PergolyStaré betonové haly: Historie, problémy a udržitelná budoucnost
Montované jednopodlažní haly s nosnou betonovou konstrukcí, často zastřešené předpjatými příhradovými vazníky, světlíky a vaznicemi nesoucími střešní desky, představují významnou část průmyslové zástavby v České republice. Mnoho z nich bylo postaveno v poválečných letech, kdy nastal masivní rozvoj prefabrikace. Například výrobní jednopodlažní šestilodní hala o půdorysných rozměrech 204 × 144 m (bývalá NHKG) byla postavena v letech 1961-63, je tedy cca 50 let stará. Nosná konstrukce haly je betonová - montovaná, osové vzdálenosti sloupů jsou 12,0 × 24,0 m, výška konstrukce 15-16 m. Železobetonové sloupy typu Vierendeel nesou předpjaté příhradové vazníky o skladebném rozpětí 24,0 m, na kterých jsou na dolním pásu umístěny po 3,0 m železobetonové vaznice (krokve po vlašsku) o skladebné délce 12,0 m. Vaznice nesou železobetonové kazetové střešní desky. Přes vazníky jsou provedeny světlíky ve formě montovaných železobetonových rámů. Na konzolách sloupů je umístěna ocelová jeřábová dráha. Založení haly je provedeno na kalichových monolitických patkách, osazených na štěrkopískové terase. Hala je umístěna na území zasažené důlní činností.
Tyto stavby, navzdory své původní odolnosti, se v průběhu let potýkají s řadou problémů a vyžadují komplexní přístup k diagnostice, rekonstrukci a recyklaci.
Historie a vývoj betonových konstrukcí v Československu
První budova s nosnou železobetonovou konstrukcí, podobně jak ji známe dnes, byla postavena v roce 1898 ve Velké Británii. Z počátku dvacátého století začal být beton pro své vhodné konstrukční vlastnosti využíván zejména pro inženýrské stavby, mosty a tovární haly. V architektuře byl v té době ovšem jako neušlechtilý materiál bez vlastní formy odsunut na druhou kolej. Od dvacátých let 20. století se stal jedním z hlavních průkopníků betonových staveb věhlasný francouzský architekt Le Corbusier. Menší hořlavost železobetonových staveb oproti ocelovým konstrukcím zase přispěla k větší popularitě betonu v USA. Zlomovým obdobím pro využití betonu se stala poválečná léta, kdy byl hlavně v Evropě katastrofální nedostatek oceli a železobeton se stal rychlou a levnou náhradou.
I u nás byl beton zpočátku považován za nevhodný materiál pro stavbu domů a byl využíván čistě pro průmyslovou výstavbu. Nejstarším betonovým mostem na našem území je most přes Rokytku v pražské čtvrti Libeň. Ten byl postaven již v roce 1896 a dodnes slouží jak pro silniční, tak pro tramvajovou dopravu. Poprvé byl v běžném stavebnictví v Čechách beton použit při výstavbě budovy Akademie věd v Praze v roce 1912. Tehdy ho konstruktéři využili pro zpevnění základů budovy.
V 60. letech minulého století v bývalém Československu nastal masivní rozvoj prefabrikace. Studijní a typizační ústav v Praze dostal vládní úkol - nahradit ocelové střešní vazníky železobetonem. V roce 1962 byl vyvinut příhradový železobetonový předepnutý vazník typu SPP 6 18/6 a následně pak jeho modifikace.
Čtěte také: Stará prkna nově
Problémy a diagnostika starých betonových hal
Konstrukce haly však již od samotného dokončení vykazovala řadu problémů. Jednalo se zejména o velké průhyby vaznic a celkové rozvolnění (vodorovné deformace) haly. Stavem haly se proto zabývala řada významných odborníků a institucí z oblasti statiky. Během let bylo v různé míře navrhováno zesílení haly a rekonstrukce (zmenšení zatížení střechy). Kromě vyvěšení krokví pomocí ocelových táhel a zesílení jeřábových konzol se ale žádný návrh nerealizoval.
Nové ověřování stavu střechy bylo prováděné v letech 2008-2012. Významnou část doby zabralo získání podkladů k hale a jejich studium. Posuzovatelé poté provedli předběžné vizuální prohlídky z roviny podlahy haly a v části haly i z roviny střechy z vysokozdvižné plošiny. Na první pohled jsou patrné značné deformace betonových krokví, dosahující i přes 100 mm. Konstrukce byla velmi úsporně dimenzována a to jen na mezní stav únosnosti. Dřívější výpočty a přepočty maximálně využily všechny dostupné možnosti tak, aby konstrukce vyhověla. Narůstající deformace vaznic se sekundárně projevily rozevíráním spár mezi střešními deskami. Příčný tvar vaznice ve formě otevřeného „C” není vhodný. Konstrukce již byla v minulosti z důvodu narůstání průhybu upravována a zesilována (vyvěšení krokví pomocí ocelových táhel, přes vazníky).
Kromě toho se ukázalo, že tehdejší živičná hydroizolace nebyla v modifikovaném provedení, které by se vyrovnalo s tepelnými deformacemi a mělo povrchovou úpravu odolnou proti UV záření. Záhy začalo střechou zatékat. Vazník byl vyroben ze tří dílů po 6 metrech s osazenými prostupy pro předpínací výztuž. Na stavbě byl sestaven, předepnut a na závěr měl být ve svislé poloze zainjektován. Mnohdy se to nepovedlo, zejména v horních částech diagonál. Navíc špatná zálivka horní kotevní oblasti vytvořila houbu, která kotevní oblast zásobovala srážkovou vodou. Ta pak vtékala do kabelů v diagonále a nastala koroze. Ta však nebyla jediným problémem - vazníky trpěly i nerovnoměrným napnutím jednotlivých drátů vlivem neodborného předepnutí. Na existující problém poukázala havárie ve skladu v roce 2018, kdy tento typ vazníku spadl.
Průzkum střechy
Prohlídkou bylo zjištěno, že se stále jedná o původní střešní kazetové desky (s řadou trhlin). Na střechu byly postupně dolepovány různé vrstvy hydroizolace. Bylo proto rozhodnuto provést 10 sond do střechy za účelem ověření skutečné skladby a tíhy střešního pláště.
Bylo zjištěno, že plášť se skládá ze tří vrstev (asfaltová hydroizolace, betonová mazanina a pěnobeton) o max. tíze 1,23 kN/m2 (nižší hodnota než ta, se kterou bylo uvažováno v původních výpočtech). Vzhledem k množství zkoušek betonu prováděných dříve a dostatečném přehledu o kvalitě betonu, bylo rozhodnuto provádět jen nedestruktivní ověření vlastností betonu a to na sloupech. Bylo ověřeno, že beton je stále v dobrém stavu a dostatečné pevnosti.
Čtěte také: Židlička Fischel: Historie a původ
Bylo provedeno ověření průhybů tří vaznic (krokví). Jednalo se o vaznice, které byly již dříve sledovány. Byl tedy předpoklad získání časové změny průhybů. Proto bylo rozhodnuto průhyby měřit obdobnou metodou, jak to prováděli předchozí posuzovatelé. Pro vlastní měření byl jako měřičská základna použit ocelový drát (struna), vedený od jednoho uložení vaznice (krokve) na vazníku k uložení druhému. Při měření se stanovila svislá vzdálenost drátu od spodního líce vaznice (krokve). Na jedné vaznici byl naměřen průhyb o cca 12 mm větší než v roce 1989. Na dvou dalších pak paradoxně menší o 17 mm, respektive o 23,7 mm než v roce 1989. Bylo zřejmé, že deformace se nijak výrazně nezvětšují. Velký vliv na měření měla i vlastní nerovnoměrné natočení „C” průřezu vaznice.
Po analýze předběžných prohlídek a ověření průhybů bylo rozhodnuto o provádění podrobných prohlídek celé haly. Hala je půdorysně značně rozsáhlá, s velkým počtem nosných prvků. Jen krokví je v celém půdoryse více jak 800 ks. Provedení vlastních prohlídek všech částí haly bylo tak značné časově obtížné. Významnou část prohlídek proto po zaškolení prováděli pracovníci majitele.
Dronový průzkum a Achillova pata vazníku
Vazníky v havarijním stavu je proto zásadní vyhledat, určit, jak dlouho ještě vydrží, a vybrané neodkladně řešit. Způsob jsme nalezli v dronovém průzkumu zaměřeném na tzv. Achillovu patu vazníku, která se nachází blízko pod úložnou konzolou v horním místě diagonály. Zatímco dolní pás vazníku je vyztužen čtyřmi kabely po 12 drátech, v diagonále jsou jen dva kabely na stejný počet drátů. Při oslabení kabelů v diagonále, a to buď korozí, nebo špatným předepnutím, dochází ke koncentrování zatížení na snížený počet oslabených drátů. Dráty se protáhnou až za mez pevnosti a předpínací výztuž tzv. „teče“. Vazník na předpínací výztuži visí a vše se projeví příčnou trhlinou diagonály pod uložením. Vzácnější a také méně nebezpečné jsou podélné trhliny souběžné s osou diagonály. Jsou způsobeny korozí a vznikají zatékáním od horní kotevní oblasti až do dolního kotvení. Korozivní zplodiny zvětšují svůj objem až 10x, kdy nakonec odtrhnou minimálně betonovou krycí vrstvu. Dron tedy napomáhá spolehlivě diagnostikovat trhliny v diagonále vazníku včetně jejich modifikací.
Tabulka 1: Srovnání naměřených průhybů vaznic
| Vaznice | Průhyb v roce 1989 (mm) | Průhyb v aktuálním průzkumu (mm) | Změna průhybu (mm) |
|---|---|---|---|
| 1 | X | X + 12 | +12 |
| 2 | Y | Y - 17 | -17 |
| 3 | Z | Z - 23,7 | -23,7 |
Návrh rekonstrukce a zesílení
Na základě komplexu získaných znalostí byl proveden statický přepočet hlavních nosných prvků haly dle původních i stávajících norem (mezní stavy průhybů, nové zatížení sněhem, větrem, nové jeřáby apod.). Konstatuje se, že v současnosti lze jen těžko vyhovět nyní platným normám (např. zvýšenému zatížení sněhem) a to zejména u střešních desek a vaznic. Ukázalo se, že střešní desky není možné považovat za plně pochozí. Předpjaté vazníky a sloupy však byly vyhovující.
Čtěte také: Jak renovovat starou dřevěnou podlahu?
K bezpečnosti stavby v současné době přispívá vývin tepla od vlastní výroby. Nezaizolovanou střechou dochází k úniku tepla a současně k roztávání sněhu na střeše. Na střeše tak nikdy není plné zatížení, které by střecha dle výpočtů neměla přenést. Rizikem by proto bylo přerušení výroby v zimě. U nového řešení se zatepleným pláštěm je předpoklad, že sníh na střeše roztávat nebude. Je tedy třeba na tento stav konstrukci nadimenzovat. Vzhledem k členitosti střechy je nutno počítat i s různými zatěžovacími stavy od návějí sněhem. Je třeba si uvědomit, že jakékoliv odklízení sněhu z tak půdorysně rozsáhlé a členité střechy je prakticky nemožné.
Konstrukce haly je téměř 50 let stará, hala je tedy na okraji životnosti. Je zřejmé, že je nutné počítat s rekonstrukcí střechy a zajistit náhradu střešního pláště za lehčí konstrukci, tj. odstranit dožité střešní desky a vyměnit je např. za sendvičové panely.
Zesílení příhradového vazníku
Z rozborů, jež jsme realizovali, jednoznačně plyne, že nejekonomičtější a časově nejrychlejší je oprava příhradového vazníku zesílením. Stávající staré předepnutí a kotvení se zachovává v plném rozsahu. Vazník se doplní novým vnějším zesílením vedeným v těsné blízkosti prvků vazníku. I kdyby rez pronikl do veškeré původní předpínací výztuže, nestane se vůbec nic. Nová aktivovaná výztuž bez deformací převezme v plném rozsahu funkci původní. Takovéto zesílení lze realizovat v průběhu několika málo dnů při částečném omezení provozu v hale a bez zásahů do střešní konstrukce.
Zesílení konzol sloupů
Konzola sloupu vynáší zpravidla nosník jeřábové dráhy. Sloup má již dlouhodobě ve svém návrhu pevnostní rezervu, neboť jeho návrh podléhá kritériu stability. Znamená to, že sloup se sám o sobě vypořádává s vyšším zatížením od nového jeřábu a většího břemene, přičemž slabým článkem se stává konzola sloupu. Od začátku prefabrikace v polovině 50. let minulého století až do roku 1986 byly konzoly navrhovány chybně a představují kritické místo většiny jeřábových hal. Konzolu lze tímto způsobem zesílit až 10× bez ohledu na původní vyztužení. Po zesílení je konzola trvale lehce tlačená a příčný tah je přenášen snižováním tlaku.
Pokud máme zesílenou stávající konzolu, která vynáší původní betonový nosník jeřábové dráhy, ale stále nevyhovuje novému zvýšenému zatížení, nabízí se řešení, aby jeřábový betonový nosník byl dodatečně podepřen minimálně dvojicí trasovaných předpínacích lan. Dodatečné předepnutí dává prostor pro zesílení původních železobetonových konstrukcí. Zvyšuje jejich užitnou funkci a prodlužuje životnost, protože omezuje deformace jen do pružné oblasti materiálu.
Opravy betonových podlah
Majitelé nemovitostí se často potýkají s praskáním a drolením zejména starých betonových podlah. Nutnost jejich opravy se stává nejpalčivější v momentě, kdy je potřeba na stávající betonovou podlahu položit dlažbu či podlahovou krytinu (PVC apod.). Realizační firmy, které se těmito typy oprav zabývají, trhlinu prořežou bruskou a kolmo na ni vybrousí drážky. Následně se trhliny zalijí pryskyřicí a do příčných řezů se vloží vlnové drátky (sponky). V databázi Cenové soustavy ÚRS existuje soubor cen 6326831 Sešívání trhlin v betonových podlahách ocelovými sponkami. Nachází se v katalogu 801-4 Budovy a haly - opravy a údržba, v části C01 Úpravy a údržba stavebních objektů. K dispozici jsou tři položky, z nichž lze vybírat podle vzdálenosti jednotlivých sponek.
Udržitelnost a recyklace betonových hal
Stavebnictví hraje klíčovou roli v globálním úsilí o udržitelnost, a to zejména díky svému významnému podílu na spotřebě surovin a produkci odpadu. Betonové haly, které jsou populární pro svou odolnost, flexibilitu a rychlost výstavby a vysokou požární odolnost, mají potenciál stát se symbolem ekologicky šetrné stavební praxe. Beton, jeden z nejpoužívanějších stavebních materiálů na světě, hraje klíčovou roli v rozvoji moderní infrastruktury. S jeho širokým využitím však přichází obrovské množství odpadu a ekologická zátěž spojená s těžbou surovin a produkcí cementu. Recyklace betonu a betonových hal se proto stává klíčovým prvkem udržitelného stavebnictví.
Pro dosažení udržitelnosti betonových hal je důležité zaměřit se na životní cyklus montovaných betonových hal a již u návrhu na výstavbu samotné haly řešit demolici a likvidaci odpadů s ohledem na životní prostředí. Stále přísnější normy v oblasti environmentální politiky Evropské unie kladou stále větší důraz na udržitelnost a ekologii. Montované betonové haly se budou muset postupem času stavět stále více uhlíkově neutrální a tento trend ještě zesílí, pokud environmentální zákony EU budou požadovat u výstavby hal řešit i její životnost a také recyklaci již nevyhovujícího objektu.
Moderní technologie zajišťují efektivní a ekologické zpracování betonového odpadu. Základem recyklace na stavbě je mobilní drtič, který dokáže recyklovat betonové haly na místě původní stavby. Při recyklaci lze využít separátory kovů, které při drcení separují ocelovou výztuž, kterou lze použít následně v hutích do nových ocelových výrobků. Společnosti zabývající se výrobou drtících linek či strojů využívají nové technologie pro efektivnější třídění odpadu pomocí počítačů a z nich vycházejících složitých algoritmů pro třídění odpadů. Další inovativní technologie posledních let je umělá inteligence, která dokáže sledovat v reálném čase velikost a typ odpadu a separovat je automaticky od nevhodného materiálu, který může znehodnocovat recyklát u složitějších konstrukcí obsahující plasty či jiné materiály. S rostoucím důrazem na udržitelnost a ochranu životního prostředí bude recyklace betonu hrát stále větší roli. Očekává se, že nové technologie, jako je chemická recyklace nebo využití betonu v kombinaci s novými ekologickými materiály, dále zvýší jeho využitelnost. Podpora recyklace ze strany vlád a stavebních regulací, společně s rostoucím povědomím o výhodách recyklovaných materiálů, může přispět k výraznému snížení ekologických stop stavebnictví. Recyklace je nezbytnou součástí udržitelného stavebnictví, které stojí za výzvami rychlého rozvoje betonu a vhodných pro environmentální nároky. Díky recyklaci lze nejen efektivně nakládat s betonovým odpadem, ale také šetřit přírodní zdroje, snižovat emise a podporovat cirkulární ekonomiku. Stavební sektor, který se zaměří na recyklaci, bude lépe připraven na budoucí výzvy a přispěje k ochraně naší planety pro budoucí generace. Volba betonové konstrukce pro montovanou halu může být výhodná díky vysoké pevnosti, trvanlivosti, požární odolnosti, ekonomičnosti a ekologické proveditelnosti betonu a dále recyklace velké části stavby s dopadem na životní prostředí v budoucnu.
Beton jako geologická síla a logistické parky
Dnes obecně známý koncept antropocénu, jehož jsou antropické horniny zřejmou kategorií, je geochronologický termín, který popisuje poslední údobí planetární historie podle dopadu lidí na zemskou kůru. Lidská aktivita je podle tohoto konceptu v současnosti nejvýznamnější geologickou silou. Souhrn všech fyzických struktur, které lidé vytvořili v průběhu historie, je nesporně geologický. Se svými 580 000 km² pokrývají 0,6 % veškeré obyvatelné pevniny, tedy přibližně rozlohu Francie. V Evropě je tato hodnota na 2,3 % rozlohy, což je zhruba velikost Bulharska. Orná půda, jen poměrně (osmnáctkrát) jiný druh umělé struktury, pokrývá 37,7 % obyvatelné pevniny neboli o něco málo více, než je rozloha celé Asie. V Evropě, kde jsou stavby relativně staršího původu než ve zbytku světa, jich 60 % není starších padesáti let, a můžeme tedy bezpečně odhadnout, že velká většina všech zpevněných ploch používá beton. Že je tato tvrdá antropická hornina dnes nejužívanějším materiálem na světě, víme s jistotou.
Beton je víc než jen stavební materiál, je geologickou silou působící na planetu jak přímo, tak nepřímo. Výroba cementu představuje jeden z hlavních faktorů globálního oteplování. Zodpovídá za 8 % veškerého oxidu uhličitého vyprodukovaného lidmi, což je například přibližně dvakrát více než letecká přeprava. Kanadsko-český vědec Václav Smil, který se prostřednictvím interdisciplinárního výzkumu zabývá lidským využíváním energie a materiálu, spočítal, že mezi lety 2008 až 2010 bylo v Číně použito více betonu, než kolik se ho vyrobilo ve Spojených státech amerických za celé 20. století. Pro geologickou ilustraci můžeme zmínit jiný výpočet stejného autora, v němž odhadl, že lidé vytvářejí každých dvacet let množství betonu ekvivalentní objemu hory Fudži.
Deset miliard tun betonu vyrobených na světě každý rok by mohlo pokrýt celou rozlohu Česka za pouhé čtyři roky. V tomto kontextu je osm milionů metrů čtverečních čisté (betonové) skladovací plochy, kterou zatím v Česku zabírají logistické haly, relativně malé číslo, jak developeři sami s oblibou připomínají. Tuto plochu si přesto můžeme představit jako betonovou desku o délce hrany 3 km, odpovídající vzdálenosti z Pražského hradu k Vyšehradu. Ještě působivější než celková rozloha hal v Česku je rychlost, s jakou roste. Mezi roky 2004 a 2006 se plocha A-class hal zdvojnásobila. Zdvojnásobila se znovu v roce 2008 a znovu v roce 2017. Jen za poslední rok bylo pro logistické a průmyslové parky vyňato z půdního fondu na 2 000 000 m².
Haly, šířící se krajinou, se zdají lehké a rozmontovatelné. Jejich nosná konstrukce, fasáda a vybavení takové dokonce i mohou být, přestože i jejich demolice je nákladná. Co snadno rozmontovatelné není, jsou betonové sarkofágy, na kterých haly stojí. Stejně jako jiné horniny mohou být tyto betonové desky sice rozbity, ale Underwoodova „horninovost“ betonu má důsledky pro případnou demolici sahající daleko nad rámec spojitosti a tvrdosti. Rozdíl mezi bouráním kamenné zdi a hory spočívá v měřítku a ekonomičnosti vynaložených prostředků. A je vinou těchto dvou proměnných, že se souhrnná rozloha logistických hal stala dnes už prakticky trvalou součástí české krajiny.
tags: #informace #o #starych #betonových #halách
