Zpět na materiály, výrobky, technologie

Stavební systémy nové generace, 3. díl Demontovatelný kombinovaný systém

20. července 2018
prof. Ing. Jiří Witzany, DrSc., dr.h.c.

Demontovatelný kombinovaný systém spojuje přednosti sloupového (skeletového) a stěnového systému, umožňuje vytvářet provozně-dispoziční řešení objektů v souladu s funkčními a provozními požadavky, propojení jednotlivých travé velkými otvory, „rozdílné“ uspořádání svislé nosné konstrukce v jednotlivých podlažích situovaných nad sebou a integraci rozdílných funkčních požadavků v rámci jednoho objektu. Řešení demontovatelného kombinovaného systému a integrovaných objektů vychází z výsledků teoretického a experimentálního výzkumu rozhodujících demontovatelných styků prefabrikovaných železobetonových dílců a jejich skladby, které se uskutečnilo v rámci výzkumného projektu TAČR [1, 2].

Autor:


Zabývá se konstrukčně statickou problematikou progresivních stavebních, zejména prefabrikovaných systémů pozemních staveb, rekonstrukcí panelových budov, sanací a rekonstrukcí nosných zděných konstrukcí historických staveb kompozity na bázi FRP. Je řešitelem dvou výzkumných projektů zaměřených na uvedenou problematiku.


Úvod

Demontovatelný kombinovaný systém může být použit pro objekty  s integrovanou funkcí, např. pro služby, komerční účely, fitcentra apod. situované např. v nejnižších podlažích a pro objekty s byty, kancelářemi, hotelovými službami apod. situované ve vyšších podlažích, přičemž tato změna funkce i provozu a tomu odpovídající uspořádání nosné konstrukce  se  nemusí  omezovat  např.  pouze  na nejnižší podlaží. Kombinace stěnového a sloupového, popř. pilířového systému v rámci demontovatelného kombinovaného systému umožňuje vytvářet jak uzavřené prostory (jednotlivé místnosti, pokoje, kanceláře apod.), tak i otevřené prostory sdružující několik travé (prodejní plochy, zasedací místnosti, halové kanceláře, sály apod.).

Funkční a užitná životnost prefabrikovaných stěnových systémů

Fyzickou životnost železobetonové konstrukce lze definovat jako stav, kdy spolehlivost železobetonové konstrukce nesplňuje podmínku mezní (směrné) spolehlivosti a požadavky údržby vyžadují nadměrné náklady. Fyzická životnost prefabrikovaných stěnových systémů (tzv. panelových) z betonových, popř. železobetonových dílců je závislá na intenzitě procesu karbonatace betonu až do stadia depasivace výztuže prefabrikovaných dílců [3, 4]. V případě prefabrikovaných železobetonových dílců umístěných v interiéru lze předpokládat, že k vyšší intenzitě procesů karbonatace dochází pouze v prostorách s častou změnou zvýšené relativní vlhkosti, jako např. v kuchyních, lázních apod., a v místech, kde dochází    k povrchové, popř. přípovrchové kondenzaci a zatékání. Intenzita karbonatace závisí na množství CO2, relativní vlhkosti a v neposlední řadě na hutnosti, popř. permeabilitě betonu. Nevětrané místnosti s vyšším obsahem oxidu uhličitého, zvýšenou relativní vlhkostí, případně dalšími vlivy zvyšujícími vlhkost betonu, popř. agresivita prostředí spolu s malou tloušťkou krycí vrstvy výztuže prefabrikovaných dílců (cca 10 mm) a v některých případech nízká kvalita betonu provázená zvýšenou permeabilitou mohou být jednotlivě nebo v souhrnu příčinou zvýšené intenzity karbonatace.

Analýza reziduální fyzické životnosti prefabrikovaných stěnových,  tzv. panelových objektů představuje závažnou otázku, která svým rozsahem překračuje rámec tohoto pojednání. Vedle nedostatečné tloušťky krycí vrstvy výztuže prefabrikovaných stěnových a stropních dílců, která nezajišťuje dostatečnou ochranu výztuže, je zcela specifickou otázkou koroze spojovací a zejména kotevní výztuže obvodových dílců. Velká část prefabrikovaných stěnových dílců má výztuž umístěnu pouze po obvodě dílce, v patě a zhlaví dílců. Stav této výztuže by měl být předmětem dílčí kontroly vybraných styků před aplikací kontaktního zateplovacího systému (tab. 1).

Pro prefabrikované stěnové systémy je charakteristické příčné uspořádání nosných stěn složených z prefabrikovaných betonových, popř. železobetonových dílců, které otevřelo cestu novému pojetí a uspořádání nosného systému vycházejícímu z principu Le Corbusierova systému Dom-Ino (1914). Příčné uspořádání nosných stěn umožnilo, na rozdíl od tradičních zděných systémů s podélným uspořádáním nosných stěn, otevření obvodových konstrukcí a vytváření průčelí s průběžnými pásy oken a parapetů. Propojení jednotlivých travé vymezených příčně uspořádanými nosnými stěnami se omezilo pouze na dveřní otvory provedené  v  nosných  stěnách a umožnilo použití stěnových sys- témů s příčně orientovanými nosnými stěnami převážně na bytové stavby, popř. hotely, ubytovny, koleje apod. Oddělení jednotlivých místností v rámci bytu nosnými stěnami může být překážkou při alternativním uspořádání vnitřních prostorů při změně funkce nebo  provozu.   Poloha nosných stěn vymezená rozpony stropní konstrukce současně určuje i dispoziční členění vnitřních prostorů. Zpravidla jakékoliv zásadní změny např. v uspořádání bytů, vytváření větších prostorů, sdružování sousedních bytů apod. vyžadují úpravy a zásahy do nosné konstrukce. Současné individuální požadavky uživatelů bytů v panelových objek- tech na dispoziční a provozní propojení sousedních travé v rámci modernizace a dispozičních úprav bytů, popř. při sdružování bytů vyžadují volnější propojení sousedních travé dodatečným zřizováním otvorů v nosných stěnách (obr. 1). Na základě těchto individuálních požadavků uživatelů na uspořádání dispozičního řešení  bytů v panelových  objektech  dochází  v některých případech k závažným zásahům do jejich nosného systému. Dodatečným zřízením otvorů v nosných stěnách se mění stav napjatosti v závislosti na velikosti, poloze a množství dodatečně zřízených otvorů [5]. V některých případech rozsah zásahu do nosné konstrukce může způsobit závažné snížení únosnosti stěny v místě dodatečně zřízeného otvoru lokálním vyčerpáním rezerv v únosnosti stěnových dílců v tlaku (obr. 2), popř. k závažnému narušení prostorové tuhosti a statické bezpečnosti objektu (obr. 3). Také v průběhu provádění dodatečně zřizovaných otvorů se uplatňují některé závažné a nekvalifikované postupy (obr. 4).

Dodatečným zřízením otvorů v nosných panelových stěnách (stěn vých dílcích) dochází v oblasti dodatečně provedeného otvoru k odklonu směru hlavních napětí v tlaku –σ2 provázeném vznikem hlavních napětí v tahu +σ1 spolu s vodorovnými tahovými napětími +σx (obr. 5). Tahová napětí (+σ1, +σx) mohou být příčinou vzniku tahových trhlin zejména  v  oblasti  nově  vytvořených  nadpraží,  ve  svislých  a vodorovných stycích stěnových i stropních dílců, popř. v podélných stycích stropních dílců v částech přiléhajících k dodatečně zřízenému otvoru. Podle čl.  5.3.1  a  9.5  ČSN  EN  1992-1-1  [6] lze u nově vzniklého nadpraží s šířkou menší než trojnásobek výšky nadpraží (l/h < 3) přisoudit tahová napětí na spodním okraji nadpraží pevnosti betonu v tahu fctd [5].

Při tomto řešení a podobně při nesprávně provedeném dodatečném vyztužení nadpraží (např. až po vybourání otvoru) při jeho dolním okraji nelze spolehlivě vyloučit narušení nadpraží svislými tahovými trhlinami. Po  vzniku tahových trhlin v  nadpraží dochází  k „přelivu“ těchto tahových napětí +σx nejprve do horní čísti nadpraží a následně do věnce. Přídatná tahová napětí +σxv oblasti zhlaví stěnových dílců a stropních věnců mohou být převzata pouze rezervou v únosnosti výztuže ve styku stěna – strop – stěna (věncová výztuž) a výztuže ve zhlaví i v patě stěnových dílců přesahující požadavky na její dimenze z hlediska mimořádných účinků, účinků vyplývajících z napjatosti styku stěna – strop – stěna a požadavků na diskrétní vyztužení svislých styků s hmož- dinkami v oblasti stropních věnců stanovených podle  dřívějších CŠN 73 1211 [7] a ČSN P ENV 1992-1-3 [8], popř. podle čl. 9.10 ČSN EN 1992-1-1 [5], [6]. V opačném případě dojde k nepřípustnému snížení statické odolnosti budovy, které může být v případě mimořádného účinku, jako je výbuch plynu, příčinou kolapsu konstrukce. Zvyšující se úroveň technického vybavení a kvality bytů řadou nových zařízení, přístrojů, komunikační, informační a další technikou vyvolává tlak na úpravy plošného a dispozičního řešení bytů, popř. i dalších zařízení. Dodatečné zřizování otvorů a propojování sousedních travé stěnových systémů, které odstraňuje funkční nedostatek stěnových systémů, vyžaduje kvalifikovaný přístup zahrnující účast autorizovaného statika a kvalitní prováděcí firmy. Těmto problémům lze do určité míry předcházet použitím např. prefabrikovaných demontovatelných kombinovaných systémů, které umožňují volnější uspořádání nosného systému v porovnání se stěnovým a odstraňují některé nedostatky sloupových systémů, s možností kombinace stěnového, sloupového a pilířového systému v rámci objektu (obr. 6). Problém změny funkčních požadavků na řešení bytů v  čase  se  může řešit také řízenou fyzickou životností např. demontovatelného stěnového systému [3].

Celý článek naleznete v archivu čísel 06-07/2018.

Příklad závažného oslabení panelové nosné stěny dodatečně zřízeným otvorem průměru 2 m a rozšířením dveřního otvoru
Příklad závažného oslabení panelové nosné stěny dodatečně zřízeným otvorem průměru 2 m a rozšířením dveřního otvoru
Nekvalifikovaný postup bourání prefabrikované konstrukce – jednotlivé vyříznuté segmenty nosné stěny jsou „shazovány“ na stropní konstrukci nižšího podlaží (cca 0,6 × 0,6 m)
Nekvalifikovaný postup bourání prefabrikované konstrukce – jednotlivé vyříznuté segmenty nosné stěny jsou „shazovány“ na stropní konstrukci nižšího podlaží (cca 0,6 × 0,6 m)