CHS, SHS nebo RHS? Jak vybrat správný dutý průřez
Kruhové, čtvercové a obdélníkové duté průřezy sdílejí výhody uzavřeného průřezu, ale nejsou zaměnitelné. Průvodce srovnává tuhost v kroucení, účinnost v ohybu, chování sloupů, řešení přípojů, korozi a vítr i nabídku za tepla a za studena tvářených profilů a končí praktickým kontrolním seznamem.
Jedna rodina, tři tvary
Kruhové (CHS), čtvercové (SHS) a obdélníkové (RHS) duté průřezy patří do stejné konstrukční rodiny. Uzavřený trubkový tvar jim dává vlastnosti, které otevřeným profilům chybějí: vynikající tuhost v kroucení, dobrou odolnost proti vzpěru ve všech směrech, žádné přístupné vnitřní plochy k natírání a čistý vzhled, který architekti soustavně vyžadují.
Uvnitř rodiny se však tyto tři tvary chovají výrazně odlišně. Volba mezi nimi ovlivňuje hospodárnost, náklady na výrobu, detaily přípojů, protikorozní ochranu i zatížení větrem. Vybrat správný tvar včas, ještě před návrhem přípojů, patří k nejlevnějším optimalizacím na ocelové konstrukci. Následující kapitoly procházejí jednotlivá kritéria postupně.
Kroucení: výhoda uzavřeného průřezu, CHS na špici
Uzavřené průřezy přenášejí kroucení spojitým smykovým tokem obíhajícím po celém obvodu stěny. Jejich moment tuhosti v kroucení It je proto řádově vyšší než u otevřených profilů srovnatelné hmotnosti: profil I se snadno zkroutí, trubka nikoli.
Z těchto tří tvarů je CHS teoretickým optimem: každá část stěny leží ve stejné vzdálenosti od středu a smykový tok sleduje nepřerušenou kruhovou dráhu bez rohů, které by jej rušily. SHS zaostává jen mírně a ztrácí trochu účinnosti pouze v rozích. RHS je stále vynikající ve srovnání s jakýmkoli otevřeným profilem, ale čím protáhlejší obdélník, tím dále je od kruhového ideálu.
| Profil | G [kg/m] | Iy [cm⁴] | It [cm⁴] |
|---|---|---|---|
| CHS 88.9/5 | 10.3 | 116.4 | 232.7 |
| SHS 70/5 | 10.0 | 88.5 | 142.0 |
| RHS 90×50/5 | 10.0 | 127.3 | 116.4 |
| CHS 168.3/5 | 20.1 | 855.8 | 1712.0 |
| SHS 90/8 | 20.1 | 281.5 | 459.0 |
| RHS 120×60/8 | 20.1 | 424.7 | 344.3 |
| CHS 323.9/5 | 39.3 | 6369.0 | 12740.0 |
| SHS 140/10 | 40.0 | 1416.0 | 2272.0 |
| RHS 180×100/10 | 40.0 | 2036.0 | 1862.0 |
| CHS 244.5/10 | 57.8 | 5073.0 | 10150.0 |
| SHS 250/8 | 60.3 | 7455.0 | 11530.0 |
| RHS 300×200/8 | 60.3 | 9717.0 | 10560.0 |
Profily tvářené za tepla (EN 10210), seskupené podle podobné hmotnosti na metr.
Praktické pravidlo: u prvků namáhaných převážně kroucením (obvodové nosníky s excentricky zavěšenou fasádou, zakřivené nosníky, podpory jednonosníkových drah, portály dopravního značení) začněte s CHS, přijměte SHS tam, kde rovné stěny zjednoduší přípoje, a RHS pečlivě posuďte, pokud jej zatížení kroutí.
Ohyb a sloupy: RHS pro jednosměrné nosníky, SHS a CHS pro tlak
Když jednoznačně převládá ohyb kolem jedné osy, je hospodárnou volbou RHS. Postavení delších stěn svisle umístí většinu materiálu daleko od silné osy a dává nejlepší průřezový modul na jednotku hmotnosti ze všech tří tvarů. Typická uplatnění: stropní nosníky, výměny, nosníky jeřábových drah, fasádní paždíky a příčle rámů. Daní je slabší vedlejší osa: nepodstatná tam, kde je prvek příčně držený, důležitá tam, kde není. Duté průřezy jsou jako rodina mnohem méně náchylné ke klopení než otevřené profily, takže nosníky z RHS zvládnou dlouhé nepodepřené délky, které by srovnatelný profil I nezvládl.
U sloupů a prvků namáhaných v obou směrech se symetrie vyplácí. SHS má stejnou tuhost i poloměr setrvačnosti kolem obou hlavních os, žádný směr tedy nepřijde nazmar: klasická volba pro sloupy budov, pásy příhradových vazníků a prvky prostorových konstrukcí. CHS jde ještě o krok dál se shodnými vlastnostmi ve všech směrech: je ideální pro čistě osové zatížení, dlouhá štíhlá ztužidla a prvky s nejistým směrem zatížení. V praxi SHS u sloupů často vítězí nad CHS prostě proto, že rovné stěny usnadňují přípoje nosníků.
Přípoje: rovné stěny versus sedlové řezy
Právě ve výrobě se tvary cenově rozcházejí nejvíce. Rovné stěny SHS a RHS umožňují rovné řezy pilou, čelní desky, žebra i styčníkové plechy s běžným dílenským vybavením. Šroubování do stěny je snadné pomocí slepých šroubů nebo závitových vložek a diagonály příhradového vazníku dosedají na rovný pás jen s jednoduchými šikmými řezy. Pro výrobce bez strojů na tvarové řezání trubek bývají SHS a RHS ekonomickou odpovědí.
Připojení CHS na CHS vyžaduje sedlový řez (zakřivený profil vyříznutý do diagonály tak, aby obepnula pás) a následně svar, který kolem průniku plynule mění polohu i úhel. Historicky to trubkové vazníky prodražovalo; moderní CNC plazmové a laserové řezačky trubek přirážku u vybavených výrobců téměř odstranily, tato technologie však není samozřejmostí. Před rozhodnutím pro celotrubkový vazník se proto zeptejte svého výrobce. Pamatujte také, že styčníky dutých průřezů všech tvarů obvykle rozhoduje deformace stěny pásu a protlačení, nikoli samotný svar; únosnost styčníku je proto třeba ověřovat už při volbě průřezů: tlustší pás vynucený styčníkem může převážit úsporu z lehčí diagonály.
Expozice: estetika, odvodnění, koroze a vítr
Na pohledových konstrukcích si CHS vysloužil svou architektonickou pověst: žádné hrany, žádný preferovaný úhel pohledu a štíhlý výraz v každé velikosti. SHS a RHS působí ostřeji a pravoúhleji a přirozeně navazují na rastr fasád a zasklení. To je otázka stylu, ne pořadí kvality.
Rozdíly v trvanlivosti jsou ale reálné. Na vodorovné horní stěně SHS či RHS se může držet voda a hromadit nečistoty, což vytváří korozní past pod nátěrem; CHS vodu i prach odvádí z každého povrchu. U všech tvarů platí: utěsněte konce, nebo zajistěte odvodnění, aby se voda nemohla hromadit uvnitř: utěsněná vnitřní dutina nátěr nepotřebuje, protože uzavřený vzduch rychle přijde o kyslík. Pokud se prvky budou žárově zinkovat, koordinujte odvzdušňovací a odtokové otvory se zinkovnou včas.
Ve větru opět vítězí kruh: CHS má výrazně nižší součinitel odporu než ostrohranný obdélníkový tvar podobné šířky, a proto jsou stožáry, věže a pohledové příhradové konstrukce převážně trubkové. U vysokých nebo na vítr citlivých staveb se tato úspora přímo promítá do lehčích prvků i základů.
Za tepla, nebo za studena tvářené profily a kontrolní seznam
Každý tvar se dodává ve dvou výrobkových řadách. Za tepla tvářené profily mají nízká zbytková pnutí, rovnoměrné materiálové vlastnosti, malé poloměry rohů a lepší houževnatost: přednost dostávají u únavově a dynamicky namáhaných konstrukcí a při nízkých teplotách. Za studena tvářené profily (CHS, SHS, RHS) nesou vyšší zbytková pnutí a větší poloměry rohů, v návrhu jim náleží méně příznivá křivka vzpěrné pevnosti a svařování v oblasti tvářených rohů je omezeno. Bývají však levnější a lépe skladem, a proto v běžné výstavbě převládají.
| Velikost | ro/ri za tepla [mm] | ro/ri za studena [mm] | A hot / cold [cm²] | Iy hot / cold [cm⁴] |
|---|---|---|---|---|
| SHS 60/4 | 6 / 4 | 8 / 4 | 8.8 / 8.6 | 45.4 / 43.5 |
| SHS 100/5 | 7.5 / 5 | 10 / 5 | 18.7 / 18.4 | 279.4 / 271.1 |
| SHS 150/8 | 12 / 8 | 20 / 12 | 44.8 / 43.2 | 1491.0 / 1412.0 |
| SHS 200/10 | 15 / 10 | 25 / 15 | 74.9 / 72.6 | 4471.0 / 4251.0 |
Stejná jmenovitá velikost, přesto se poloměry rohů i průřezové hodnoty mezi EN 10210 a EN 10219 liší.
Rychlý kontrolní seznam:
- Rozhoduje kroucení? Nejprve CHS, poté SHS.
- Rozhoduje ohyb v jednom směru? RHS s delšími stěnami svisle.
- Sloup nebo dvojosé namáhání? Standardně SHS; CHS pro čistý tlak nebo nejistý směr zatížení.
- Hodně šroubovaných či plechových přípojů? Upřednostněte rovné stěny SHS/RHS, nebo si u CHS ověřte CNC řezání trubek.
- Vystaveno povětrnosti či větru? CHS kvůli odporu a odvodnění; SHS/RHS detailujte proti hromadění vody.
- Únava, dynamika, nízké teploty? Předepište za tepla tvářené profily.
- Tlačí rozpočet a termíny? Ověřte místní sklad: dostupnost za studena tvářených profilů často rozhodne.