltetésű állványozásoknál kerülnek gyakran alkalmazásra. Az egyesített feszítő-függesztő művek mezőgazdasági színek, pajták, azonkívül ipari és vasúti raktárak fedél­székeinek kialakítására használhatók fel.

A mérnöki gyakorlat ezeket a szerkezeteket kisebb hidak előállítására használja fel.

e) Túlemelés

A túlemelés fogalma. A magasított, valamint az egyéb természetű, nagyobb támaszközű több­fás tartókat, úgyszintén a rácsos tartókat, a nagyobb függesztő és feszítő műveket – a vár­ható lehajlásra való tekintettel – túlemeléssel kell készíteni. A lehajlás főleg a csomópontok elmozdulása miatt következik be. A túlemelés mérete a tartó teljes hosszának 150-200-ad része, illetőleg a számított lehajlásnak legalább 1,5-2,3-szorosa legyen (a szorzó faktor: rácsos tar­tónál 1,5; feszítő műnél 2,0; függesztő műnél 2,3).

A túlemelés kivitelezési elvét leginkább a kéttámaszút ékelt összeépítésű több fás tartók előállításával kapcsolato­san tanulmányozhatjuk. Ilyenkor egyidejűleg két tartót veszünk munkába, mégpedig úgy, hogy a tartók végeit ún. járommal összefogjuk, középütt pedig a túlemelés kétszeres mértékének megfelelően a tartókat egymástól ékekkel szétfeszítjük (587. ábra).

587. ábra. Ékelt gerendapár túlemelésének sematikus vázlata; a) homlok-, b) bütü-nézet; 1 – járom; 2 – járom csavarszár

Ezután felrajzoljuk az ékek helyeit, majd a túlemelési kényszert megszüntetve kivágjuk a betétek helyeit. Ezt követően újra előállítjuk a kívánt túlemelést, és ebben az állapotban helyezzük el az ékeket, fúrjuk ki a fűző csavarok lyukait, és helyez­zük el a csavarokat. Az így előállított tartók beépítésük és végleges terhelésük elnyerése után a terv szerinti egyenes alakot veszik fel.

Az egyéb tartószerkezetek túlemelését is már a tartónak a zsinórpadon történő felrajzolásánál, leszabásánál és összeállításánál kell megadni, az előbbi bekezdésben részletezett elvek alapján. (A túlemelésnél az egyes elemek [rudak] eredeti egyenes alakját megtámasztással és csavaremelővel kifejtett kényszerrel lehet ideiglenesen megváltoztatni.)