Nosné dřevěné sloupy, vruty a kotvení v dřevostavbách

Z množství realizovaných dřevostaveb a pozitivních zkušeností s jejich užíváním je zřejmé, že dřevo a materiály na bázi dřeva patří k efektivním konstrukčním materiálům pro střešní konstrukce, stropní i stěnové konstrukce domů. V příspěvku jsou shrnuty poznatky a závěry z teoretického řešení, navrhování a realizace nosných dřevěných konstrukcí domů řešených na Ústavu kovových a dřevěných konstrukcí Fakulty stavební VUT v Brně.

Dřevěné konstrukce a jejich spojování

V nosných konstrukcích domů byly používány prvky a dílce vyrobené z rostlého dřeva, lepeného lamelového dřeva (zejména v případech výskytu tvarově zakřivených nebo lomených prvků a nosníků většího rozpětí). V některých případech byla základní konstrukce domů vytvořena z dílců profilového průřezu (STEICO, lepené profily vyrobené z materiálů na bázi dřeva). Jako spojovací prostředky byly u rodinných a obytných domů používány tesařské a kolíkové spoje. Ponejvíce hřebíky, svorníky, vruty a sponky a ocelové spojovací elementy.

Vzhledem ke své montážní jednoduchosti, nevyžadující přídavné spojovací ocelové elementy, a vyhovující únosnosti, se osvědčily spojovací prostředky typu SFS (firmy SFS intec). V případě speciálních staveb, jako například horského objektu, byly použity kolíkové spoje s vkládanými styčníkovými plechy. V prostorových styčnících bylo třeba vzájemně spojit vždy několik prvků (sloupů, příčných a podélných průvlaků, výztužných prutů, a v napojení na střešní konstrukci pak rovněž krokví a vaznic).

První domy s obyvatelným podkrovím (typu Martina, Vega, Marcela podle architektonického a dispozičního návrhu prof. Ing. arch. J. Myslína) byly postaveny v roce 1994 a od té doby bylo realizováno velké množství domů tohoto typu v různých modifikacích v ČR i v zahraničí. Využívání podkrovního prostoru se ukázalo, rovněž dle názoru uživatelů těchto domů, jako velmi účelné.

Spoje a přípoje dřevěných prvků jsou uvažovány kolíkového typu - ocelové hřebíky, vruty, svorníky, přesné svorníky (tj. kolíky opatřené na koncích závitem, podložkou a maticí) a kolíky - s vloženými ocelovými plechy, případně mohou být použity systémové tvarové elementy. Pomocí ocelových svařovaných prvků vyrobených z plechů tloušťky 8 mm a kolíkových spojovacích prostředků (přesných svorníků a kolíků) průměru 16mm byly řešeny silně namáhané přípoje prutů. Spoje s ocelovými vloženými styčníkovými plechy a kolíkovými spojovacími prostředky jsou vhodným typem spojení také u konstrukcí vyrobených z kulatiny.

Čtěte také: Jak vlhkost ovlivňuje OSB desky

Mechanické spoje jsou součástí prakticky všech typů dřevěných konstrukcí. V závislosti na typu konstrukce může být vliv poddajnosti spojů na únosnost a přetvoření konstrukce nepodstatný anebo zásadní. Na celkové chování konstrukce má významný vliv poddajnost spojů v přípojích a stycích nosných prvků konstrukce a poddajnost podpor v místech uložení dřevěné konstrukce na spodní stavbu.

Dřevěné stropy a jejich stabilita

Dřevěné stropy vzájemně oddělují jednotlivá poschodí nebo slouží jako horní uzávěr místností/prostorů. Výhodou dřevěných stropních systémů je rychlá a suchá montáž, úspora tíhy, bezprostřední plná statická účinnost a v neposlední řadě ekologické přednosti (příjemná obytná atmosféra). Stropem rozumíme celý konstrukční systém, přitom rozlišujeme tři funkční vrstvy: skladbu podlahy, nosnou strukturu a stropní podhled. Protože zvolená nosná struktura je dominantní vrstva, označují se stropní systémy podle této nosné vrstvy.

Volbu stropního systému a skladbu vrstev ovlivňují požadavky na zvukovou izolaci, požární ochranu, odolnost proti kmitání, rozpětí a estetické požadavky, pozornost si také vyžaduje připojení stropu ke stěnám. Strop je stěžejní pro stanovení charakteru vnitřních prostorů.

Pro zamezení přenosu zvuku uvnitř budovy jsou potřebná různá opatření pro zvuk šířící se vzduchem a pro zvuk šířící se pevným materiálem. Zvuk šířící se vzduchem se redukuje zvýšením hmotnosti a dvouplášťovým provedením, u zvuku v pevném materiálu se musí dbát na to, aby do konstrukce nebyl zaveden kročejový hluk, nebyl předán dále a vyzařován. Ochrana proti zvuku šířícímu se vzduchem je tím lepší, čím vyšší je hodnota dB.

Trámové stropy jsou vytvořeny z prutových konstrukčních prvků. U panelových stropů se rozlišuje mezi skříňovým panelem a žebrovým panelem. U obou systému náleží ke statickému systému velkoplošný plášť z desek OSB, vrstveného dřeva nebo třívrstvých desek z rostlého dřeva apod. U masivních dřevěných stropů se rozlišují systémy s lineárním nosným chováním a systémy s plošným nosným chováním. K lineárním systémům patří strop z rostlého dřeva (nosníky nebo řezivo na stojato uložené vedle sebe a spojené mechanickými spojovacími prostředky) a strop z lepeného lamelového dřeva.

Čtěte také: Kompletní průvodce nosností a tloušťkou betonu

Výhodou soustav s připojením krokví do stropních nosníků je vytvoření základního trojúhelníkového útvaru. Tím se podstatně zmenší hodnoty vodorovných reakcí působících na obvodové stěny. Stropní nosníky působí v podstatě jako vazné trámy. Konstrukci střešní i stropní je nutné vyšetřovat jako jeden spolupůsobící celek pro všechny účinky zatížení. Uvedený typ lze použít pro soustavy s posuvným i neposuvným hambalkem. Hambalky profilu 2×80/220 jsou využity i jako stropní nosníky mezistropu. Zdvojené nosníky stropní konstrukce profilu 2×80/220 spolupůsobí s krokvemi střešní konstrukce. Pokud jsou stropní nosníky navrženy s převislými konci je nutné v místech podpor provést svislice, případně průvlak probíhající nad obvodovou stěnou, aby nevznikaly vysoké hodnoty ohybových napětí ve stropních nosnících. Krokve jsou podepřeny na horním pásu průvlaku, stropní nosníky na dolním pásu.

Nosná vrstva stropních konstrukcí je vyrobena z deskových materiálů na bázi dřeva. Prostorová stabilita je zabezpečována výztužnými stěnami s opláštěním provedeným původně z cementotřískových desek (Cetris), v současné době dřevotřískových (OSB) nebo sádrovláknitých desek (Rigidur nebo Fermacell).

Příklad realizace: Horský hotel Andula

V roce 2010 byla projekčně zpracována nosná dřevěná konstrukce patrové budovy - horského hotelu Andula v lokalitě Friesovy boudy v Krkonoších. Budova ubytovacího zařízení má obdélníkový půdorys rozměrů cca 17×37 m. Jedná se o částečně podsklepený dvoupodlažní objekt s obytným podkrovím. Úrovně jednotlivých podlaží jsou navrženy na kótách cca ±0,0 m, +4,30 m a +7,45 m, hřeben sedlové střechy se nalézá na výškové úrovni cca +12,95 m.

V prvním nadzemním podlaží (přízemí) se nachází vstupní prostory, restaurace, kuchyně s provozními prostory, hygienické prostory a garáž pro rolbu s dílnou. Ve druhém nadzemním podlaží jsou situovány ubytovací prostory, v podkroví se nacházejí obytné prostory. Objekt má navržen nosný dřevěný skeletový systém, vstupní a komunikační sekce budovy v prostoru 1. NP a 2. NP je uvažována v kombinaci zděných a železobetonových konstrukcí.

Nosná dřevěná konstrukce budovy tvoří prostorový prutový systém s nosnými plošnými stěnovými a stropními prvky. Sloupy jsou navrženy vždy na výšku podlaží a jsou kloubově uložené na obou koncích. Sloupy mají obdélníkový nebo čtvercový průřez s šířkou 160 až 240 mm a výškou 200 až 350 mm. Kotvení sloupů k základům je uvažováno pomocí ocelových kotevních botek a chemických lepených kotev.

Čtěte také: specifikace žlabů OBO Bettermann

Průvlaky jsou osazeny na nosných sloupech konstrukce budovy, a to v podélném i příčném směru. Působí jako prosté nebo spojité nosníky. Průvlaky mají obdélníkový průřez šířky 160 až 240 mm a výšky 300 až 650 mm. Jsou připojeny ke sloupům objektu, případně k výztužnému jádru. Stabilita průvlaků je zajišťována stropními nosníky se záklopem. Stropní nosníky 1. NP a 2. NP jsou navrženy z obdélníkového průřezu z rostlého dřeva (C24) dimenze 140×300 mm (strop nad 1. NP), resp. 120×280 (strop nad 2. NP). Jsou osazeny v osových vzdálenostech 0,625 m a jsou podporovány příčnými průvlaky, resp. výztužným jádrem. Staticky působí jako prosté nosníky.

Krov (konstrukce sedlové střechy) sestává z vaznic, pozednic (resp. podélných průvlaků), podpůrných sloupů, vzpěr, krokví, kleštin, šikmého bednění z prken a doplňkových prvků. Střední vaznice (240×450 mm) jsou podporovány sloupy, vrcholová vaznice (240×450 mm) je podporována šikmými vzpěrami nebo sloupy. Dimenze sloupků krovu jsou navrženy 160×260 mm, 200×200 mm, resp. 160×350 mm. Pozednice (podélný průvlak) je provedena z obdélníkového průřezu 240×400 mm. Je podporována sloupy budovy, ke kterým je kloubově připojena. Krokve v místě vazeb mají obdélníkový průřez a jsou provedeny z lepeného lamelového dřeva GL24 dimenze 160×260 mm. Ostatní krokve jsou taktéž obdélníkového průřezu ze dřeva rostlého C24 rozměrů 140×260 mm. Krokve jsou podporovány vrcholovou vaznicí, středními vaznicemi a pozednicemi. Krokve jsou nad vaznicemi sepnuty oboustrannými kleštinami 2×120×280 mm nebo kleštinami jednostrannými dimenze 100×200 mm. Ve štítových stěnách jsou dále doplněny jednostranné kleštiny 120×280 mm i pod vrcholovou vaznicí.

Plochá střecha je tvořena příčnými průvlaky a vaznicemi. Příčné průvlaky jsou obdélníkového profilu dimenze 160×400 mm, které jsou kloubově připojeny je sloupům. Vaznice jsou připojeny k těmto průvlakům. Působí jako prosté nosníky, jejich dimenze je navržena 200×400 mm. V prostoru před restaurací je u podélné obvodové stěny navržena markýza s vyložením cca 2,20 m. Markýza je tvořena podélně orientovanými prvky 120×240mm (C24), které jsou vynášeny průvlaky z lepeného dřeva GL24 rozměrů 160×400 mm.

Stěnové panely jsou uvažovány s dřevěnými výztužnými prvky a oboustranným nosným opláštěním ze sádrovláknitých desek Rigidur tloušťky 12,5 mm. Stěnové panely se zásadním způsobem podílejí na zabezpečení prostorové tuhosti budovy. Přípoje plošných prvků k dřevěným výztužným prvkům je provedeno pomocí ocelových systémových sponek Rigidur. Desky jsou připojeny ke všem vnitřním dřevěným prvkům stěn.

Výrobní dokumentaci nosné dřevěné konstrukce zpracovala firma TAROS NOVA, s.r.o. v roce 2011.

Kotvení zahradních staveb a typy kotev

Životnost zahradních staveb ze dřeva prodloužíme hlavně tím, že je dobře ukotvíme a současně zamezíme přímému styku s terénem. K tomu slouží standardní upevnění pomocí ocelových kotev, držáků, příchytek a podobně. Zahradní dřevostavby bývají dnes již poměrně dobře chráněny proti vodě shora, například úpravou tlakovou impregnací. Více je ale ohrožuje voda ze spodu. Způsob upevnění tak musí zajistit stabilitu stavby, ale také ochranu proti zemní vlhkosti.

Typy kotev pro dřevěné sloupy:

• Kotva sloupu - k zarážení: Používá se především pro měkké půdy, kde je to nejrychlejší způsob jak sloupy v terénu usadit. Je vhodná jak pro pergoly, tak i pro plotové sloupky. Na místě, kde má být sloup zasazen, vyhloubíme díru asi 20 x 20 cm. Doprostřed zatlačíme hrot kotvy se zasunutým přípravkem na zatloukání a těžkým kladivem zarazíme kotvu do požadované hloubky. Potom otvor kolem kotvy zahrneme zeminou, kterou dobře udusáme. Dodatečné upravení polohy sloupu je možné pomocí přestavitelné hlavice kotvy.
• Kotva L k upevnění svorníky: Slouží k upevnění sloupků do výšky 95 cm pomocí svorníků na předem připravené základy se zabetonovanými šrouby. Pro sloupy pergol 90 x 90 mm je možné pojistit upevnění podpěrami. Touto kotvou, stejně jako kotvou U - k upevnění svorníky a kotvou s plošinou můžeme také upevňovat sloupy k dřevěným plošinám.
• Kotva H k zabetonování: Patří k nejstabilnějším způsobům upevnění sloupů pergol. Kromě ní existuje ještě například úhelníková kotva nebo třmenová kotva. Do terénu vyhloubíme ve vyznačených místech základové díry 30 x 30 cm do hloubky asi 70-80 cm. Do připravené díry na pomocný laťový trám zavěsíme sloup pergoly s upevněnou kotvou - H na konci. Svislou polohu sloupu provizorně zajistíme latěmi. Nyní máme ještě možnost vodováhou a pomocí pásma odměřit a opravit polohu, vzdálenosti, kolmost a výšky sloupků. Teprve pak můžeme díru zalít betonem. Když beton asi po dvou dnech vytvrdne, lze pomocné latění odstranit a začít s montáží. Postup práce s úhelníkovými a třmenovými kotvami je stejný.
• Příchytka konstrukčních částí: Mřížky a výplně pergol upevňujeme úhelníkovými příchytkami, které jsou na jednom křidélku opatřeny vrutem a na druhém upevňovacími otvory.
• Botka na upevnění trámů: Na upevnění trámů a sloupů ke stěnám použijeme botky, které zazdíme do stěny. K vystupující části upevňujeme botkou vruty svislé i vodorovné části konstrukce. Svislé a vodorovné trámy můžeme vzájemně spojovat také kotvami U.

Kotevní patky - fenomén tohoto desetiletí

Kotevní patky - fenomén tohoto desetiletí - přišly na trh jako výrazný pomocník při ukotvování nejrůznějších stavebních konstrukcí k podkladu. Nejčastěji se s jejich využitím setkáváme při kotvení dřevěných konstrukcí (trámů, kůlů a hranolů) do betonu či země. Umožňují velmi rychle a zároveň pevně a dlouhodobě spojit váš projekt se zemí. Pomocí kotevních patek také docílíte odsazení dřevěných prvků od podkladu a zamezíte tak vlhnutí konstrukce odspodu. Při stavbě pergoly, garážového stání, altánu či terasy se bez nich neobejdete a při dodržení základních pravidel Vám budou sloužit dlouhé roky. Na trhu naleznete kotevní patky několika druhů a typů. Výběr kotevních patek musíme zvážit již při projektování stavby. Patky je možné do podkladu vložit již při jeho budování, nebo je lze ukotvit do již hotového podkladu. Podle toho zvolíme buď kotevní pilíře nebo patky do betonu.

Typy kotevních patek dle způsobu instalace:

• Patky do betonu: Tyto patky se do podkladu vkládají již při jeho tvorbě, tzn. nejčastěji při betonování základové desky. Součástí takové patky je nejčastěji ocelový trn (roxor, betonářská tyč), který zalijete betonem. Přibližně ¾ délky roxoru přitom musí být zabetonované a zbylá ¼ bude viditelná nad podkladem. Pokud dbáte na estetiku, je možné tuto vyčnívající část zasypat kačírkem nebo štěrkem. Kotevní patku s trnem je samozřejmě možné použít i do již vytvořeného podkladu. Montáž je však náročnější, protože je třeba do betonu vyvrtat odpovídající otvor, do kterého následně za pomoci chemické kotvy (malty) ukotvíte trn kotvy.
• Kotevní pilíře: Na rozdíl od patek do betonu je použijete do již připraveného podkladu. Součástí kotevního pilíře je deska, kterou k podkladu přichytíte pomocí kotevního materiálu. V závislosti na zatížení pilíře použijete buď klasické hmoždinky a vruty (v případě nízkého zatížení), nebo ocelové svorníkové kotvy odpovídající vyššímu zatížení (například o průměru 10 mm). Kotevní pilíře mohou mít buď podobu samostatné patky, patky s trubkou navařenou na kotevní desku nebo botičky.

Stavby nemusíme nutně kotvit pouze do betonu. Často stačí některé konstrukce upevnit pouze do země bez betonování. Toho docílíme pomocí zemních vrutů nebo kotvících hrotů.

Typy kotevních patek dle tvaru horní části:

Při uchycení dřeva je dobré, aby dřevo nebylo v přímém kontaktu s vodorovnou částí kotevní patky. Docílíte tak výborné ochrany před půdní vlhkostí.

• Tvar „U": Nejběžnějším tvarem vrchní části patky je tvar písmene „U". Taková kotevní patka je univerzální a nevyžaduje žádné specifické uchycení ani spojovací materiál. Speciálním případem „U" patky je patka s prolisem.
• Tvar „L": Po těchto patkách sáhneme, pokud potřebujeme ukotvit velmi rozměrné trámy či hranoly.
• Tvar „T": Na trhu můžete narazit i na kotevní patku s vrchní částí ve tvaru písmene „T". Takovou patku použijeme, pokud máme vysoké nároky na estetiku. Patku „zasekáme" do trámu, takže zvenčí bude téměř neviditelná.
• Patka s deskou: Další možností, jak kotevní patku co nejvíce skrýt, je patka s deskou.
• Kotevní „botky": Speciálním případem jsou kotevní „botky". Jsou určeny ke kotvení prvků konkrétních rozměrů a tvarů.

Nastavitelná výška patek

Některé kotevní patky mají matici, pomocí které lze nastavit jejich výšku. To je ideální, pokud potřebujeme dorovnat výškové rozdíly mezi jednotlivými patkami, které vznikly například špatným postupem při betonáži nebo rovnání terénu. To je celkem běžný problém, který při montáži nastává.

Materiál a povrchová úprava patek

Při volbě kotevní patky musíme zvážit i její materiál nebo povrchovou úpravu. Volba záleží na zamýšleném využití. Ve většině případů bude stačit pozinkovaná patka, ale v náročnějším prostředí je lepší použít patku z nerezu. Pozinkované patky dělíme ještě na galvanicky a žárově pozinkované.

• Žárové zinkování: Žárové zinkování je jedním z nejlepších způsobů, jak ochránit ocelové prvky před korozí. Má velmi dlouhou životnost a vyznačuje se stejnoměrnou ochranou v ohybech i na hranách. Žárově zinkované patky sice nejsou tak pěkné jako galvanicky zinkované, ale vydrží mnohem déle.
• Galvanické zinkování: Povrch upravený galvanickým pozinkováním má menší odolnost vůči povětrnostním vlivům než po žárovém zinkování, i když vypadají velmi pěkně a „září".
• Nerezová ocel: Nerezové prvky jsou vyrobeny z nerezavějící oceli. Na trhu běžně narazíte na nerezovou ocel A1 až A4, ale nejčastěji se setkáte s prvky typu A2 nebo A4. Nejodolnější nerez A4 (AISI 316) odolává korozi i kyselinám a je možné ji použít i tam, kde je v kontaktu se slanou nebo chlorovanou vodou. Nejpoužívanější nerez A2 (AISI 304) lze použít bez jakýchkoli obav z koroze i ve venkovním prostředí. Nerezové patky jsou zpravidla velmi drahé, a proto se moc nepoužívají. Pro běžné použití rozhodně doporučujeme žárově zinkované kotevní patky.

Přestože jsou kotevní patky snadno dostupné, při stavbě větších a těžších konstrukcí doporučujeme jejich použití (hlavně s ohledem na nosnost) konzultovat s odborníkem. Kvalitu a pevnost patek udává mimo jiné tloušťka plechu. V ideálním případě by tloušťka materiálu měla být alespoň 4 mm.

Zemní vruty a jejich použití

Zemní vruty mají široké použití: pro zahradní chatky, altány, terasy, garážová stání i plotové sloupky. Základy staveb jsou díky nim vybudovány rychle, jsou ihned zatížitelné, není třeba výkopů a betonování a po demontáze stavby lze vruty vyjmout a opakovaně použít. Vruty se vyrábějí z odolného stálého materiálu (oceli nebo plastu), který do dřevostavby nebo plotu nepřenáší vlhkost. I dřevěný plot zůstane suchý a preventivně tak chráněný před vznikem hniloby. Nevyžadují žádnou péči a zůstávají odolné i vůči povětrnostním vlivům.

Použití menších vrutů je jednoduché a rychlé. Stačí si přesně vyměřit místa, kde má být stavba, a pak se již pomocí speciálního ručního kříže vrut zasadí během několika minut. Pro kotvení plotových sloupků můžeme použít malý zemní vrut z tvrdého plastu. Zavrtání vrutu provedeme zavrtávací tyčí, případně ručním křížem. Důležité je přesné určení místa pro sloupek. A to je další výhoda zemních vrutů: Pokud se vrut hned nepodaří zavrtat na správné místo, stačí jej vytočit ven ze země a zavrtat znovu.

Konstrukce pro pergolu může stát volně, nebo být opřena o zeď. Musí udržet rostliny a neohrozit lidi. Po zatvrdnutí přišroubujeme sloupky tak, aby jejich spodní konec byl nad vrchní úrovní betonového základu. Podkladovou konstrukci terasy u domu tvoří trámky připevněné na stabilních podpěrách, ukotvených v zemi buď klasickými kotvami a příchytkami, nebo zemními vruty. V kontaktu se dřevem by neměly být konstrukce podléhající korozi, která mohou způsobit na terase nepěkné skvrny.

Spojovací materiály a doplňkové prvky

Ke spojování jednotlivých dílů konstrukce používáme převážně vruty se šestihrannou hlavou 8 x 50 mm, vratové šrouby M 8 x 120 mm s položkami a maticemi, samořezné šrouby s křížovou drážkou 4 x 40 mm a samořezné šrouby s křížovou drážkou 5 x 60 mm.

Spojovací materiál, který zvolíte na upevnění dřeva do kotevní patky, by měl odpovídat celému projektu. Pokud například volíme nerezové patky, kombinujeme je nejlépe s nerezovými vruty. Závitové tyče, kterými lze dřevo do patky též ukotvit, musíme v místě řezu ošetřit před korozí například zinkovým sprejem. Další možností je použití vrutů.

Pro vyšší odolnost vůči vlhkosti (a hnilobě dřeva), doporučujeme dřevo ošetřit vhodným nátěrem nebo impregnací. Zároveň je vhodné použít patky s prolisem, kde nedochází ke kontaktu dřeva s vodorovnou plochou kotevní patky. Pro vyšší odolnost i lepší vzhled je možné spodní části dřevěných trámů opálit plamenem.

Při betonování základů pro patky, lze pro usnadnění použít buď betonové ztracené bednění, nebo odpadní KGEM (KG) trubku. Betonování doporučujeme provádět do nezámrzné hloubky (80 cm a více), aby nedošlo k popraskání betonu.

Přehled kotevních prvků a jejich použití

tags: #nosny #dreveny #sloup #vrut #kotveni

Oblíbené příspěvky:

• jak vybrat a nainstalovat klimatizaci na střechu
• Inspirace pro práci s dřevěnými srdíčky
• Postupy pro barvení pryskyřice
• Horské kolo mimo terén: Co na to silnice?
• Využití bílých laminovaných desek