PergolyŽelezobetonové a dřevobetonové nosníky: Komplexní přehled a aplikace
Nosná konstrukce střech závisí především na tvaru zastřešení, zatížení vlastní tíhou střešního pláště, nahodilým zatížením sněhem a větrem. Strop je mnohem víc než jen plocha, po které chodíme. Stropní nosníky jsou prvky přenášející zatížení stropní konstrukce do nosných stěn nebo sloupů. Jejich hlavní úlohou je unést hmotnost stropu samotného i všech dalších vrstev - podlahy, příček, nábytku i lidí. Výběr záleží na typu stavby, zatížení, rozpětí i vašich finančních možnostech.
Typy nosníků a konstrukčních systémů
- Železobetonové nosníky: Používají se v moderních novostavbách i při náročných rekonstrukcích. Vynikají vysokou nosností, dlouhou životností a možností prefabrikace - tedy výroby na míru včetně výztuže.
- Ocelové nosníky: Mají výborný poměr pevnosti a hmotnosti, hodí se zejména pro větší rozpětí.
- Dřevěné nosníky: Ideální pro rekonstrukce podkroví nebo přízemní stavby. Jsou lehké, ekologické a snadno opracovatelné.
- Keramicko-betonové nosníky: Spojení nosníku a vložky (např. keramické) do jednoho systému zajišťuje rychlou a přesnou montáž.
Pro přesné a úsporné konstrukce nabízíme I-nosníky STEICO, které jsou lehké, pevné a snižují tepelné mosty. U stropních konstrukcí z tradičních trámů není možné využít stropní dutinu k vedení instalačních rozvodů větších rozměrů, jako jsou kanalizace, větrání apod. Je proto nutné budovat nákladné konstrukce svěšených podhledů či instalačních předstěn.
Na stojiny je použita OSB deska, která je s pásnicemi spojena klínovým lepeným spojem. Nosníky jsou vyráběny na speciální lince s trvalou kontrolou jakosti zaručuje jejich velmi vysokou kvalitu. Navíc jsou schopny přenést značné zatížení i u velkých konstrukčních rozměrů jako jsou například stropy a střechy. Přitom lze s nosníky velmi snadno manipulovat a opracovávat je.
Dřevobetonové kompozitní konstrukce
V posledních letech můžeme v České republice sledovat zvýšený zájem o stavby ze dřeva a materiálů na bázi dřeva. Jednou z technologií, o kterou je v České republice stále větší zájem, je realizace kompozitních dřevobetonových konstrukcí. Zatím se využívá především pro vyztužování a zesilování starých stropních konstrukcí. Své uplatnění ale může najít i při výstavbě bytových a nebytových vícepodlažních budov nebo pro realizaci mostů a lávek.
V našich podmínkách je známá především „mokrá“ varianta provádění, kdy se přes dřevěné nosníky, ve většině případů opatřené spřahovacími prostředky kolíkového typu, vylije monolitická železobetonová deska. Pro dřevobetonové konstrukce se v tlačené oblasti průřezu zpravidla využívá železobetonová deska z hutného betonu tloušťky od 60 do 200 mm spojitá přes dřevěné nosníky. Výztuž v desce přenáší malé ohybové momenty vznikající mezi nosníky a nad nimi a zabraňuje vzniku trhlin v důsledku smršťování betonové směsi. Do tažené oblasti se umisťuje dřevěný průřez, nejčastěji obdélníkový nosník různých dimenzí nebo masivní dřevěná deska variabilních tlouštěk. Na styku materiálů vznikají smykové síly, které se přenášejí pomocí spřahovacích prostředků.
Čtěte také: OSB vložky v nosnících
Historie a vývoj spřahování dřeva a betonu
Počátky využívání dřevobetonových konstrukcí sahají až do počátku 20. let minulého století. Po první světové válce došlo ke zmenšení zásob oceli a tak se hledaly jiné materiálové varianty pro výstavbu budov. Za první zmínku o spojení dřeva a betonu pro stavební účely lze považovat německý patent Paula Müllera již z roku 1921. Na dřevěných fošnách nebo trámech je dřevěný záklop z prken a ke spřažení slouží ohnutá betonářská výztuž do tvaru jakéhosi ramene.
Za průkopníka v této oblasti ale spíše považujeme švýcarského mnohostranného inženýra a vynálezce Otto Schauba, který si nechal svůj patent registrovat v roce 1930 ve Švýcarsku a následně jej rozšířil do mnoha evropských zemí i USA. Tento inženýr vymyslel a nechal si patentovat celou řadu konstrukčních řešení spočívajících v použití různých kolmých i šikmých zářezů do nosníku, smykových zarážek, spojování pomocí vrutů, či betonářské výztuže, ze které vytvářel nejen zahnuté třmeny, ale i různě zalamované nebo zavinuté spirály. Výztuž použil dokonce i jako kontinuální prvek po celé délce nosníku. Pokud dobře prostudujeme jeho práci, zjistíme, že již v období druhé světové války objevil většinu způsobů spřažení, které se v jistých modifikacích zkoumají a provádějí i dnes.
V následujícím období, a to až do konce osmdesátých let 19. století, byla aplikace dřevobetonu v Evropě soustředěna především do oblasti renovace a zesilování stropních konstrukcí historických objektů. Jedna z prvních renovací poškozených stropních konstrukcí historické budovy byla realizována v roce 1960 v Bratislavě na domě „U dobrého pastiera“. Provedl ji známý inženýr Jozef Poštulka, který použil pro spřažení hřebíky Ø 6,3 mm a délky 180 mm v rozteči 100 mm v oblasti podpor a 250 mm uprostřed rozpětí, a to až v pěti řadách na jednom nosníku v závislosti na jeho šířce [4]. Podobných rekonstrukcí se provádělo mnoho například v Polsku nebo Itálii, vždy za použití ocelových prostředků kolíkového typu, nejčastěji hřebíků a vrutů do dřeva.
V roce 1969 došlo k prvním pokusům o spojení chemickou cestou pomocí lepidel [2]. Výsledky byly velmi dobré s ohledem na únosnost nosníku a jeho průhyb, ale vzbuzovaly jisté obavy s ohledem na porušení křehkým lomem, dlouhodobého chování a vlivu cyklického zatížení. Způsoby lepení byly díky vývoji nových lepidel zkoušeny i poměrně nedávno a s obdobnými výsledky, ale pořád při tomto způsobu spřažení zůstávají nezodpovězeny otázky ohledně dlouhodobého a cyklického namáhání, trvanlivosti lepidel a chování za požáru. Navíc je poměrně náročné takovou konstrukci vyrobit, protože klade vysoké nároky na dodržení všech technologických předpisů ohledně nanášení a vytvrzování lepidla.
Lepidla si našla uplatnění v jiné oblasti. Jedná se o kategorii vlepovaných ocelových prostředků kolíkového typu do dřevěného průřezu. Nejčastěji jde o ocelové kolíky, závitové tyče nebo pruty betonářské výztuže, tvarované do nejrůznějších ohybů, třmenů tvaru L a U. Tyto typy se často kombinují s další možností, kterou je vytvoření zářezů, smykových zarážek a důlků v dřevěném nosníku a často se používají pro výstavbu mostních konstrukcí (obr. 4) [5].
Přelomem v oblasti spřahování dřeva a betonu je speciální šroub uvedený na trh švýcarskou firmou SFS Provis AG v roce 1985 [6]. Jedná se o první výrobek speciálně vyvinutý a určený pro spojení dřeva a betonu. Tento speciální vrut je vyrobený z vysokopevnostní oceli a má dvě hlavy, čímž je zajištěna stejná hloubka zaražení všech vrutů do obou materiálů. Tento typ spojovacích prostředků se stal jedním z nejvíce zkoumaných a posléze i používaných spřahovacích prvků.
Výhody a nevýhody dřevobetonových konstrukcí
Jak již bylo zmíněno v úvodu, při realizaci dřevobetonových konstrukcí převládá monolitické provedení železobetonové desky. Tento způsob má mnoho nevýhod, ale například při rekonstrukcích je nenahraditelný. Mezi nevýhody bychom mohli počítat nutnost vytvoření bednění, které je buď na nosnících a tím vytváří mezivrstvu mezi dřevěným nosníkem a betonovou deskou anebo je částečně zapuštěné pod úroveň horní hrany. Vytvoření mezivrstvy negativně ovlivňuje celkovou únosnost spřažení a vytváření snížených záklopů zvyšuje celkovou pracnost a náklady. K dalším nevýhodám je třeba zařadit nutnost ochrany dřeva proti vlhkosti pronikající z betonové směsi, nutnost ošetřovat betonovou směs, potřeba podpěrné konstrukce při betonáži a větší celkové konečné deformace konstrukce. Všechny tyto negativní faktory prodlužují dobu výstavby a tím ji i prodražují, což v dnešní době, kdy je velká poptávka po rychlé a kvalitní výstavbě není žádoucí.
Z tohoto důvodu se ve skandinávských zemích, Německu, Rakousku a postupně pak i v dalších zemích odborníci začali zabývat možnostmi výroby prefabrikovaných konstrukcí. Za výhodu můžeme považovat možnost použití složitějších spřahovacích prostředků, které budou osazeny dokonale a také nižší náklady na dopravu. Druhou možností je příprava betonové desky se zabetonovanými spřahovacími prostředky, kdy osazování na nosníky probíhá přímo na stavbě [2]. Za velkou výhodu zde můžeme považovat to, že odpadá nutnost bednění a také že nemusíme provádět žádnou separaci dřeva a betonu kvůli vlhkosti. Nevýhodou pak je zvýšená pracnost a nároky na vysokou přesnost montáže. Abychom eliminovali nevýhody částečně prefabrikovaných prvků, můžeme celý výrobek realizovat mimo staveniště a na stavbu dovést kompletní dílec. Díky tomu zabudujeme kvalitní stavební prvek do konstrukce a výrazně zrychlíme výstavbu budov. Konečné deformace takových konstrukcí jsou pak výrazně menší oproti předchozím technologiím.
Výzkum a inovace
Možností jak provádět kompozitní dřevobetonové konstrukce je celá řada. V České republice je přesto využití tohoto typu konstrukce relativně malé. Hlavními důvody jsou především malé rozšíření v povědomí odborné veřejnosti, ekonomické možnosti investorů a technické možnosti výrobců a dodavatelů. V souvislosti s tím se v současné době na katedře ocelových a dřevěných konstrukcí fakulty stavební ČVUT realizuje výzkum a vývoj inovativního způsobu spřažení dřeva a betonu. Výstupem by měla být kompletní technologie prefabrikovaných kompozitních dřevobetonových stropních dílců určených především pro výstavbu vícepodlažních dřevostaveb.
Montáž a prefabrikace
Prvky se snadněji vyrábějí, dopravují i montují než velkoplošné stěnové panely. Urychlení výstavby znamená úsporu nákladů. Prefabrikované dílce jsou zhotoveny z větší části ve výrobně. To vede mnohdy k jednotvárnosti řešení montovaných staveb. Pro výrobu dílců platí příslušné předmětové normy. Stavební konstrukce musí vyhovovat stále přísnějším normám. Zvláště vysoké jsou zejména nároky na tepelně technické parametry a ekologii. Stoupají i požadavky architektů, kteří projektují rozlehlé prostory s velkými stropními rozpony. Uplatnění najdou i v případě revitalizace starých objektů. Důležitá je přizpůsobivost stávajícím konstrukcím, která ovlivňuje celou rentabilitu zakázky. Spáru vytvořenou například vložením pásu lepenky nebo polystyrenu lze zmonolitnit a chránit ocelové spojovací součásti před korozí.
Styky a spoje
Spoje prvků jsou nejchoulostivější částí konstrukce. Jsou pracné, a přitom musí vykazovat potřebnou pevnost, tj. tuhosti a únosnosti. Styky jsou zhotoveny zmonolitněním a chrání ocelové spojovací součásti před korozí. Nejčastěji se používají koutové sváry, ojediněle sváry na tupo. Jednostranné sváry jsou pro exaktní provedení sváru i následné zálivky. Podkladní spojovací destičky mají tuhost a je vhodné je opatřit otvory pro dokonalé zaplnění styku zálivkou. Styky se sloupem, jeho rozponem a zatížením jsou klíčové pro řešení vnitřního prostoru objektu. Dělení vnitřního prostoru se zpravidla dotýká druhovosti kompletačních prvků.
Styky sloupů: Sloupy přenášejí účinky svislých a vodorovných namáhání. Používání omezeného počtu (např. styčníků a zmenšení druhovosti dílců) přispívá k efektivitě. Sloupy se stykují čelním srazem a jsou spojovány svařováním nebo dodatečným zalitím do otvorů v patě sloupu vyššího podlaží.
Dělení průvlaků
Průběžné průvlaky se dělí u pravidelných rámových polí. Dělení je volně členěno, a to jak statického, tak i estetického hlediska. Tato řešení jsou časově a nákladově náročnější. Průvlaky jsou hlavní nosné konstrukce (rámy, příhradové nosníky) vzdorující očekávaným namáháním. Průvlaky mají průřez T pro rámy uvnitř objektu a průřez L jako průvlaky obvodové.
Normy a předpisy
Pro výrobu betonových stavebních dílců platí ČSN 72 3000. Tato norma, schválená 18. 3. 1986, nahradila předchozí normu z roku 1973. Zahrnuje ustanovení pro dílce z hutného cementového betonu prostého, železového, předpjatého, popř. vyztuženého (např. beton s vlákny).
ČSN 73 1201 pro navrhování betonových konstrukcí, schválená v březnu 1994, s účinností od 1. 4. 1994, specifikuje požadavky na navrhování, provádění a opravy betonových konstrukcí. Pro výrobu dílců platí příslušné předmětové normy.
ČSN 73 2400 pro provádění betonových konstrukcí, schválená 16. 8. 1986, s účinností od 1. 1. 1987, nahradila normu z roku 1969. Určuje podmínky pro provádění betonových konstrukcí a zajištění kvality materiálu.
ČSN EN 1992-1-1 stanovuje maximální vzdálenost dilatačních spár djoint = 30 m pro železobetonové konstrukce, přičemž u prefabrikovaných konstrukcí mohou být tyto vzdálenosti větší, protože část smršťování a dotvarování proběhla před montáží.
Prostorová tuhost stavebních konstrukcí
Prostorovou tuhostí nazýváme schopnost stavební konstrukce odolávat zatížení, které působí obecným směrem. Zajišťuje se různými způsoby:
- Vetknuté sloupy: Především u halových jednopodlažních popř. dvoupodlažních staveb musí být dostatečně zakotvené do základů. Staticky působí jako konzoly.
- Příhradová zavětrování: Typická pro dřevěné a ocelové skelety a halové stavby. Zajišťují tuhost konstrukce pouze ve své rovině.
- Rámy: Možné u všech typů staveb. V halách jsou časté dvoukloubové rámy, u vícepodlažních budov patrové rámy. Typickým materiálem je železobeton.
- Stěny: Možné u všech druhů staveb. Staticky působí jako konzoly vetnuté do základů.
- Monolitická jádra: Vznikají propojením stěn ohraničujících komunikační prostory.
Zatížení střech
Nosná konstrukce střech závisí především na tvaru zastřešení, zatížení vlastní tíhou střešního pláště, nahodilým zatížením sněhem a větrem. U střech s větším sklonem se zpravidla navrhují krovy, nejčastěji dřevěné. Při větších rozponech nebo neobvyklých tvarech může být krov podepřen ocelovými prvky. Zpravidla uspořádání vychází ze základních soustav - krokevní, hambalkové, vaznicové nebo vlašské.
Zatížení sněhem a větrem
Způsob stanovení zatížení sněhem je dán normou ČSN EN 1991-1-3. Postup je takový, že se podle zeměpisné polohy určí sněhová oblast podle mapy a každé sněhové oblasti přináleží charakteristická hodnota zatížení sněhem na zemi sk, jejíž překročení je dáno s určitou statistickou zárukou. Pro jednoduché tvary pultových a sedlových střech, kde není bráněno sesouvání sněhu, se zatížení uvažuje do sklonu 60°.
Stanovení účinku větru na stavební konstrukce podle normy ČSN EN 1991-1-4 je poměrně složité a vyžaduje stanovení řady dílčích parametrů. Základním údajem je základní výchozí rychlost větru, stanovená pro určitou geografickou polohu. Zatížení větrem se uvažuje jako tlak nebo sání kolmo na uvažovanou plochu střechy nebo fasády.
Krovy
Krov je nosná konstrukce šikmé střechy (sklon 10-45°) a strmé střechy (sklon > 45°). Jednotlivé krokve se opírají v patě o pozednice nebo jsou zakotveny do vazného trámu a vzájemně se opírají ve hřebeni.
- Hambalkové krovy: Pro zmenšení rozpětí krokví je vložený hambalek v každém páru krokví (popřípadě více hambalků v patrech), která rozpírá krokve pro svislé zatížení - hambalek je tlačený prvek.
- Vaznicové krovy: Vrcholová vaznice je namáhána jen svislými silami, zároveň proti vodorovným silám se vzájemně podepírají krokve. Mezilehlé vaznice jsou namáhány svislými i vodorovnými silami.
- Vlašské krovy: Konstrukce krovů vlašské soustavy patří mezi nejstarší a byly používány již ve starém Římě pro střechy s malým sklonem. Vlašské krokve (vazničky) se umísťují rovnoběžně s okapovou hranou.
- Plné vazby (vazníky): Nosnou konstrukcí vazníků jsou věšadla z hranolů, jejichž tvar a profily se řídí rozpětím. Osazují se ve vzdálenostech 4-5 m.
Závěrečné poznámky
Při volbě typu a rozměru nosníků nestačí orientovat se pouze podle ceny. Typ stavby (novostavba vs. rekonstrukce), zatížení, rozpětí i vaše finanční možnosti hrají důležitou roli. Mnoho investorů i stavebníků se dopouští zbytečných chyb, které mohou mít fatální dopad na funkčnost stropu. Stropní nosníky tvoří páteř vaší stavby. Šetřit na nich nebo je navrhovat bez odborných znalostí se nevyplácí. Kvalitně provedené nosníky vám přinesou pevnost, klid a dlouhou životnost celé konstrukce.
Při použití příručky je nutné vycházet vždy z konkrétních podmínek, ve kterých konstrukce působí, a splnit okrajové podmínky, za kterých návrh platí. V textu nebo na obrázcích uváděné rozměry konstrukcí je nutno chápat jako směrné, proto je vždy nutno přihlédnout ke konkrétním podmínkám a rozměrové hodnoty v konečném návrhu staticky ověřit.
tags: #zelezobetonove #nostniky #z #osb #informace
