Haly s předpjatými betonovými vazníky: Komplexní pohled na spolehlivost a sanaci

Jedním z aktuálních problémů pozemního stavitelství v Česku jsou otázky spolehlivosti dodatečně předpjatých konstrukcí střešních vazníků průmyslových hal. Jde zejména o konstrukce z let 1960 až 1980, jejichž návrhová životnost buď již skončila, nebo se blíží ke svému konci, které však ve velkém rozsahu na našich stavbách stále fungují. Hrubým odhadem se jedná o 10 000 vazníků.

V ČR už došlo nejméně ke čtyřem haváriím dodatečně předpjatých vazníků střech průmyslových hal. První dvě havárie se staly v západních Čechách v letech 2010 a 2018. Třetí se udála v severních Čechách v prosinci 2023 a ke čtvrté havárii opět došlo v západních Čechách v březnu 2024. K prvnímu kolapsu konstrukce dodatečně předpjatých střešních vazníků došlo v roce 2010 a následně v roce 2018 ve stejném areálu průmyslových hal v západních Čechách. Úroveň podkladů je obecně velmi špatná, projektová dokumentace chybí nebo se zachovaly pouze části. Dokumentace k technologiím a dodatečnému zatížení obecně chybí, zátěžová schémata nejsou k dispozici. Úroveň výrobních podkladů k vlastní prefa konstrukci je k dispozici pouze částečně. Aktuálně významně roste riziko havárie u staveb zastřešených dodatečně předpjatými betonovými příhradovými vazníky.

ČKAIT informovala o nebezpečí Kláru Dostálovou, ministryni pro místní rozvoj. Odhadem se jedná o stavby na ploše více než půl milionu čtverečních metrů. Stavební úřady a vlastníci by měli neprodleně podniknout kroky ke kontrolám stavu tohoto typu konstrukcí. Z obecně přístupných zdrojů jsme soustředili podklady, které od počátku byly velmi znepokojivé. Zjištěný rozsah objektů, kde je použita tato konstrukce, rostl velmi rychle. Fakticky byly předány podklady k rozsahu 524 000 m2 střech, kde je použita tato konstrukce. Pokud se budeme zabývat odhadem počtu lidí v těchto halách, náš odhad je cca 18 až 20 tisíc pracovníků. Známe firmy, kde je pod touto konstrukcí rozhodující část výroby, nebo firmy, které mají pod tímto typem konstrukce výrobu kompletní.

V rámci činnosti ČKAIT byly již v minulosti řešeny případy opakovaných havárií dodatečně předpjatých betonových příhradových vazníků typu SPP, k nimž došlo v letech 2010 a 2018 v západních Čechách. V současnosti se na základě výzvy ČKAIT a navazující činnosti jednotlivých autorizovaných osob ukazuje, že rozsah této problematiky je výrazně větší, než se původně předpokládalo. „Na základě střízlivého odhadu z dostupných veřejných zdrojů je plocha staveb zastřešená tímto typem vazníků větší než 500.000 m2! Rozsah je to obrovský. Ale ještě závažnější je, pokud toto číslo přepočteme na počet pracujících osob pod ZIPP konstrukcemi. Došli jsme k číslu 13 000 až 18 000 ohrožených osob,“ popsal Ing. Stanislav Rada výsledky vlastních zjišťování v dokumentu firmy Rada Building, s.r.o.

Charakteristika vazníků a příčiny problémů

Vazníky byly z přepravních důvodů vyráběné z jednotlivých dílců, které se na stavbě sestavovaly do jednoho celku spínáním dílců pomocí předpínacích lan, provlečených skrz kanálky, osazené do dílců při jejich výrobě. Po napnutí předpínací výztuže měly být kanálky zainjektovány tak, aby byla předpínací výztuž chráněna injektážní maltou proti korozi. Společným problémem všech těchto konstrukcí je nedostatečná injektáž - některé kanálky byly zainjektovány pouze částečně a některé nebyly zainjektovány vůbec.

Čtěte také: Více o obloukových a betonových konstrukcích

V minulosti se vyráběla celá řada různých typů předem i dodatečně předpjatých vazníků. Nejčastějším typem vazníků, jež byly použity a dosud fungují na velkém množství především průmyslových hal, jsou vazníky typů SPP 6-18/6, respektive SPP 12-18/6 na modulové rozpětí 18 m. Vazníky Priemstav n. p. Bratislava, vyvíjené od roku 1961 na modulové rozpětí 18 m. Studijní a typizační ústav v Praze dostal v minulém století vládní úkol nahradit ocelové střešní vazníky železobetonem. Tak se v roce 1962 narodil příhradový železobetonový předepnutý vazník typu SPP 6 18/6 a následně pak jeho modifikace.

Současné normové předpisy stanovují návrhovou životnost průmyslových konstrukcí 50 let. Z tohoto pohledu mají tyto vazníky právo na důchod. Jejich smůlou byla skutečnost, že tehdejší živičná hydroizolace nebyla v modifikovaném provedení, kdy by se vyrovnala s tepelnými deformacemi a měla povrchovou úpravu odolnou proti UV záření. Tak záhy začalo střechou zatékat. Vazník byl vyroben ze tří dílů po 6 m s osazenými prostupy pro předpínací výztuž. Na stavbě byl sestaven, předepnut a na závěr měl být ve svislé poloze zainjektován. To se dost často nepovedlo, zejména v horních částech diagonál. K tomu špatná zálivka horní kotevní oblasti vytvořila houbu, která kotevní oblast zásobovala srážkovou vodou. Ta pak vtékala do kabelů v diagonále a koroze dostala zelenou.

Ke kolapsu střešních vazníků dochází náhle (křehce) přetržením předpínací výztuže v důsledku její koroze, případně v kombinaci s přetížením vazníků (nadměrné přitížení dodatečně osazenými technologiemi, neodborné opravy střešních plášťů apod.). Základní příčina kolapsu spočívá v samotném provedení dodatečného předpětí vazníků a ochrany předpínací výztuže proti korozi. Na řadě objektů nebyly po předpětí konstrukce kabelové kanálky vůbec zainjektovány, případně byla injektáž provedena nekvalitně. Za důležitý rizikový faktor je nutné považovat i to, že tyto haly byly navrženy a realizovány v době platnosti původních norem systému ČSN.

Nebezpečí není u těchto hal skryto pouze v předpjaté konstrukci střešních vazníků, ale na základě mnoha prvotních stavebně-statických prohlídek zaznamenáváme případy, kdy řešíme havarijní stav střešních žebírkových panelů, ale i sloupů a to z důvodu degradace betonu. Injektážní metody v době výstavby byly nedokonalé a kvalita provedení byla velmi proměnlivá. Z výsledků našich propočtů vyplývá, že více jak 60 % vazníku je špatně nebo vůbec injektovaných.

Obecně lze konstatovat, že prakticky všechny střešní pláště jsou přetížené. Přetížení je tvořeno pod střechou především zavěšenou technologií. Nad střechou je přetížení způsobeno opakovanými vrstvami lepenky bez odstranění podkladu. Střešní plášť tvoří zatížení více jak 150 kg/m2, obvyklé hodnoty jsou 200 až 250 kg/m2, ale bylo diagnostikováno i zatížení více jak 400 kg/m2. Zatížení technologií je často umístěno zcela nevhodně a není dodržena zásada styčníkového přitížení a často jsou vazníky různými táhly nebo závěsy vystaveny působení šikmých nebo vodorovných sil.

Čtěte také: rozsudek nad projektanty haly v České Třebové

Střešní plášť je obecně zdrojem velkých problémů. Klasická skladba je tvořena „pěnobetonem“ a vrstvami lepenky. Pěnobeton je většinou nasycen vodou nebo zvlhlý. Odtok dešťové vody je řešen nedostatečně a často nacházíme vpusti, které nikdo nevyčistil celé měsíce. Vlastnosti plášťů z hlediska tepelně-izolačních vlastností nejsou řešeny. Zcela zásadní je problematika dilatačních spojů a kvalitní provedení klempířských detailů. To, že je tento důležitý detail řešen správně, je spíše ojedinělý stav.

Obvodové sloupy - i zde lze zjistit problémy hlavně v korozi výztuže ve spodní části. Posouzení stability v „kalichu“ patky nebo piloty je velmi složité. Podle našich zkušeností je „Achillovou patou“ konstrukcí společné uložení vazníku a „žlabovky“ - horního ztužidla vedle sebe na horní hraně sloupu. Tady je horní kotva předpjaté výztuže nejen vystavena kondenzaci z vnitřního prostoru haly v těžko větratelném prostoru, ale také přímému průniku vody z vadných klempířských prvků uložených nad ztužidlem - „žlabovkou“.

Diagnostika a průzkumy

Projevy výše uvedených poruch jsou často při zběžné prohlídce nerozpoznatelné! Za zcela zásadní je proto nutno považovat provedení odborné prohlídky nosné konstrukce, doplněné v případě potřeby diagnostickým průzkumem kritických detailů vazníků (uložení vazníků, spáry mezi segmenty) se zaměřením na stav předpínací výztuže, vč. zpřístupnění zakrytých detailů a částí konstrukce. Na tyto práce pak musí navazovat odborné vyhodnocení skutečného stavu a zatížení konstrukce.

Základní diagnostickou metodou je endoskopické vyšetření předpínací výztuže. Předpínací výztuž je uložena v kanálcích. Přesná poloha kanálků je zjišťována pomocí detektoru výztuže a zakreslena na povrch vyšetřovaného prutu vazníku. Poté je kanálek opatrně navrtán vrtákem průměru 10 mm. Průzkumem je hodnocena míra zainjektování kanálku a v případě pouze částečné nebo zcela chybějící injektáže je hodnocena míra koroze předpínací výztuže. Vizuální hodnocení stupně koroze se zpravidla hodnotí podle tabulky 1, převzaté po úpravě z odborné literatury.

Nejvíce průzkumů bylo zpracováno pro vazníky SPP 6-18/6. V rámci sledovaných průzkumů bylo provedeno téměř 1 750 sond. Riziko nedostatečného zainjektování kanálků předpínací výztuže je větší u krajních diagonál vazníku než u dolního pásu vazníku. U dolního pásu bylo dokonalé zainjektování kanálků zjištěno zhruba v 70 % případů a ojedinělé případy koroze předpínací výztuže byly zjištěny převážně do stupně 4 podle tabulky 1. Koroze předpínací výztuže diagnostikovaná zejména u krajních diagonál vazníku se vyskytuje nejčastěji ve stupni 2 podle tabulky 1, (zhruba u 30 % všech provedených sond). V rozhodující většině případů nepřekročil zjištěný stav koroze stupeň 4 podle tabulky 1. Nejvyšší zaznamenaný stupeň koroze byl hodnocen jako stupeň 5 podle tabulky 1 a vyskytl se celkově v méně než 1 % sond. Nikde nebyl zaznamenán stupeň koroze 6 podle tabulky 1.

Čtěte také: Řešení napojení střechy hal

U většiny havárií, které byly detailně zdokumentovány, bylo zřícení vazníku iniciováno porušením předpínací výztuže v oblasti kotvení této výztuže u horního pásu vazníku v místě uložení vazníku na sloup nebo v krajní tažené diagonále v blízkosti kotevní oblasti. Zkušenosti získané při sledovaných průzkumech jsou s tímto faktem v souladu. Pomocí dronu lze spolehlivě diagnostikovat trhliny v diagonále vazníku a jejich modifikace.

Nevýhodou endoskopické metody je problematické hodnocení stupně koroze výztuže ve stísněném prostoru vrtu, kdy je navíc omezen přístup k výztuži pouze z jedné strany. Jinou možností je vybourání větší sondy do oblasti předpínacího kanálku a přímé vizuální posouzení stavu kanálku a předpínací výztuže. Společnou velkou nevýhodou obou předchozích metod je ověření stavu výztuže pouze lokálně v místě sondy. Nelze tak postihnout případy lokální koroze výztuže mimo polohu sondy. Zatřídění konkrétního stavu výztuže do škály nemusí být vždy snadné, protože například rozdíl mezi korozním stavem 4 a 5 není příliš patrný.

Koroze výztuže u předpínacích lan je při porovnání s korozním ohrožením měkké výztuže z betonářských prutů mnohem nebezpečnější z následujících důvodů. Zaprvé průřezová plocha lana, skládající se z 13 tenkých drátů, je přibližně 4× citlivější na korozní úbytek na povrchu drátu než jedna betonářská vložka stejné průřezové plochy. Zadruhé se v mezerách mezi jednotlivými dráty snadněji udržuje a šíří vlhkost. A za třetí při korozním oslabení přes 5 % plochy průřezu způsobuje koroze také významný pokles mechanických vlastností oceli - hlavně meze kluzu.

Řešení problémů a sanace

Z našich rozborů jednoznačně plyne, že nejekonomičtější a časově nejrychlejší je oprava příhradového vazníku zesílením. Stávající staré předepnutí a kotvení se zachová v plném rozsahu. Vazník se doplní novým vnějším zesílením vedeným v těsné blízkosti prvků vazníku. Zesílení je provedeno po obou stranách vazníku bez narušení původního kotvení a to jak nahoře, tak i dole. I kdyby rez překousal veškerou původní předpínací výztuž, nestane se vůbec nic. Nová aktivovaná výztuž, bez deformací, převezme v plném rozsahu funkci původní. Realizovat toto zesílení lze jen za dílčího omezení provozu v hale, v průběhu několika dnů. Bez zásahů do střešní konstrukce.

Konzola sloupu vynáší zpravidla nosník jeřábové dráhy. Sloup má již dlouhodobě ve svém návrhu pevnostní rezervu, neboť jeho návrh podléhá kriteriu stability. To znamená, že sloup se sám o sobě vypořádá s vyšším zatížením od nového jeřábu a většího břemene, ale slabým článkem se stává konzola sloupu. Od začátku prefabrikace v ½ 50. let minulého stolení až do roku 1986 byly konzoly navrhovány chybně a jsou kritickým místem většiny jeřábových hal. Sekvence obrázků ukazuje způsob zesílení konzoly, které zahrnuje vrtání, osazení předpínacích prvků, předpínání a výsledné zesílení pod kontrolou tenzometru. Konzolu lze tímto způsobem zesílit až 10 x bez ohledu na původní vyztužení. Po zesílení je konzola trvale lehce tlačená a příčný tah je přenášen snižováním tlaku.

Máme zesílenou stávající konzolu, to je fajn. Konzola vynáší původní betonový nosník jeřábové dráhy, který teď pro nové zvýšené zatížení nevyhoví. Jeřábový betonový nosník je dodatečně podepřen minimálně dvojicí trasovaných předpínacích lan. Nové podpory přenesou zatížení blíže ke stávajícím podporám. Takto navržené podepření působí proti stálému zatížení, které je dáno vlastní tíhou konstrukce. Dále může vytvořit mírné nadvýšení, ale bez rezervy v překonání pevnosti betonu v tahu v horních vláknech nosníku.

Dodatečné předepnutí dává prostor pro zesílení původních železobetonových a předepnutých konstrukcí. Zároveň je ekologicky úsporné, kdy na základě malého množství ušlechtilého ocelového materiálu s využitím montážních postupů, je dosaženo velkého efektu. Z našich rozborů jednoznačně plyne, že nejekonomičtější a časově nejrychlejší je oprava příhradového vazníku zesílením.

Komplexní řešení problému

Právě proto, že jde o tak komplikovaný problém a je nutné řešit některé přímé závislosti prakticky od samého začátku, jsme se rozhodli řešit problematiku „komplexním způsobem“. Tedy od zjištění problému po následnou péči a kontrolu objektu. Základním podkladem pro naše řešení je „vlastní metodika“, podle které postupujeme a tento postup je znám majiteli, je s ním projednán a je uzavřena rámcová smlouva.

1. Základní postup pracovních operací v krocích podle zjištění diagnostického průzkumu.
2. Spolupráci se státní správou považujeme za důležitou a o zásadních krocích příslušné stavební úřady informujeme a jsou osobně projednány. Obecně je postup takový, že po identifikaci konstrukce dostává majitel písemné vyjádření o potencionální nebezpečnosti konstrukce. V případě, když zjistíme korozi předpjaté výztuže, vyhotovíme zprávu o existenci havarijního stavu konstrukce, ten předáme majiteli a příslušnému stavebnímu úřadu.
3. Realizace zajištění nosných konstrukcí (střešních vazníků, průvlaků, příp. sloupů) na základě provedeného diagnostického průzkumu. Zajištění nosných konstrukcí provádíme pouze ocelovou oporovou konstrukcí - v současné době máme 12 základních metod zajištění. Druh vychází z konkrétních možností na halách a lodích a je závislý na fyzickém stavu hlavních nosných konstrukcí haly.
4. Předání díla provádíme po ukončení prací v rozsahu stanoveného smlouvou - to je obvyklý krok. Provozní řád je písemný materiál v úrovni smluvního ujednání. Realizace dalších kroků pro zajištění konstrukcí, běžně jde o výměnu střešního pláště nebo úpravy sloupů prefa konstrukce. Součástí všech dohod je dohoda o mlčenlivosti smluvních stran.

Je nutné si uvědomit, že problém dodatečně předpjatých konstrukcí střešních vazníků má rozměr podnikatelský a může být použit v konkurenčním boji. Z uvedeného vyplývá jasná výhodnost využití metody oporových konstrukci. Pokud si k tomu připočtete nutnost zastavení výroby a riziko zatečení ke stabilizovaným vnitřním konstrukcím, nelze tuto metodu aplikovat ve firmách, kde výroba probíhá a musí probíhat. Metoda zabezpečovacích konstrukcí má proti kompletní výměně střech, kde jsou využity dodatečně předpjaté střešní vazníky, zásadní ekonomickou a stavební výhodu.

S ohledem na komplikovanost problému nabízíme jak výrobcům, tak autorizovaným osobám spolupráci od konzultací až po přímou spolupráci. Podle našeho názoru jde o tak velký a zásadní celospolečenský problém a jen široká spolupráce autorizovaných osob a firem může znamenat rychlou nápravu stavu.

Současné trendy v betonových halách

Betonové haly, také označované jako železobetonové haly, se v současnosti staví podobným způsobem jako haly ocelové. To znamená, že se využívají prefabrikované prvky, které jsou vyrobeny na míru podle konkrétních potřeb projektu a na staveništi se pouze montují. Nové výrobní či skladové haly se dnes již málokdy realizují z klasických stavebních materiálů, jakými jsou například pálené cihly. Železobetonové montované haly jsou dnes výrazně vhodnějším řešením pro větší průmyslové objekty využívající jeřáby, vícepatrové administrativní budovy, vícepatrové sklady či rekreační střediska s maximálními požadavky na bezpečnost a odolnost proti požáru.

Díky tomuto vstupnímu plánování jsou prefabrikované haly často používané pro skladové a expediční účely, protože skladové železobetonové haly jsou realizovatelné ve velmi krátkém čase a za nízké náklady oproti standardní zděné výstavbě. Každá firma, která plánuje stavbu haly ví, že než hala skutečně vznikne, tak to trvá a každý den čekání navíc stojí firmu nemalé peníze.

Konstrukce a materiály

Železobetonové skelety/haly jsou typem montovaných konstrukcí, které se skládají z prefabrikovaných železobetonových prvků. Tyto prvky se na místě stavby spojují do nosného skeletu, který tvoří základ haly. Betonové konstrukce se typicky skládají ze sloupů, překladů, vazníků, vaznic a u vícepatrových hal stropních betonových panelů. Ekonomickým rozpětím střešního pláště bývá dána osová vzdálenost vazníků zpravidla kolem 6 metrů. Stropní desky v závislosti na rozponu a požadavků na kvalitu podhledu lze provádět buď s použitím filigránových desek nebo stropních předpjatých panelů. Svislou komunikaci lze řešit individuálně řešenými schodišti, výtahovými šachtami.

K opláštění betonových hal se požívají především sendvičové panely z pěnového jádra z PUR / PIR a ocelových plechů s profilovanými, hladkými nebo vlnitými povrchy a viditelným nebo skrytým upevněním. Izolační jádro PUR/ PIR splňuje nejvyšší standarty tepelné izolace. Střešní a stěnové opláštění se pak realizují z různých materiálů, např. PUR/PIR panely, trapézové plechy, betonové panely s možností zateplení, atd. Střešní pláště se zpravidla dělají skládaným způsobem trapézový plech, tepelná izolace a hydroizolace.

Výhody železobetonových konstrukcí PREFA

• Pevnost a odolnost: Železobetonový skelet poskytuje vysokou pevnost a odolnost.
• Flexibilita designu: Železobetonové konstrukce umožňují flexibilitu při návrhu a přizpůsobení haly potřebám zákazníka.
• Vysoká požární odolnost: Železobetonové konstrukce mají vysokou odolnost proti ohni. Beton je nehořlavý materiál a ocelové výztuže vytvářejí pevný a odolný systém. Různé druhy betonu dokážou bez problémů odolat i takto vysokým teplotám a zajišťovat stále stejné nosné vlastnosti. U betonových konstrukcí tak nehrozí zhroucení v důsledku nadměrně vysokých teplot.
• Nízké náklady na údržbu: Železobetonové skelety vyžadují relativně nízkou údržbu. Beton je trvanlivý materiál a odolává vlivům povětrnostních podmínek.

Beton je staletími prověřený konstrukční materiál, který se vyznačuje značnou požární odolností a únosností. Beton nabývá při použití v nosných konstrukcích velmi dobrých kvalit. Působením tlaku se betonová konstrukce stává velmi pevnou a vydrží i nadměrnou zátěž. Pevnost a tuhost lze ještě zvýšit zapojením železa. To umožňuje vyrábět prefabrikované betonové díly o něco tenčí oproti jiným typům stavebního materiálu, a to při zachování stále stejných nosných a tuhostních schopností.

Realizace a dodávka

V současnosti se haly s konstrukcí z betonu montují z prefabrikovaných dílů. Ty se vždy vyrábějí dopředu na míru přímo pro konkrétní projekt tak, aby do sebe veškeré prvky perfektně zapadaly. Díky tomuto způsobu stavby se betonové montované haly a železobetonové haly pyšní velmi rychlou realizací. Využitím předvytvořených dílů se zase snižuje cena rozsáhlých budov. Prefabrikované železobetonové prvky také přispívají k rychlosti a efektivitě samotné výstavby. Díky výrobě v kontrolovaných továrních podmínkách je dosaženo vysoké kvality jednotlivých dílců a minimalizace chyb, které by se mohly objevit při běžném odlévání na staveništi.

Železobetonové konstrukce jsou díky své univerzálnosti vhodné nejen pro průmyslové a výrobní haly, ale také pro administrativní, sportovní či skladové prostory. Konstrukční systém umožňuje širokou variabilitu dispozičního řešení, což znamená, že každá hala může být přizpůsobena konkrétním požadavkům klienta, včetně možnosti integrace dalších prvků, jako jsou schodiště, podlaží nebo zateplené panely.

tags: #hala #z #predpjatych #betonovych #vazniku #informace

Oblíbené příspěvky:

• Krycí šířka palubky a její použití
• ochrana střech a základů DEKPLAN
• Náhradní díly žhavicí lišty pro Volkswagen Golf TDI 85kW
• technické specifikace izolačních skel
• Vyberte si ideální skříňku pod umyvadlo 50 cm