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.
