Poruchy staveb - Katedra technologie staveb

PORUCHY STAVEB - KOTVENÍ KROVŮ
Ivo Petrášek
Wienerberger CP, a.s., Plachého 388/28, 370 46 České Budějovice,
[email protected]
1. Princip působení krovu na navazující konstrukce
V současnosti naprostá většina bytové výstavby využívá prostor pod krovem jako obytné
plochy. Vedle finančních důvodů (střecha musí být tak jako tak) hraje nezanedbatelný
význam i určité „kouzlo“ obytných podkroví. Bohužel řada architektů se soustředí pouze na
tvar krovu a dispozici půdní vestavby. Konstrukční řešení je odkládáno s tím, že na to je ještě
dost času. A někdy se tím ani projektant nezabývá a nechává to na dodavateli (známá věta
„… bude součástí prováděcí dokumentace
realizační firmy“). A dost často tuto větu jako první
čtou až tesaři na stavbě. Architekt totiž
předpokládá, že se krovy staví bez problémů již
stovky let. Bohužel však již nevnímá skutečnost,
že krovy stejného vzhledu nemusí být také
konstrukčně shodné.
Pro bližší vysvětlení předcházejícího odstavce
uvedu příklad „dřívějšího“ a „současného“ krovu.
Soustředit se budu především na přenesení
vodorovné síly od krokví. Zatímco dříve bývalo
zvykem vždy přenášet vodorovnou sílu pomocí
konstrukčních táhel přes strop (Obr.1), přes vazné
trámy,
zavětrování
plné
vazby
apod.,
v současnosti se obecně předpokládá vynesení
této vodorovné síly přes pozednice a pozední
věnce do navazující konstrukce, obvykle
nadezdívky. A málokdy projektant prověřuje
přenesení vodorovné síly výpočtem. Na Obr.2
jsou zobrazena schémata dnes používaných
konstrukcí
krovů
s vyznačením
průběhu
ohybového momentu po krokvi a reakcí od krokví
do pozednice. Extrémní hodnoty jsou zvýrazněny
Obr.1 Přenesení vodorovných sil z
krokví pomocí táhel či přímo
začepováním do stropního trámu
Středová vaznice
Hambálek
15.21
11.28
2,04 kNm
0,35 kN
4,90 kN
1
7
.3
-0 .37
-0
-4.47
-0
-0 .37
.3
7
4.47 2
2,02 kNm
12,02 kN
16,95 kN
1.0
2
4
9
1
2
1.0
8
9.15
8
0.16
3
2
1.0
2
1
1.0
2
9.15
9
0
.0
-2
4
4 1.2
9.15
-0
-0 .37
.3
7
4.47 2
3
1
3.65
7
.2
-0 .27
-0
8 -0.28
1.2
0
4
9.15
6
0.7
2
0.16
3
8.77
3
8.77
6
1
3.65
6.78
0.7
3
-2
.0
0
.0
-2
4
4 1.2
7
.3
-0 .3 7
-0
-4.47
8
9
1
4 -1.81
1.2
8
1
-0
-0 .27
.2
7
0.282
-2
.0
0
3
8
6.78
7
.2
-0 .27
-0
8
Mmax = 8,33 kNm
Ha = 0,04 kN
Va = 9,03 kN
0.038
.5
-1
7
4
92
0.
7
6.2
-0
-0 .27
.2
7 -0.03
2
1
1.81 3
4
7
3
0.9
2
3
7
3
-1
.5
6.2
4
5
5
5
5
Vrcholová vaznice
+ hambálek
15.21
Vrcholová vaznice
2,00 kNm
4,47 kN
9,15 kN
Obr.2 – Průběh ohybových momentů na krokvi a reakce v podporách pro různé varianty
9
tučným písmem a podtržením. Jedná se o běžný krov se vzdáleností podpor 9 m, síly
odpovídají reakci na 1m´pozednice.
Po prozkoumání hodnot v tabulce z Obr.2 je zřejmé, že pro dimenzování krokví je
nejnevýhodnější varianta krovu s vrcholovou vaznicí (zhruba čtyřnásobný ohybový moment
oproti zbývajícím variantám). Ostatní varianty byly z hlediska krokví prakticky totožné
(zatížení bylo pro zjednodušení uvažováno symetrické). Soustavy se středovou či vrcholovou
vaznicí vykazují poměrně malé vodorovné reakce. To je však kompenzováno svislými
reakcemi do vaznic a přes ně
následně do sloupků. A zde se
může objevit problém jak při řešení
dispozičního řešení, tak i při
konstrukci stropu v případě, že
sloupek krovu se o něj opírá.
Foto 1 Rozevírající se zdivo od neukotveného
pozednicového věnce
Pro přenesení reakcí od krokve je
jednoznačně
nejproblematičtější
varianta hambálkového krovu. Co
se týče svislé reakce (Va=16,95
kN/m´),
ta
může
především
komplikovat
nadimenzování
vodorovných konstrukcí stropu
(překlady).
Z hlediska
stability
nadezdívky je naopak velká svislá
reakce přínosem.
Jednoznačně problematická pro
stabilitu nadezdívky je však
vodorovná
reakce
(Ha=12,02
kN/m´). Ta může způsobit i vážné
poruchy na stavbě. Na fotografii č.1
je zřejmá trhající se fasáda od
Foto 2 Utrhlý pozední věnec od příčného zdiva
„zfušovaného“ pozedního věnce.
Ten samozřejmě sám od sebe nestačí – je nutné ho kotvit ke konstrukci schopné přenést
vodorovnou sílu (tuhý strop, příčný věnec apod.). Na fotografii č.2 je vidět tento věnec
odtržený od příčných stěn. Zde stejně jako ve štítě mělo právě dojít k ukotvení pozedního
věnce pro přenesení vodorovných sil. Zde bylo ještě možné provést dodatečné stažení
objektu.
Opačný případ je zřejmý z fotografie č.3. Zde naopak došlo při rekonstrukci k odstranění
původního stažení krovu (pravděpodobně pomocí páskové oceli – viz. Obr.1) a realizací
půdní vestavby. Odpověď krovu na sebe nenechala dlouho čekat. Přitom alespoň pro
Foto 3 Roztržená fasáda od neukotvené pozednice
Foto 4 – Schéma možného stažení
štítu
zabránění vzniku trhlin stačilo pozednici kotvit podél štítu táhlem – dispozičně by jistě
nepřekáželo – schematicky možný princip kotvení je znázorněn na fotografii č.4.
2. Možnosti kotvení krovu
Pokud se budeme v dalším textu zabývat pouze hambálkovým krovem, je vhodné si
uvědomit funkci hambálku, často zaměňovaným s kleštinou. Zatímco kleština stahuje
vaznice a sloupky v místě plných vazeb („bere je do kleští“), hambálek krokve rozpírá a tím
nahrazuje středovou vaznici. Na obr.3 je vynesen průběh ohybového momentu a přetvoření
(čárkovaná čára) v případě, že podpory jsou dostatečně tuhé a neumožní prokluz pozednice
5
-2
.0
2
2
.0
-2
1.
24 .24
1
3
7
4
4
0.37
3
-0
-0 .37
.3
7
12.02 2
1.
02
02
1.
8
16.95
16.95
1
8
1
7
.3
-0 .37
-0-12.02
9
Obr.3 Průběh ohybového momentu a přetvoření (průhybu)
0.37
3
7
2
.9
25
3
-0
-0 .37
.3
7
7
.3
- 0 .3 7
-0
1
25
.9
3
8
Obr.4 Průběh ohybového momentu a přetvoření (průhybu) při prokluzu podpory
a tím i celého krovu. Na obr.4 je potom znázorněn případ, kdy uvažujeme posunutí
pozednice. Je zřejmá až dramatická změna v průběhu ohybového momentu (více jak
dvanáctinásobný nárůst). Je to způsobeno změnou funkce hambálku – z tlačené rozpěry se
stává táhlo. Domnívám se, že dřevo není tak tvrdý
materiál, aby se dalo jednoznačně vyloučit jakékoliv
„zamáčknutí“ a následné dotvarování. Proto bych při
návrhu krokve tuto skutečnost zohlednil – ostatně podle
starých empirických vztahů na základě dlouholetých
zkušeností vycházejí dimenze krovů obvykle masivnější
než podle moderních výpočtových metod.
Z předcházejícího textu je zřejmé, že pokud
nedokážeme zajistit přenesení vodorovných sil od krovu
do navazujících dostatečně tuhých konstrukcí, hrozí nám
buď havárie, jaká je schematicky vyjádřena na obrázku
č.5 či na fotografii č.1 a 2, popřípadě přetížení krokví
doprovázené v lepším případě pouze zvýšeným
Obr.5 Schéma možné havárie
průhybem (Obr.4).
2.1 Kotvení tuhým věncem
Zdánlivě nejjednodušším řešením je kotvení pozednice do dostatečně tuhého věnce. Ani
možnosti železobetonu však nejsou bez omezení. Ostatně na fotografiích č.1 a 2 je zřejmé,
že pod pozednicí je „nějaký“ železobetonový věnec, ale bez jakéhokoliv příčného ztužení. Při
návrhu věnce vždy musíme provést jeho kotvení do příčných stěn a to nejlépe „táhly“
tvořenými železobetonovými věnci. Na
fotografii č.5 je ukázka takto kotveného
věnce. Za upozornění stojí fakt, že hlavní
nosná výztuž věnce je orientována obráceně
oproti zvyklostem u běžných průvlaků (je na
svislo). Je to dáno faktem, že zde přenáší
vodorovnou sílu a ohybový moment proto
působí též ve vodorovné rovině. Množství
výztuže není stanoveno odhadem, je
podepřeno statickým výpočtem při uvažování
věnce
jako
spojitého
nosníku.
Při
dimenzování je samozřejmě vhodná co
nejširší zeď (větší rameno vnitřních sil)
uložená na stropě a věncovce (vysvětleno
Foto 5 Kotvení pozedního věnce do
dále
v textu). Pro opravdu 100% zajištění
příčné zdi
ukotvení zde byl dokonce realizován šikmý
věnec v příčných stěnách přerušených dveřními otvory (připravena šikmá výztuž pro
napojení).
2.2 Průběžné kotvení věnce
Ne vždy však lze provést kotvení do příčných stěn, protože v dispozičním řešení ani nejsou.
Pak je možnost ukotvení pomocí šikmých táhel „skrytých“ do jiných konstrukcí (např. zábradlí
apod.). Obvykle lze ovšem uplatnit princip železobetonové konstrukce, kde tlak místo betonu
přenáší keramika a tahové síly přenáší vložený ocelový prvek. Na obrázku č.6 je schéma
působení takové konstrukce. Nadezdívka pak odpovídá konzole, jejímuž překlopení brání
dvojice sil. Černá šipka na obrázku představuje tah přenášený ocelovou výztuhou , šedá
šipka značí těžiště tlakové zóny přenášející tlak. Jako vhodná verze z hlediska realizace a a
pro přenesení ohybového momentu se jeví na přenesení tahu použití páskové ocele
ukotvené do stropní konstrukce a zataženou do železobetonového pozedního věnce. Do
něho se již ukotví pozednice přímo při realizaci krovu dle zvyklostí dodavatelské firmy
(chemické kotvy apod.). Na fotografii č.6 je na levé fotografii tato pásovina před
zabetonováním – je zatažena pod výztuž desky a roztažením druhého konce připravena pro
zakotvení do pozedního věnce. Zakotvení je nutné provést zatažením ohnuté pásoviny pod
Obr.6 Schéma působení keramobetonové konzoly
Foto 6 Vlevo - pásovina před zabetonováním,
vpravo již v drážce po hraně zdiva
zatažená do věnce
výztuž desky, jinak by hrozilo vytržení z betonu.
V pravé fotografii je páskovina již zapuštěna
v drážce v hraně zdiva a zatažena do věnce.
Foto 7 Kotvení pozednice táhly přímo
do věnce stropu
Podobné řešení je i přímé kotvení pozednice
táhlem zakotveným do stropní desky. Na
fotografiích č. 7 je ukázka takového řešení.
V odborné literatuře bývá doporučováno i řešení
pomocí ukotvené tyče protažené rovnou jak
cihlami, tak i přímo pozednicí a zafixování
šroubem přes podložku. Toto řešení „svádí“
k vynechání pozedního věnce, což považuji
konstrukčně za nevhodné. Z hlediska únosnosti
průřezu na překlopení je toto řešení také méně
výhodné, neboť zmenšuje rameno vnitřních sil
podobně jako vynechání věncovky – na obrázku
č.7 je schematicky znázorněn vliv vynechání
věncovky na únosnost konzoly z cihelné
nadezdívky. V levé části je případ nepřerušené
stropní desky. V případě použití věncovky lze
předpokládat, že uložení zdiva a průběhy napětí
budou odpovídat nepřerušené stropní desce.
V případě vynechání věncovky a položení
tepelné izolace na hranu desky dochází ke
zmenšení ramene vnitřních sil a tím i únosnosti
průřezu.
Na druhou stranu, varianta táhla
procházejícího zdivem umožňuje započítání vlivu
této výztuže při posuzování smykové únosnosti.
Toto posouzení není však obsahem tohoto
příspěvku.
Obr.7 Zmenšení ramene vnitřních sil
nahrazením věncovky tepelnou
izolací
3. Závěr
Z výše uvedeného textu je zřejmé, že kotvení krovu není zcela jednoduchou záležitostí a ve
většině případů vyžaduje odborné statické posouzení. Každý projektant by měl uvážit typ
krovu a řešit dispozici v souladu s celkovým konstrukčním řešením objektu. Nedávno jsem
navrhoval stropní konstrukci pod krovem s vrcholovou vaznicí. Přestože je celý prostor
uvažován jako půda bez vnitřního dělení, projektant mechanicky bezmyšlenkovitě rozmístil
sloupky pod vaznicí v rastru tak, že sloupek byl vždy „fázově“ posunutý cca 1 m od nosné zdi
a je uložen uprostřed rozpětí stropu. A světlé rozpětí stropu je 7,3 m …..
Příliš často dochází k nesmyslnému šetření na konstrukčních řešeních (pečlivé provedení
pozedních věnců, kvalitní kotevní technika, tloušťka zdiva apod.) s rizikem následných
poruch. Přitom jde obvykle maximálně o desetitisícové náklady na domech za několik
milionů.