Spřažená betonová deska: Komplexní řešení pro rekonstrukce a nové konstrukce

Spřažené betonové desky představují moderní a efektivní řešení v oblasti pozemního a mostního stavitelství, a to jak při realizaci novostaveb, tak především při rekonstrukcích stávajících objektů. Tato technologie umožňuje výrazně zvýšit únosnost a tuhost konstrukcí, prodloužit jejich životnost a splnit soudobé požadavky na požární odolnost, akustiku či velikost zatížení.

Rekonstrukce stávajících dřevěných trámových stropů

S rekonstrukcemi stávajících dřevěných trámových stropních konstrukcí se setkáváme poměrně často, zejména při snaze maximálně využívat objekty postavené v 19. a na počátku 20. století v centrech měst. V mnoha případech se tyto stropy dochovaly v dobrém fyzickém stavu, jsou dodnes funkční a vhodný zásah může velmi výrazně prodloužit jejich použitelnost a celkovou životnost.

Častým problémem je nadměrný průhyb stávající konstrukce a také zvýšené soudobé požadavky na požární odolnost, požadavky akustiky či velikost zatížení působící na konstrukci při daném způsobu využití objektu. Byly vyvinuty různé metody, jak zvýšit únosnost a tuhost dřevěné stropní konstrukce. Jednou z "modernějších" metod je zesílení trámového stropu metodou spřažení s dodatečně nadbetonovanou deskou.

Při návrhu a realizaci nové železobetonové spřažené desky na půdě bytového domu je klíčové dodržet specifikace statického posudku. Příkladem může být poptávka zákazníka na zhotovení nové ŽB spřažené desky o tloušťce 60 mm, jejíž součástí bude kari síť a hřebíkové pole, obojí specifikované ve statickém posudku.

Rozsah prací při realizaci spřažené desky

Před realizací nové spřažené desky je často nutné odstranit původní trámový strop pobitý krajinkami, zásyp ze škváry a půdovky. Tyto práce obvykle zajišťuje objednatel svépomocí. Následně je potřeba provést:

Čtěte také: Využití betonových prken v zahradě

• Položení nového prkenného záklopu.
• Montáž hřebíkového pole a spon se stávající deskou u již stávajícího podkroví.
• Položení kari sítě, svázání s hřebíkovým polem, bednění a dilatační pásky.
• Doprava a rozlití betonu.
• Péče o beton po dobu zrání.
• Úklid.

Betonáž se často provádí bez podstojkování a klade se důraz na vysokou rovinnost, například 2 mm/2 m. Pokud rovinnost nebude zajištěna, je nutné desku zbrousit nebo dolít samonivelační stěrkou.

Princip dřevobetonové spřažené konstrukce

Spřažená konstrukce využívá zejména vhodného rozložení napětí ve vzniklém nosném „T“ průřezu, kdy dřevěný trám přenáší tahová napětí a spolupůsobící betonová deska je namáhána především tlakem. Důležitou roli zde plní prvky spřažení, kterých existuje celá řada. Běžné je používání kolíkových spojovacích prostředků v podobě hřebíků a vrutů. Postupně se vytvářely modernější způsoby spřažení, které jsou pak aplikovány zejména u stropních konstrukcí novostaveb.

Tuhost a únosnost spoje je obvykle ovlivněna mezivrstvami mezi nosnými částmi profilu, např. bedněním. Předpokládá se i vliv separační fólie, aplikované z důvodu zamezení vniku technologické vlhkosti z betonáže do dřeva.

Vliv separační vrstvy na dřevobetonové spřažené konstrukce

Jednou z klíčových otázek při návrhu a realizaci dřevobetonových spřažených konstrukcí je vliv separační vrstvy na styku dřevěné a betonové části průřezu na tuhost kompozitního systému a na vlhkostní poměry v dřevěné konstrukci.

Účinnost poddajného spoje

Účinnost poddajného spoje u spřažené konstrukce lze nejlépe popsat pomocí modulu prokluzu spoje K [N/mm]. Pro stanovení této veličiny lze použít výpočet dle EC5, který se vztahuje pouze na spoje bez mezivrstev na styku dřevěného trámu a betonové desky. Modul prokluzu pro jiné typy průřezů nebo obecně přesnější hodnotu je možno stanovit pouze experimentálně v souladu s ČSN EN 26891.

Čtěte také: Postup výroby betonových prken

Experimenty potvrdily předpoklady, že použitím mezivrstev dochází ke snížení modulu prokluzu, přičemž výrazný vliv má zejména použití separační fólie. Modul K se snižuje s rostoucí hodnotou zatížení.

Vliv separační vrstvy na vlhkost dřeva

Po aplikaci mokré betonové směsi na bednění u modelů stropních konstrukcí byl potvrzen předpoklad o nárůstu objemové vlhkosti v dřevěném bednění, který ovšem nebyl nijak markantní. U modelů stropů s aplikací směsi liaporbetonu, která měla vodní součinitel w/c = 0,38, došlo po betonáži k nárůstu vlhkosti bednění průměrně o 0,81 %. Jsou patrné jisté rozdíly nárůstu vlhkosti u modelů s různým typem spřažení.

Použití separační vrstvy je odůvodnitelné zejména v případě rekonstrukcí historicky cenných stropních konstrukcí, např. s malovaným záklopem nebo trámy, kdy by případné vnesení technologické vlhkosti z betonáže znamenalo jejich poškození, nebo také v případech aplikace betonové směsi s vysokým vodním součinitelem, kdy by nadměrná vlhkost mohla negativně ovlivnit mechanické vlastnosti dřeva.

Z praktických zkušeností je známo, že použití separační vrstvy může způsobit nevhodné uzavření proniknuté vlhkosti v dřevěné konstrukci s podhledem, protože je znemožněno vysychání záklopu směrem nahoru. Také betonová směs nemá možnost vysychat směrem dolů. Možným řešením této stavebně-vlhkostní problematiky je užití difúzní fólie vhodně reagující na vlhkostní poměry v konstrukci, která nepropustí nadměrnou vlhkost směrem dolů, ale umožní vysychání dřeva podle potřeby.

Dle výsledků provedených experimentů můžeme říci, že při aplikaci betonové směsi s vodním součinitelem do hodnoty cca 0,4 není u dřevobetonové konstrukce nutné používat separační mezivrstvu mezi betonem a bedněním. Při statickém návrhu spřažené konstrukce je nutno při posuzování spoje uvažovat s modulem Kser stanoveným na základě experimentálních zkoušek, pro výpočet této veličiny při aplikaci separační vrstvy neexistuje žádná platná metodika. Z výše uvedených důvodů je použití separační fólie nevhodné a nutnost její aplikace je potřeba důkladně zvážit.

Čtěte také: Dlažba pro nevidomé BEST – KLASIKO

Návrh spřažených betonových konstrukcí a softwarová podpora

U železobetonových konstrukcí se můžeme setkat s řešením zesilování konstrukcí nebo s rekonstrukcí pomocí nové spřažené betonové vrstvy. Navrhování nové betonové vrstvy spřažené pomocí smykových spřahovacích prvků je pro projektanty a uživatele stále důležitější vzhledem k rostoucímu počtu rekonstrukcí. Běžný návrh v souladu se standardy je však časově náročný a dosud se používaly různé tabulky a výpočty, např. ve formě excel dokumentu. Kvůli omezeným možnostem se dosud při návrhu používaly vzorce z Eurokódu 2 (EN 1992-1-1) nebo dokonce jen tabulky.

Samotná EN 1992-1-1 přímo neřeší návrh smykových spřahovacích prvků. Norma shrnuje hlavní mechanismy a principy, přičemž bere v úvahu přilnavost obou materiálů, tlak a tření, a předpokládá se, že při spojení mezi dvěma betonovými deskami je ideálně ukotven spřahovací prvek (předem zabetonovaný).

Na rozdíl od Eurokódu předpis EOTA TR 066 (European Organisation for Technical Assessment - Technical Report) bere navíc v úvahu i vliv konkrétních vlastností spřahovacího prvku a na základě tohoto předpisu musí být zkontrolovány všechny možné způsoby selhání.

Hilti PROFIS Engineering - Modul Spřažení beton - beton

Pro zjednodušení návrhového postupu přináší společnost Hilti nový modul v rámci softwaru PROFIS Engineering - Spřažení beton - beton. Vzhledem k tomu, že ruční výpočet podle EOTA TR 066 a zvažování různých vlastností spřahovacího prvku je zdlouhavý proces, rozhodla se společnost Hilti vyvinout tento modul pro návrh dodatečně osazeného smykového spřahovacího prvku.

Výhody pro projektanty:

• Řešení v souladu s normami a podporované certifikátem produktů ETA.
• Výrazné snížení času na návrh na několik kliknutí.
• Možnost vytvořit detailní Protokol s výpočty a se všemi relevantními informacemi, včetně podrobností o výpočtech, odkazů na normy, informací o produktech (včetně čísel výrobků a počtu smykových spojek na zónu) a 2D diagramu s podrobnou tabulkou pro montáž spřahovacích prvků.

Návrh v softwaru Hilti PROFIS Engineering je jednoduchý a rychlý, zahrnuje 5 kroků:

1. Výběr správného typu řešení (spřažení konstrukcí).
2. Zadání geometrie.
3. Zadání zatížení.
4. Výběr spřahovacího prvku.
5. Určení podmínek montáže (přičemž drsnost má zásadní význam).

PROFIS Engineering automaticky optimalizuje rozvržení spřahovacích prvků tak, aby poskytovaly nejefektivnější využití a zároveň použití daného materiálu na stavbě.

IDEA StatiCa Beam - pro spřažené betonové konstrukce

Prefabrikované nosníky z předpjatého nebo železového betonu spřažené s monolitickou železobetonovou deskou jsou v současnosti velmi populární. Statici poměrně často čelí složitým úlohám jako jsou například spřažené nosníky, kdy jsou obě spřažené části nosníků vybetonovány v různých časech. Což automaticky znamená uvažovat různé moduly pružnosti, postupné vkládání zatížení, rozdílné dotvarování a smršťování způsobující ve vláknech přilehlých ke spáře nestejná přetvoření a napětí. Je však třeba zajistit, aby byly obě části plně spřaženy, jelikož posudky na ohyb a smyk jsou založeny na tomto předpokladu.

IDEA StatiCa Beam je aplikace pro modelování, navrhování a posuzování spřažených nosníků, ať už z předpjatého nebo železového betonu.

Hlavní funkcionality IDEA StatiCa Beam:

• Modelování: Umožňuje návrh tvaru průřezu, s možností využití obecného průřezu pro nestandardní tvary.
• Zatěžovací stavy: Kromě automaticky vytvořených zatěžovacích stavů (vlastní tíha, ostatní stálé a proměnné zatížení) lze aplikovat uživatelem definované vnitřní síly z MKP programu. Lze kombinovat oba typy předpětí - předem a dodatečně předpínané kabely, jejichž návrh probíhá v aplikaci IDEA StatiCa Tendon.
• Fáze výstavby: Uživatel definuje časovou osu, stáří betonu a statické schéma v jednotlivých fázích výstavby.
• Výpočet a výsledky: Po definování všech potřebných dat lze spustit časově závislou analýzu (TDA) a následně provést návrh a posouzení ŽB nebo předpjatého spřaženého průřezu. Lze posoudit všechny fáze výstavby nebo jen ty kritické.
• Protokol: Součástí je vyhotovení komplexního protokolu o posudcích.

Pro pokročilé uživatele jsou k dispozici odborné články pojednávající o implementovaných algoritmech a posudcích spřažených průřezů, například "Smyk ve spáře mezi spřaženými částmi betonového průřezu", nebo o správném zadání roviny přetvoření z vnitřních sil v aplikaci IDEA StatiCa RCS. V galerii vzorových projektů lze nalézt řešení spřažených konstrukcí kombinujících železový a předpjatý beton.

tags: #sprazena #betonova #deska

Oblíbené příspěvky:

• Vše o plochých střechách najdete zde
• Vlastnosti broušeného betonu
• proč zvolit vápenocementovou omítku pro vaši stavbu
• Návrat vinylů a ústup CD
• Návrat vinylů a ústup CD