Moderné vzdelávanie pre vedomostnú spoločnosť/ Projekt je spolufinancovaný zo zdrojov EÚ PREFABRIKOVANÉ SÚSTAVY Stavebná fakulta Ing. Stanislav Tóth, PhD.
Táto publikácia vznikla za finančnej podpory z Európskeho sociálneho fondu v rámci Operačného programu VZDELÁVANIE. Prioritná os 1 Reforma vzdelávania a odbornej prípravy Opatrenie 1.2 Vysoké školy a výskum a vývoj ako motory rozvoja vedomostnej spoločnosti. Názov projektu: Balík doplnkov pre ďalšiu reformu vzdelávania na TUKE ITMS 26110230093 Názov: Prefabrikované sústavy Autor: Ing. Stanislav Tóth, PhD. Vydavateľ: Technická univerzita v Košiciach Rok: 2015 Vydanie: prvé Počet výtlačkov: 50 ks Rozsah: 93 ISBN 9788055320793 Rukopis neprešiel jazykovou úpravou. Za odbornú a obsahovú stránku zodpovedá autor. 2
Úvod Predmet Prefabrikované sústavy nadväzuje na predmety Architektonické konštrukcie I až V. Predmetná učebnica je určená pre študentov 2. ročníka inžinierskeho štúdia na podporu výučby predmetov Architektonické konštrukcie študijného programu Pozemné stavby Tvorba budov a prostredia, na Stavebnej fakulte Technickej univerzity v Košiciach. Predmet sa zaoberá problematikou zatriedenia stavieb, budov a problematikou prefabrikovaných konštrukčných systémov. 3
Obsah Úvod...3 Obsah...4 Prefabrikované sústavy 1. Úvod do prefabrikovaných sústav...6 Poslanie, ciele, uvod...7 1.1.1 Funkčné triedenie...10 1.1.2 Materiálové triedenie...14 1.1.3 Technologické triedenie...15 1.1.4 Stavebnokonštrukčné triedenie...15 1.2. Investičná výstavba a jej účastníci...17 1.2.1 Základné fázy investičného procesu...18 1.2.1.1 Prípravná fáza investičného procesu...18 1.2.1.2 Realizačná výrobná fáza investičného procesu...19 1.2.1.3 Porealizačná fáza investičného procesu...19 1.3 Účastníci výstavby a vzťahy medzi ními...19 1.3.1 Priami účastníci výstavby...20 1.3.2 Nepriami účastníci výstavby...20 Samohodnotiace otázky, záver, použitá literatúra...21 2. Konštrukčné systémy budov a montované konštrukcie...23 Poslanie, ciele, uvod...23 2.1 Prefabrikácia v stavebníctve...23 2.1.1 História prefabrikácie...24 2.1.2 Materiály a súčasné použitie...28 2.1.3 Výhody a nevýhody prefabrikácie...29 2.2 Charakteristika montovaných konštrukčných systémov...30 2.2.1 Zaťaženie konštrukčných systémov...31 2.2.2 Stabilita a priestorová tuhosť konštrukčných systémov...32 2.2.3 Triedenie konštrukčných systémov...32 2.2.4 Nosné prvky montovaných konštrukčných systémov...37 Samohodnotiace otázky, záver, použitá literatúra...38 3. Montované stĺpové systémy...40 Poslanie, ciele, uvod...40 3.1 Klasifikácia stĺpových konštrukčných systémov...41 3.2 Skeletové konštrukčné systémy drevených stavieb...43 3.2.1 Hrazdený konštrukčný systém...43 3.2.2 Ťažký drevený skeletový systém...44 3.2.3 Ľahký drevený skeletový systém...45 3.3 Oceľové skeletové konštrukčné systémy...47 3.3.1 Stavebné materiály a spôsoby spájania s betónovými prvkami...47 4
3.3.2 Konštrukčne prvky...48 3.3.3 Stabilita a protipožiarna ochrana...52 3.4 Montovane železobetónové skelety...53 3.4.1 Charakteristika prefabrikovaných stĺpových systémov...53 3.4.2 Konštrukčne statické varianty prefabrikovaných stĺpových systémov...55 3.4.3 Prvky a dielce nosnej konštrukcie...59 3.4.3.1 Stĺpy...59 3.4.3.2 Prievlaky...60 3.4.3.3 Stropne dielce...61 3.4.3.4 Schodisko...63 3.4.4 Styky prefabrikovaných stĺpových systemov...65 3.4.4.1 Spájanie stĺpov...67 3.4.4.2 Spájanie stĺpov s prievlakmi...69 3.4.4.3 Spájanie prievlakov...70 3.4.4.4 Spájanie stropných dielcov s prievlakmi...71 3.4.4.5 Osadenie stĺpov na základové kalichy a pätky, základové prahy...73 3.4.5 Stuženie prefabrikovaných stĺpových systemov...74 3.4.6 Príklady konštrukčných riešení prefabrikovaných stĺpových systémov...75 3.4.6.1 Ľahké rámové skelety...76 3.4.6.2 Stredné rámové skelety...76 3.4.6.3 Ťažké rámové skelety...85 Samohodnotiace otázky, zaver, použitá a odporúčaná literatura...90 5
1. Úvod do problematiky prefabrikovaných sústav Poslanie Poslaním tejto kapitoly je uviesť študenta do problematiky navrhovania prefabrikovaných sústav a poskytnúť základné členenie pozemných stavieb a konštrukcií z rôznych hľadísk a poskytnúť základné informácie o investičnej výstavbe. Ciele Po preštudovaní tejto kapitoly by ste mali vedieť: ζ popísať základné triedenie stavieb, vysvetliť štatistickú klasifikáciu stavieb, zhodnotiť tendencie vývoja stavebníctva a jeho dopad na životné prostredie, základné informácie o investičnej výstavbe. Úvod Budovy pozemných stavieb sú neoddeliteľne spojené s prírodným prostredím a jeho zákonmi. Súčasne ako dielo ľudských rúk a myslenia sú produktom spoločnosti a sú ovplyvnené zákonitosťami rozvoja spoločnosti. Predpokladom zabezpečenia funkčnej, stavebnofyzickej a kultúrnej udržateľnosti diel modernej architektúry je vytvorenie flexibilnej stratégie, ktorá by sa mohla uplatňovať vo vzťahu k tvorbe, ochrane a obnove diel. V tejto kapitole sa zaoberáme základným triedením pozemných stavieb, budov a ich konštrukcií v súlade s potrebami a požiadavkami tvorby modernej architektúry a základnými informáciami o investičnej výstavbe. 1.1 Triedenie stavieb Stavebníctvo je významný rezort národného hospodárstva vďaka objemu svojej produkcie, množstvu spotrebovaných vstupov i počtu zamestnaných pracovníkov. So stavebnými dielami sa ľudia denne stretávajú a užívajú ich. Stavebné dielo je ako finálny produkt výsledkom cieľavedomého úsilia účastníkov procesu výstavby, je výsledkom účelného spojenia veľkého množstva rôznych materiálov, polotovarov i hotových výrobkov do funkčného celku. Stavebná činnosť je cieľavedomá a tvorivá činnosť, spočívajúca vo vopred premyslenej manipulácii a transformácii materiálov, polotovarov a konštrukcií. Cieľ stavebnej činnosti je vybudovanie nového stavebného diela, alebo jeho údržba, oprava, rekonštrukcia, modernizácia, rozšírenie, či odstránenie. Stavebný objekt je súhrnný názov pre nosné a nenosné časti budovy, príp. inžinierske stavby, vrátane základov a základovej pôdy a vrátane technických zariadení nevyhnutných pre ich obvyklé užívanie (pozn.: podľa STN 73 4055 je to priestorovo oddelená alebo technicky samostatná časť stavby). Stavebná konštrukcia je ucelená technicky samostatná časť objektu slúžiaca určitému účelu. 6
Nosná stavebná konštrukcia je stavebná konštrukcia, ktorej hlavnou funkciou je prenášať zaťaženia vyskytujúce sa v objekte alebo pôsobiace na objekt. Nenosná stavebná konštrukcia je stavebná konštrukcia, ktorej hlavnou funkciou nie je prenášanie zaťaženia, ale zaistenie iných požiadaviek vyplývajúcich z obvyklého užívania objektu. Stavebný dielec je samostatná vopred vyrobená a jednotlivo osadzovaná časť stavebnej konštrukcie. Konštrukčný prvok je nosná, pevne alebo voľne uložená, príp. upevnená súčasť nosnej stavebnej konštrukcie, určená na prenos alebo rozdelenia pôsobiacich zaťažení (napr. trám, stĺp). Obvyklé užívanie objektu je užívanie objektu v súlade s technologickými a užívacími podmienkami predpokladanými v normách pre navrhovanie, v normách pre zaťaženie, v manipulačných a prevádzkových poriadkoch, príp. v inej dokumentácii. Poškodenie materiálu, prvku je jav spočívajúci v narušení bezchybného stavu objektu charakterizovaný mechanickým, fyzikálnym, chemickým alebo biologickým narušením materiálu, príp. prvku; poškodenie má za následok zhoršenie jednej alebo viacerých zložiek spoľahlivosti objektu, pričom následkom poškodenia ešte nedošlo k poruche. Porušenie materiálu; prvku je nahromadené neodstrániteľné mechanické, fyzikálne, chemické alebo biologické poškodenie materiálu, príp. prvku, pri ktorom sa materiál alebo prvok prestáva podieľať na prenášaní zaťaženia pôsobiaceho na konštrukciu. Porucha je trvalé alebo dočasné vyčerpanie schopnosti konštrukcie plniť požiadavky na ňu kladené. Vratná porucha je tá, ktorá zanikne, ak zaniknú javy, ktoré ju vyvolali. Nevratná porucha je tá, ktorá sa vyskytuje na konštrukcii, príp. objekte aj keď zaniknú javy, ktoré ju vyvolali. Spoľahlivosť konštrukcie; objektu je schopnosť konštrukcie, príp. objektu plniť požadované funkcie pri zachovaní prevádzkových ukazovateľov v daných medziach v požadovanom časovom úseku; spoľahlivosť objektu je charakterizovaná z hľadiska navrhovania konštrukcie jeho bezporuchovosťou, životnosťou, opraviteľnosťou a udržateľnosťou; čiastkovými zložkami spoľahlivosti sú napr. bezpečnosť, použiteľnosť, trvanlivosť. Bezpečnosť konštrukcie; objektu je schopnosť konštrukcie, príp. objektu neohrozovať zdravie ľudí a zvierat alebo životné prostredie pri obvyklom užívaní počas doby životnosti objektu. Použiteľnosť objektu je schopnosť objektu plniť požadované prevádzkové funkcie pri obvyklom užívaní počas doby životnosti objektu; čiastkovou zložkou použiteľnosti je napr. tuhosť, odolnosť proti trhlinám. Trvanlivosť objektu je schopnosť objektu dlhodobo odolávať fyzikálnym, chemickým a biologickým vonkajším, príp. vnútorným vplyvom. Únosnosť konštrukcie je schopnosť konštrukcie plniť požiadavky bezpečnosti, charakterizovaná definovanou hodnotou rozhodujúcej veličiny (napr. sily, momentu, napätia, priehybu), príp. funkciou takýchto veličín pri dosiahnutí vyšetrovaného medzného stavu únosnosti. Stavba je vo všeobecnosti ľuďmi cielene vytvorený objekt zložený z viac než jedného elementu, permanentne fixovaný do zeme, ktorý sprostredkováva jeden alebo viac aspektov prostredia. Stavby môžu byť jednoduché ako osamelá strecha poskytujúca ochranu pred dažďom pre jednotlivca alebo komplexné, napr. budovy na bývanie, školy, školy, nemocnice, atď. 7
Návrh konštrukcie a fungovania stavieb je starý ako samotné ľudstvo. Architekti v súčasnosti navrhujú väčšinu veľkých stavieb v tíme s veľkým počtom špecializovaných inžinierov. Malé rezidenčné stavby zvyčajne nevyžadujú extenzívnu prácu architektov alebo inžinierov. Zákon č.50/1976 Zb. o územnom plánovaní a stavebnom poriadku v znení neskorších predpisov (stavebný zákon) spolu s vykonávacími vyhláškami a novelizáciami upravuje základné procesné pravidlá a technické požiadavky na výstavbu a vytvára kodifikovanú právnu úpravu na úseku stavebného práva. Definícia stavby je do stavebného zákona prevzatá zo smernice Európskej únie č.89/106/ehs podľa nej: Stavba je stavebná konštrukcia postavená stavebnými prácami zo stavebných výrobkov, ktorá je pevne spojená so zemou alebo jej osadenie vyžaduje úpravu podkladu. Z dôvodu právnej istoty sa upresňuje výraz pevné spojenie so zemou, ktorým je spojenie pevným základom, upevnenie strojnými súčiastkami, zvarom o pevný základ alebo o inú stavbu, ukotvenie pilótami alebo lanami s kotvou v zemi alebo na inej stavbe, pripojenie na siete a zariadenia technického vybavenia územia, umiestnenie pod zemou. Podľa stavebného zákona sa stavby sa podľa stavebnotechnického vyhotovenia a účelu členia na: pozemné stavby, inžinierske stavby. Pozemné stavby sú priestorovo sústredené zastrešené budovy vrátane podzemných priestorov, ktoré sú stavebnotechnicky vhodné a určené na ochranu ľudí, zvierat alebo vecí. Nemusia mať steny, ale musia mať strechu. Podľa účelu sa členia na bytové budovy a nebytové budovy. Bytové budovy sú stavby, ktorých najmenej polovica podlahovej plochy je určená na bývanie. Medzi bytové budovy patria a) jednobytové budovy, b) rodinné domy, c) ostatné budovy na bývanie, napríklad detské domovy, študentské domovy, domovy dôchodcov a útulky pre bezdomovcov. Nebytové budovy sú stavby, v ktorých je viac ako polovica ich využiteľnej podlahovej plochy určená na nebytové účely. Medzi nebytové budovy patria: a) hotely, motely, penzióny a ostatné ubytovacie zariadenia na krátkodobé pobyty, b) budovy pre administratívu, správu a na riadenie, pre banky a pošty, c) budovy pre obchod a služby vrátane autoservisov a čerpacích staníc, d) dopravné a telekomunikačné budovy, stanice, hangáre, depá, garáže a kryté parkoviská, e) priemyselné budovy a sklady, nádrže a silá, f) budovy pre kultúru a na verejnú zábavu, pre múzeá, knižnice a galérie, 8
g) budovy pre školstvo, na vzdelávanie a výskum, h) nemocnice, zdravotnícke a sociálne zariadenia, i) kryté budovy pre šport, j) poľnohospodárske budovy a sklady, stajne a maštale, k) budovy a miesta na vykonávanie náboženských aktivít, krematóriá a cintoríny, l) kultúrne pamiatky, ktoré nie sú bytovými budovami, m) ostatné nebytové budovy, napríklad nápravné zariadenia alebo kasárne. Ak sú nebytové budovy určené na rôzne účely, rozlišujú sa podľa hlavného účelu, na ktorý pripadá najväčšia časť využiteľnej podlahovej plochy. Ak časť nebytovej budovy slúži na bývanie, vzťahujú sa na túto časť požiadavky na bytové budovy. Inžinierske stavby sú: diaľnice, cesty, miestne a účelové komunikácie, nábrežia, chodníky a nekryté parkoviská, železničné, lanové a iné dráhy, vzletové dráhy, pristávacie dráhy a rolovacie dráhy letísk, mosty, nadjazdy, tunely, nadchody a podchody, prístavy, plavebné kanály a komory, úpravy tokov, priehrady a ochranné hrádze, závlahové a melioračné sústavy, rybníky, diaľkové ropovody a plynovody, miestne rozvody plynu, diaľkové a miestne rozvody vody alebo pary, úpravne vody, miestne kanalizácie a čistiarne odpadových vôd, banské stavby a ťažobné zariadenia, atď. Tvorbu (návrh, realizácia) stavieb charakterizujú hlavné znaky, ako sú: objem výroby, dlhá životnosť, multidisciplinárny charakter stavebníctva, reprezentačný charakter architektúry, ovplyvňovanie životného prostredia, ako aj ďalších odvetví života, hospodárstva, atď. Faktory ovplyvňujúce realizáciu výstavby: navrhovanie budov, technológia výstavby, ekonomika riadenia stavieb, organizácia výstavby, vývoj a výskum nových materiálov, podmienky trvalo udržateľného rozvoja. Budovy pozemného staviteľstva sa delia z rôznych hľadísk: z hľadiska stavebnotechnického vyhotovenia a účelu funkčné triedenie, z hľadiska použitého materiálu materiálové triedenie, z hľadiska technológie vyhotovenia technologické triedenie, z hľadiska stavebnokonštrukčného konštrukčné systémy, a z hľadiska častí stavby. 9
1.1.1 Funkčné triedenie Štatistický úrad Slovenskej republiky vydal dňa 22. júna vyhlášku č. 323/2010 Z. z., ktorou ustanovil štatistickú klasifikáciu stavieb a ktorá zároveň ruší opatrenie Štatistického úradu SR č. 128/2000 Z. z., ktorým sa vyhlasuje Klasifikácia stavieb. Štatistická klasifikácia stavieb člení stavby na jednotlivé typy, oddiely, skupiny a triedy. Klasifikácia obsahuje 6 oddielov, 20 skupín a 46 tried. Základné typy stavieb podľa tejto vyhlášky sú Budovy a Inžinierske stavby. Budovy sa členia do oddielov Bytové budovy a Nebytové budovy a Inžinierske stavby sa delia na Dopravnú infraštruktúru, Potrubné rozvody, elektronické komunikačné siete, elektrické rozvody a vedenia, Komplexné priemyselné stavby a Ostatné inžinierske stavby. Oddiely sa členia na skupiny a skupiny na triedy podľa účelového využitia stavby. KLASIFIKÁCIA STAVIEB 1 BUDOVY 2 INŽINIERSKE STAVBY 21 DOPRAVNÁ INFRAŠTRUKTÚRA 211 cestné a miestne komunikácie 11 BYTOVÉ BUDOVY 111 JEDNOBYTOVÉ BUDOVY 112 DVOJ A VIAC BYTOVÉ BUDOVY 113 OSTATNÉ BUDOVY NA BÝVANIE 212 železnice a dráhy 213 letiská 214 mosty, tunely, podzem. dráhy 22 POTRUBNÉ, TELEKOMUNIKAČNÉ A ELEKTRICKÉ ROZVODY A VEDENIA 12 NEBYTOVÉ BUDOVY 121 hotely, motely a pod. 122 ADMINISTRATÍVNE BUDOVY 123 BUDOVY PRE OBCHOD A SLUŽBY 124 BUDOVY PRE TELEKOMUNIKÁCIE A DOPRAVU 125 PRIEMYSELNÉ BUDOVY, SKLADY 126 BUDOVY NA KULTÚRNU A VEREJ. ZÁBAVU 127 POĽNOHOSPODÁRSKE BUDOVY A OSTATNÉ BUDOVY. 221 DIAĽKOVE ROZVODY 222 MIESTNE ROZVODY 23 KOMPLEXNÉ PRIEMYSELNÉ STAVBY 230 KOMPLEXNÉ PRIEMYSELNÉ STAVBY 24 OSTATNÉ INŽINIERSKE STAVBY 241 ŠPORTOVÉ A REKREAČNÉ STAVBY 242 OSTATNÉ INŽINIERSKE STAVBY, INDE NEKLASIFIKOVANÉ Obr. 1 Základné členenie stavieb podľa vyhlášky č. 323/2010 Z. z 10
KLASIFIKÁCIA STAVIEB Kód Názov Typ Oddiel Skupina Trieda 1 Budovy 11 Bytové budovy 111 Jednobytové budovy 1110 112 Jednobytové budovy Dvojbytové a viacbytové budovy 1121 1122 113 Dvojbytové budovy Trojbytové a viacbytové budovy Ostatné budovy na bývanie 1130 12 Ostatné budovy na bývanie Nebytové budovy 121 Hotely a podobné budovy 1211 1212 122 Hotelové budovy Ostatné ubytovacie zariadenia na krátkodobé pobyty Budovy pre administratívu 1220 123 Budovy pre administratívu Budovy pre obchod a služby 1230 124 1241 1242 125 Budovy pre obchod a služby Budovy pre dopravu a elektronické komunikácie 1241 Budovy pre dopravu, budovy pre elektronické komunikácie, stanice, terminály a pridružené budov Garážové budovy Priemyselné budovy a sklady 1251 1252 Priemyselné budovy Nádrže, silá a sklady Budovy pre kultúru, verejnú zábavu, vzdelávanie a zdravotníctvo 126 1261 Budovy pre kultúru a verejnú zábavu 11
Kód Názov Typ Oddiel Skupina Trieda 1262 1263 1264 1265 127 Múzeá a knižnice Školy, univerzity a budovy pre vzdelávanie Nemocničné budovy a zdravotnícke zariadenia Budovy pre šport Ostatné nebytové budovy 1271 1272 1273 1274 2 Nebytové poľnohospodárske budovy Budovy a miesta na vykonávanie náboženských aktivít Historické alebo chránené pamiatky Ostatné budovy inde neuvedené Inžinierske stavby 21 Dopravná infraštruktúra 211 Cestné komunikácie a miestne komunikácie 2111 2112 212 2121 2122 213 Celoštátne železnice Ostatné dráhy Letiská 2130 214 Letiská Mosty, nadjazdy, tunely a podzemné dráhy 2141 2142 215 Mosty a nadjazdy Tunely a podzemné dráhy Prístavy, vodné cesty, priehrady a iné vodné diela 2151 2152 2153 22 Cestné komunikácie Miestne komunikácie Železnice a dráhy Prístavy a vodné cesty Priehrady Melioračné rozvody vody a zariadenia Potrubné rozvody, elektronické komunikačné siete, elektrické rozvody a vedenia 12
Kód Názov Typ Oddiel Skupina Trieda Diaľkové potrubné rozvody, elektronické komunikačné siete a elektrické rozvody 221 2211 2212 2213 2214 222 Diaľkové rozvody ropy a plynu Diaľkové rozvody vody Diaľkové elektronické komunikačné siete Diaľkové elektrické rozvody Miestne potrubné a káblové rozvody 2221 2222 2223 2224 23 Miestne plynovody Miestne potrubné rozvody vody Miestne kanalizácie Miestne elektrické rozvody a vedenia a miestne elektronické komunikačné siete Komplexné priemyselné stavby 230 Komplexné priemyselné stavby 2301 2302 2303 2304 24 Banské stavby a ťažobné zariadenia Stavby energetických zariadení Stavby chemických zariadení Stavby ťažkého priemyslu inde neuvedené Ostatné inžinierske stavby 241 Športové a rekreačné stavby 2411 2412 242 Športové ihriská Ostatné športové a rekreačné stavby Ostatné inžinierske stavby inde neuvedené 2420 Ostatné inžinierske stavby inde neuvedené Štatistická klasifikácia stavieb uvedená v tabuľkách je v súlade s prílohou k vyhláške č. 323/2010 Z.z. 13
Systém kódovania Systém kódovania klasifikácie má štyri úrovne: a) prvá úroveň obsahuje typ podľa najväčšieho podielu využitia úžitkovej plochy a označuje sa jednociferným číselným kódom, b) druhá úroveň obsahuje oddiel podľa najväčšieho podielu plôch v rámci typu a označuje sa dvojciferným číselným kódom, c) tretia úroveň obsahuje skupinu podľa najväčšieho podielu plôch v rámci oddielu a označuje sa trojciferným číselným kódom, d) štvrtá úroveň obsahuje triedu podľa najväčšieho podielu plôch v rámci skupiny a označuje sa štvorciferným číselným kódom. Uvedieme si príklad: Napr. Múzea a knižnice podľa klasifikácie stavieb majú kód 1262, čo znamená, že patria k typu (1) Budovy, do oddielu nebytových budov (12), konkrétne skupiny s kódom (126) Budovy pre kultúru, verejnú zábavu, vzdelávanie a zdravotníctvo. Posledné číslo kódu 2 znamená, že budovy pre kultúru a verejnú zábavu sú v skupine 126 druhé v poradí, prvé sú Budovy pre kultúru a verejnú zábavu, tie majú kód (1261). Záverom môžeme konštatovať, že Klasifikácia stavieb na budovy (pozemné stavby) a inžinierske stavby s vymedzenými pojmami je prevzatá z medzinárodnej klasifikácie stavieb UNESCO, ktorá bola vypracovaná na báze Európskeho štandardu CC. Klasifikáciu stavieb používame najmä pre štatistické účely, kvôli zabezpečeniu porovnateľnosti údajov v EÚ a na klasifikovanie stavieb. Uvedenú klasifikáciu akceptujú právne predpisy EÚ i technické normy. Rovnaké členenie stavieb je v závislosti aj od stavebnotechnického vyhotovenia podľa stavebného zákona. 1.1.2 Materiálové triedenie Z hľadiska materiálového riešenia môžu byť budovy a ich konštrukcie: drevené konštrukcie: konštrukcie z hranatého a doskového reziva, konštrukcie lepené z drevených lamiel, konštrukcie na báze dreva (z preglejok, z aglomerovaného dreva a pod. konštrukcie z kameňa: konštrukcie z lomového kameňa, konštrukcie z opracovaného kameňa, konštrukcie z keramických materiálov, konštrukcie z tehál a tehlových tvárnic, tehlové konštrukcie vystužené a predpäté, betónové konštrukcie: konštrukcie z prostého betónu, konštrukcie zo železobetónu, z predpätého betónu, 14
konštrukcie z ľahčeného betónu, kovové konštrukcie: oceľové konštrukcie, konštrukcie z liatiny, konštrukcie z ostatných kovov a kovových zliatin (hliník, dural), konštrukcie na báze plastov, skla, textílií a prírodných materiálov (slama, hlina, atď.), materiálovo kombinované konštrukcie (spriahnuté železobetónové konštrukcie, keramickobetónové konštrukcie atď.). 1.1.3 Technologické triedenie Budova môže byť z technologického hľadiska zrealizovaná ako murovaná, monolitická montovaná alebo technologicky kombinovaná: Murovaná budova, sa zhotovuje murovaním nosných, nenosných, obvodových stien a pilierov (spájaním podľa zásad vzájomnej väzby) z kusových stavív ( kameňov, tehál, tvárnic) priamo na mieste výstavby. Monolitická budova sa zhotovuje postupným vytváraním jednotlivých konštrukcií z betónu alebo železobetónu liatím do debnenia. Montovaná budova je charakterizovaná tým, že sa na mieste montuje z prefabrikovaných dielcov, ktoré sa najprv zhotovia vo výrobni a po dovezení na stavenisko sa z nich zmontuje nosná konštrukcia, prípadne aj obalová konštrukcia obvodové steny, deliace steny a prvky dokončovacieho cyklu. Technologicky kombinované konštrukcie sú zhotovené kombináciou hore uvedených technológií. 1.1.4 Stavebnokonštrukčné rozdelenie budov Z hľadiska stavebnokonštrukčného sa budovy delia na: jedno a viacpodlažné budovy, halové a veľkorozponové budovy, výškové budovy a špeciálne konštrukcie budov (superkonštrukcie a pod.). V zmysle STN 73 4301/Z1 môžu mať budovy na bývanie: podzemné podlažia, nadzemné podlažia. Za podzemné podlažie sa považuje každé podlažie, ktoré má úroveň podlahy v priemere nižšie ako 800 mm pod úrovňou upraveného priľahlého terénu. Na výpočet aritmetického priemeru výškovej úrovne podlahy vzhľadom na terén sa uvažujú najmenej 4 reprezentatívne body po obvode posudzovaného podlažia (v prípade pravouhlého pôdorysu jeho vrcholy, v zložitejších prípadoch body s maximálnymi a minimálnymi hodnotami výškovej úrovne vzhľadom na terén). Ostatné podlažia sú nadzemné. 15
Obr. 2 Názvoslovie podlaží v budovách na bývanie. Ab Glosár k textu 1.1 Vymedzenie pojmov podľa zákona č. 50/1976 Zb. o územnom plánovaní a stavebnom poriadku (stavebný zákon) STN 73 4301: (1) Budovy na bývanie sú budovy určené na dlhodobé bývanie, v ktorých viac ako polovica podlahovej plochy všetkých miestností pripadá na byty, vrátane plochy domového vybavenia určeného pre obyvateľov jednotlivých bytov. (2) Bytový dom je budova určená na bývanie pozostávajúca zo štyroch a z viacerých bytov so spoločným hlavným vstupom z verejnej komunikácie. (3) Rodinný dom je budova určená predovšetkým na rodinné bývanie so samostatným vstupom z verejnej komunikácie, ktorá má najviac tri byty, dve nadzemné podlažia a podkrovie. (4) Byt je obytná miestnosť alebo súbor obytných miestností s príslušenstvom usporiadaný do funkčného celku s vlastným uzavretím, určený na trvalé bývanie. (5) Obytná miestnosť je miestnosť, ktorá svojím stavebnotechnickým riešením a vybavením spĺňa podmienky na trvalé bývanie. 16
(6) Príslušenstvo bytu na účely tohto zákona sú miestnosti, ktoré plnia komunikačné, hospodárske alebo hygienické funkcie bytu. (7) Podlažie je časť budovy vymedzená dvoma najbližšie nad sebou nasledujúcimi horizontálnymi deliacimi konštrukciami. (8) Nadstavba je zmena už dokončenej budovy, ktorou sa zväčšuje objem budov vytvorením ďalších podlaží alebo podkrovia určených na trvalé bývanie. (9) Podkrovie je vnútorný priestor domu prístupný z posledného nadzemného podlažia vymedzený konštrukciou krovu; určený je na účelové využitie; za podkrovie sa pritom považuje také podlažie, ktoré má aspoň nad tretinou podlahovej plochy šikmú konštrukciu krovu a ktorého zvislé obvodové steny nadväzujúce na šikmú strešnú, resp. stropnú konštrukciu nie sú vyššie ako polovica výšky bežného nadzemného podlažia domu. (10) Povala je vnútorný priestor domu vymedzený strešnou konštrukciou, ktorý je prístupný obvykle z posledného nadzemného podlažia, bez účelového využitia. 1.2 Investičná výstavba a jej účastníci Úspešná výstavba s následným užívaním stavby nezáleží len na jej odbornom a technickom vyhotovení, ale taktiež na organizačnej príprave a prevedení, ako i na organizovanom prevádzaní (realizácii). Preto neoddeliteľnou súčasťou výstavby je riadne plnenie povinností všetkých účastníkov výstavby. Samotná výstavba môže mať charakter investičný alebo neinvestičný. Investičný proces je náročná a zložitá činnosť, ktorej cieľom je vytvorenie (vybudovanie) hmotného majetku. Investícia spotreba živej práce pri výstavbe alebo modernizácii a rekonštrukcii základných fondov (výrobných ako i nevýrobných). Investičná výstavba je proces realizácie nových alebo rozširovanie, modernizácia a rekonštrukcia existujúcich základných fondov (prostriedkov). ide o dlhodobý proces v priebehu, ktorého sa investície menia na základný prostriedok, týka sa základných prostriedkov výrobnej i nevýrobnej sféry. Investičná činnosť predstavuje proces tvorby nových resp. rozširovanie, modernizáciu a rekonštrukciu existujúcich základných prostriedkov výrobného a nevýrobného charakteru. Činnosť, pri ktorej vzniká nový základný prostriedok (hmotný a nehmotný investičný majetok). Hmotným investičným majetkom (HIM) sú samostatné veci, u ktorých vstupná cena je vyššia ako 663,88 (20.000 Sk) a doba používania dlhšia ako 1 rok. Základným prostriedkom investičného charakteru môžu byť: pozemky, budovy, stavby, 17
trvalé porasty (súvislá výsadba najmenej 100 stromov resp. 200 krov s produkčnou schopnosťou dlhšou ako 3 roky; brehové porasty, okrasná a protierózna výsadba), samostatné predmety, pripadne súbor predmetov s prevádzkovotechnickou funkciou dlhšou ako 1 rok a za obstarávacou cenou 165,97 (5.000 Sk) Nehmotným investičným majetkom (NIM) sú predmety z práv priemyselného vlastníctva, projekty, programové vybavenie a iné technické znalosti, ktorých vstupná cena je vyššia ako 1.327,76 (40.000 Sk) a doba používania dlhšia ako 1 rok. Výrobná sféra zahŕňa odvetvia Národného hospodárstva (NH), zúčastňujúce sa na tvorbe spoločenského produktu (priemysel, stavebníctvo, poľnohospodárstvo, lesníctvo, nákladná doprava, zásobovanie, obchod, nákup, a pod.). Nevýrobná sféra zahŕňa vedu a výskum, bytové hospodárstvo, zdravotníctvo, sociálne zabezpečenie, poisťovníctvo, školstvo, kultúru, súdnictvo, obranu, peňažníctvo a ostatné nevýrobné úseky. Neinvestičná činnosť predstavuje proces rozširovania, modernizácie a rekonštrukcie už existujúcich základných prostriedkov neinvestičnej povahy. Jedná sa o činnosť, pri ktorej nevzniká nový základný prostriedok. Základným prostriedkom neinvestičnej povahy môžu byť: ojedinelé výsadby, zúrodnenie pôdy rekultiváciou, špeciálna agrotechnika a pod. 1.2.1 Základné fázy investičného procesu Analýza jednotlivých fáz investičného procesu a charakteristika jeho hlavných účastníkov je dôležitá z hľadiska koncepcie a riadenia investícií. Pri samotnom riadení a organizácii investičného procesu je potrebné vytvárať také vzťahy medzi účastníkmi investičného procesu, ktoré zabezpečia vysokú efektívnosť a hospodárnosť investičnej výstavby. Investičný proces môžeme rozdeliť do troch základných fáz: prípravnú, realizačnú (výrobnú), po realizačnú. 1.2.1.1 Prípravná fáza investičného procesu Cieľom prípravnej fázy investičného procesu je nájdenie najvhodnejších riešení zamýšľaného zámeru a vytvorenie podmienok pre ich efektívnu realizáciu. Zahŕňa stránku spoločenskú, architektonickú, technickú, technologickú a ekonomickú. Vyjadruje sa pomocou štúdií, projektov, modelov, ponúk a výberových konaní. Obsahom je investičný (podnikateľský) zámer, zadanie stavby, projekt stavby, stavebnotechnologická štúdia (POV) a stavebnotechnologický projekt stavby. Obsahuje štyri etapy: 18
1. plánovacia príprava, ktorej obsahom je zhrnutie investičnej akcie do investičného plánu (dlhodobého, strednodobého, ročného) vrátane väzieb na materiálové a finančné krytie, a zabezpečenie pracovných síl. 2. územná príprava investícií, jej obsahom je koordinovať zamýšľanú výstavu s potrebami a zásadami územného plánu, čo v konečnej fáze predstavuje územné rozhodnutie, ktorým príslušný miestny orgán (stavebný úrad) prideľuje stavenisko pre výstavbu. 3. predprojektová príprava zahŕňa spracovávanie investičného zámeru, projektovej úlohy, resp. štúdie súboru stavieb. 4. projektová príprava investícií, jej obsahom je spracovávanie projektovej a rozpočtovej dokumentácie stavieb, ktorú tvorí projektová dokumentácia (úvodný projekt a vykonávacie projekty). 1.2.1.2 Realizačná výrobná fáza investičného procesu Nadväzuje na prípravnú, je to vlastné uskutočňovanie výstavby, spravidla končiace skúšobnou prevádzkou stavby. Jej cieľom je uskutočnenie zámeru, čiže racionálne a ekonomické prevedenie stavby. Začína predaním staveniska realizátorovi stavby a končí predaním (odovzdaním) hotového diela do trvalej prevádzky stavebníkovi, a to kolaudáciou stavby. Patrí sem: 1. vykonávanie prác a dodávok podľa projektu, 2. organizačná činnosť dodávateľa so svojimi poddodávateľmi, 3. projektová činnosť. 1.2.1.3 Po realizačná fáza investičného procesu Je uvedenie stavby do trvalej prevádzky alebo užívania. Začína odovzdaním a prebraním dokončených dodávok stavby. Súbežne prebieha kolaudačné konanie, ktoré vykoná príslušný stavebný úrad a vydá kolaudačné rozhodnutie. V tejto fáze investor v spolupráci s ostatnými účastníkmi výstavby vyhodnocuje stavbu (investičné dielo). 1.3 Účastníci výstavby a vzťahy medzi nimi Účastníkmi investičnej výstavby môžu byť právnické a fyzické osoby. Účastníkmi individuálneho investičného procesu (t.j. prípravy a realizácie stavby) sú tie subjekty, pre ktoré sa stavba pripravuje a realizuje (stavebník), tie, ktoré pre stavbu vyhotovujú projektovú dokumentáciu (projektant), tie, ktoré stavbu realizujú (zhotoviteľ (dodávateľ, subdodávateľ)) a prípadne i tie, ktoré budú dokončenú stavbu prevádzkovať, užívať (užívateľ), pokiaľ to nie je sám stavebník. Každá investičná výstavba prebieha za súčinnosti: priamych účastníkov výstavby (užívateľ, investor, projektant a dodávateľská organizácia resp. subdodávateľská organizácia), nepriamych účastníkov výstavby ktorých sa výstavba vo väčšej alebo menšej miere dotýka (miestne a obecné úrady, banky, 19
orgány a organizácie obhajujúce verejné záujmy, občania, ktorých záujmy môžu byť investíciou ohrozené, atď.). 1.3.1 Priami účastníci výstavby Užívateľ právnická a fyzická osoba, ktorá bude dokončenú stavbu užívať, alebo prevádzkovať. Investor (stavebník) je organizácia, ktorá stavbu pripravuje a organizačne a finančne zabezpečuje. Dodávateľ je organizácia, ktorej predmetom činnosti je uskutočňovanie dodávok stavieb, na základe zmluvy uzatvorenej medzi ním a investorom. Organizácia s živnostníckym listom pre predmet podnikania stavebnomontážna činnosť. Subdodávateľ organizácia, ktorá realizuje práce na základe zmluvy s priamym dodávateľom. Projektant organizácia oprávnená k projekčnej činnosti a ktorá sa zmluvne zaviazala k dodaniu projektovej dokumentácie minimálne v rozsahu úvodného projektu a k výkonu autorského dozoru. Právnická alebo fyzická osoba, ktorá vlastní živnostnícky list pre predmet podnikania projektová činnosť v investičnej výstavbe. 1.3.2 Nepriami účastníci výstavby Zvláštne postavenie medzi nepriamymi účastníkmi výstavby majú úrady životného prostredia a ich stavebné úrady, ktoré vykonávajú napr.: územné pokračovanie ( posúdenie návrhu na umiestnenie a plánované využívanie stavby najmä z hľadiska starostlivosti o životné prostredie), stavebné pokračovanie (na základe ktorého sa vydáva stavebné povolenie), kolaudačné pokračovanie a vydanie povolenia na užívanie stavby, stavebný dohľad (zabezpečuje sa ochrana práv a záujmov spoločnosti i občanov v súvislosti s realizáciou alebo neskorším využívaním stavby). Ab Glosár k textu 1.2 Vymedzenie pojmov podľa zákona č. 17/1992 Z.z. o životnom prostredí: (1) Životné prostredie je všetko, čo vytvára prirodzené podmienky existencie organizmov včítane človeka a je predpokladom ich ďalšieho vývoja. Jeho zložkami sú najmä ovzdušie, voda, horniny, pôda, organizmy, ekosystémy a energia. (2) Prírodné zdroje sú tie časti živej alebo neživej prírody, ktoré človek využíva alebo môže využívať na uspokojovanie svojich potrieb. Obnoviteľné prírodné zdroje majú schopnosť sa pri postupnom spotrebúvaní čiastočne alebo úplne obnovovať, a to samy alebo za prispenia človeka. Neobnoviteľné prírodné zdroje spotrebúvaním zanikajú. (3) Znečisťovanie a poškodzovanie životného prostredia je vnášanie takých fyzikálnych, chemických alebo biologických činiteľov do životného prostredia v dôsledku ľudskej činnosti, ktoré sú svojou podstatou alebo množstvom cudzorodé pre 20
dané prostredie. Poškodzovanie životného prostredia je zhoršovanie jeho stavu znečisťovaním alebo inou ľudskou činnosťou nad mieru ustanovenú osobitnými predpismi. (4) Ochrana životného prostredia zahŕňa činnosti, ktorými sa predchádza znečisťovaniu alebo poškodzovaniu životného prostredia alebo sa toto znečisťovanie alebo poškodzovanie obmedzuje a odstraňuje. Zahŕňa ochranu jeho jednotlivých zložiek, druhov organizmov alebo konkrétnych ekosystémov a ich vzájomných väzieb, ale aj ochranu životného prostredia ako celku. (5) Trvalo udržateľný rozvoj spoločnosti je taký rozvoj, ktorý súčasným i budúcim generáciám zachováva možnosť uspokojovať ich základné životné potreby a pritom neznižuje rozmanitosť prírody a zachováva prirodzené funkcie ekosystémov. (6) Investičná výstavba je proces realizácie nových alebo rozširovanie, modernizácia a rekonštrukcia existujúcich základných fondov (prostriedkov).? Samohodnotiace otázky 1. Viete uviesť príklady budov vo svojom okolí podľa jednotlivých hľadísk delenia? 2. Viete zatriediť budovu v ktorej bývate z hľadiska štatistickej klasifikácie stavieb, ako aj ďalších hľadísk? 3. Aké sú hlavné kategórie dopadu stavebníctva na životné prostredie? 4. Čo je investičná výstavba? 5. Aké etapy obsahuje investičná výstavba? 6. Kto je účastníkom investičnej výstavby a za akej súčinnosti prebieha? Σ Záver Klasifikácia stavieb má svoj význam, je určená na štatistické účely, na definovanie stavieb potrebné pre zabezpečenie informácií o špecifických premenných krátkodobých ukazovateľoch (stavebné povolenia, produkcia a ďalšie) a používa sa počas celej životnosti stavby (zmeny vo využívaní stavby, transakcie, renovácie, demolácie). Klasifikácia rozlišuje stavby podľa technickej koncepcie, ktorá vyplýva zo špeciálneho využitia (napr. cestné stavby, vodné diela, potrubné rozvody) a budovy podľa hlavného využitia (napr. bytové, nebytové). Vlastnícke vzťahy (stavebný pozemok, jeho vlastník a inštitúcia, ktorej patrí) sú obyčajne irelevantné kritériá pre túto klasifikáciu. Inžinierske stavby sú klasifikované hlavne podľa využitia, na ktoré sú určené. Investičný proces je náročná a zložitá činnosť, ktorej cieľom je vytvorenie respektíve vybudovanie hmotného majetku. C ieľom investičnej výstavby je úspešná výstavba a 21
následné užívanie stavby, ktoré nezáležia len na jej odbornom a technickom prevedení, ale taktiež aj na organizačnej príprave a prevedení, ako aj na organizovanom vyhotovení (realizácii). Použitá a odporúčaná literatúra 1. Moudrý, I., Novotný, M., Spáčil, M., Škraním, J.: Pozemní stavitelství I. Skripta VUT, Brno, 1998. 2. Gašparík, J. a kol.: Praktická príručka technických požiadaviek na výstavbu, by Dashöfer Holding, Ltd. a Verlag Dashöfer, Bratislava, 2002,2003. 3. Vinárčiková, J. a kol.: Zásady architektonického navrhovania budov, praktická príručka funkčných a technických požiadaviek na výstavbu, by Dashöfer Holding, Ltd. a Verlag Dashöfer, Bratislava, 2011. 4. STN 73 4301/Z1 Budovy na bývanie 2005/06 a 2008. 5. Zákon č. 50/1976 Zb. o územnom plánovaní a stavebnom poriadku (Stavebný zákon) v znení neskorších predpisov. 6. Zákon č. 17/1992 Zb. o životnom prostredí. 7. Vyhláška Štatistického úradu SR z 22. júna 2010 č. 323/2010 Z. z. ktorou sa vydáva Štatistická klasifikácia stavieb, účinnosť dňom 15.7.2010, čiastka 126 Zbierky zákonov. 8. Hájek, P.: prednášky na webe v pdf súb.: http://people.fsv.cvut.cz/~hajekp/. 9. Pavlík, M.: prednášky na webe: http://15123.fa.cvut.cz/?page=cz,pozemnistavitelstvi. 10. Investičná výstavba a jej účastníci. fzki.uniag.sk/.../terenne_upravy_20studijne_20materialy.pdf 22
2. Konštrukčné systémy budov a montované konštrukcie Poslanie Poslaním tejto kapitoly je uviesť študenta do problematiky prefabrikovaných konštrukcií pozemných stavieb a poskytnúť základné členenie montovaných konštrukčných systémov a konštrukcií budov z viacerých hľadísk. Ciele Po preštudovaní tejto kapitoly by ste mali vedieť: charakterizovať základné princípy a uplatnenie prefabrikácie v stavebníctve, popísať základné triedenie montovaných konštrukčných systémov budov pozemných stavieb. ζ Úvod Každý materiálový a konštrukčný variant stavby má svoje prednosti a zápory, či už čiastkové alebo ako celok. Prefabrikácia sa opäť stala zaujímavou práve pre jej priemyselný charakter výroby (nezávislý od poveternostných podmienok) betónu a vysokú kvalitu vyrábaných prvkov. Závody na výrobu prefabrikovaných dielcov sú dnes už automatizované a počítačovo riadené. Progresívne technológie, hlavne flexibilná formovacia technika, umožňujú výrobu tvarovo a rozmerovo rozmanitých dielcov pekného vzhľadu podľa individuálnych požiadaviek Práve táto prakticky neobmedzená možnosť tvarových riešení ako celých objektov, tak aj jeho povrchov a detailov, je okrem iných nespornou výhodou prefabrikovaných konštrukcií. V tejto kapitole sa zaoberáme princípom, charakteristikou a delením montovaných konštrukčných systémov. 2.1 Prefabrikácia v stavebníctve Prefabrikácia je výroba stavebných konštrukcií dielcov alebo prvkov v továrni alebo na inom výrobnom mieste a následnou prepravou kompletných stavebných dielcov na miesto stavby. Dielce, ktoré sú predmetom prefabrikácie, sa nazývajú prefabrikáty. Uvedený spôsob výstavby je odlišný od konvenčnejšieho spôsobu, pri ktorom sú na miesto stavby privezené základné materiály (tehly, cement, piesok atď.) a konštrukčné prvky sa vyrábajú priamo na stavbe. Pri prefabrikovaných konštrukciách sú uvedeným spôsobom položené jedine základy a podlahová doska. Ostatné konštrukčné prvky napríklad steny, stĺpy, prievlaky, stropné panely, vyrobené mimo staveniska vo výrobniach a na miesto stavby sú privezené hotové výrobky a následne spájané (zmontované, zhotovované) do jedného konštrukčného celku, budovy. Zmyslom 23
takejto výstavby je úspora času a nákladov na výrobu, pretože rovnaké konštrukčné úlohy môžu byť združované. Obdobne je možné použitie montážnych liniek s pracovníkmi a ich odbornými znalosťami, pričom je zredukovaný počet pracovníkov na mieste stavby, pri takomto postupe sa značne skracuje i čas výstavby. Uvedená metóda nachádza uplatnenie aj pri konštrukciách pozostávajúcich z opakujúcich sa prvkov prípadne foriem, alebo v prípade, keď sa konštruuje viacero vyhotovení samotnej základnej štruktúry. Prefabrikovaná výroba umožňuje zamestnať menší počet kvalifikovaných pracovníkov na stavbe a súčasne predchádza i problémom s nedostatkom energií, vody, s nepriaznivým počasím alebo nebezpečným prostredím. Aj napriek týmto výhodám je potrebné počítať so zvýšenými nákladmi na prepravu prefabrikovaných výrobkov a ich zabudovaním na miesto osadenia, pretože sú zvyčajne väčšie, krehkejšie a náročnejšie na zaobchádzanie, ako materiály prípadne komponenty, z ktorých sa vyrábajú. 2.1.1 História prefabrikácie Prefabrikácia sa využíva už od dávnych čias. Predpokladá sa napr., že na najstaršiu montovanú stavbu (most) na svete, Sweet Track Bridge, vybudovanú v Anglicku okolo roku 3800 pred n.l., boli použité prefabrikované drevené sekcie. Jedná sa o 1100 metrov dlhý drevený most vo Veľkej Británii a objavili ho len v roku 1990. Je pravdepodobné, že na stavbu boli prinesené hotové časti, ako to, že boli zhotovené priamo na tvári mieste. Obr.1 Sweet Track Bridge http://sk.wikipedia.org/wiki/prefabrikácia. Proces nahradzovania tradičnej výstavby masovou produkciou nových materiálov, dekoratívnych a konštrukčných prvkov, sa začal v malom množstve už koncom 18. storočia. 24
Začiatkom 19. storočia boli vyskúšané prvé pokusy masovej produkcie so železným a sklonným materiálom, hlavne pri konštrukciách a výstavbe tovární, mostov a textiliek. Železný most v Coalbrookdale (Iron Bridge) daný do užívania v roku 1779 bol jedným zo známych príkladov, ako prvý oblúkový most na svete postavený zo zliatiny. Obr.2 Železný most v Coalbrookdale (Iron Bridge) http://www.quido.cz/stavby/zelezny_most.html Paxtonová železobetónová sklená konštrukcia Krištáľový palác (Crystal Palace) bol daný do užívania pre Svetovú výstavu v roku 1851, bol to prvý príklad kompletne prefabrikovanej budovy. Krištáľový palác sa vpísal do dejín architektúry a stal sa významným medzníkom, ktorý ovplyvnil jej ďalší vývoj. Nezvyčajné konštrukčné riešenie naznačilo smer ďalšiemu vývoja a zároveň ukázalo i smerovanie novej architektúry. Princíp skeletového konštrukčného systému sa začal naplno rozvíjať a ukazovať nové smery. Obr.3 Krištáľový palác exteriér (Crystal Palace) http://sk.wikipedia.org/wiki/prefabrikácia. 25
Obr.4 Krištáľový palác interiér (Crystal Palace) http://sk.wikipedia.org/wiki/prefabrikácia. V menšom meradle bol Krištáľový palác nasledovaný oxfordskou Rewley Road (railway station) železničnou stanicou. Komponenty budovy boli presunuté do Buckinghamshire železničného centra na Quainton Road stanici, kde boli časti komponentov zrenovované a použité na návštevnícke centrum. Obr.5 Rewley Road (railway station) železničná stanica. http://sk.wikipedia.org/wiki/prefabrikácia. Nárast industrializácie vo výstavbe začal pomaly v polovici 19. storočia, a v dvadsiatych rokoch 20. storočia. Nedostatok budov v tomto čase viedol k prijatiu štandardných a prefabrikovaných stavebných metód. Príkladmi boli oceľové okenné rámy na mieru vkladané do okenných otvorov, prefabrikované betónové panely, strechy so svetlíkmi a oceľové rámy pre stavebné konštrukcie. Kvalitatívny vývoj montovaného železobetónového skeletu v Československu prudko vzrástol po roku 1939. Dovtedy bol známy systém Wimmer, ktorým sa u nás v rokoch 1934 1936 realizovali prvé prototypy obytných a občianskych stavieb. Samotná konštrukcia skeletu bola však výrobne zložitá a výška vodorovných nosných konštrukcií bola pomerne veľká (okolo 900 mm). Roku 1939 sa začal rozsiahlejšie uplatňovať pri bytovej výstavbe v mestách Tábor, 26
Strakonice a Mladá Boleslav. Stĺpy a prievlaky majú už jednoduchý prierez, výška vodorovnej konštrukcie sa znižuje, výroba a montáž prvku sa zjednodušujú. Obr.6 Pôdorys a pohľad upravenej sekcie T od architekta Wimmera V sedemdesiatych rokoch 20. storočia, kedy ceny stavieb rýchlo rástli znova sa začali využívať továrensky vyrábané prvky, vznikla potreba kompletných, trojdimenzionálnych stavebných prvkov. Obr.7 De modulor od francúzskeho architekta Le Corbusiera, 27
Anglicko postupne prijalo tento systém, známy ako modulárny systém, ktorý zaistil presné skladanie stavebných častí z akýchkoľvek materiálov s možnosťou kdekoľvek alebo kýmkoľvek ich poskladať. Modulárna spoločnosť bola sformovaná v Anglicku v roku 1953 ako podpora systému uniformity. Členovia tejto spoločnosti boli zo stavebného priemyslu, od architektov po klientov a pracovníkov. Le Corbusier, francúzsky architekt, použil už v roku 1951 určité systémové proporcie navrhnuté na základe ľudských proporcií, tzv. modulor, ktorý používal vo svojich stavbách. 2.1.2 Materiály a súčasné použitie V priebehu dvadsiateho storočia dochádzalo k rôznym technickým posunom, ktoré sa využívali pri výrobe materiálov a aplikácii nových stavebných metód. V roku 1918 v San Franciscu, Willis Polk, predstavil curtain wall, transparentnú fasádu z ocele a skla zaveseného na prednej časti stavebnej nosnej konštrukcie. Po roku 1945 sa sklenené transparentné fasády začali používať skoro na celom svete, keď architekti začali napodobňovať známe americké príklady z New Yorku: United Nations Headquarters Building (Wallace K. Harrison,194750), Lever House (Skidmore, Owings and Merrill, 19502) a Seagram Building (Mies van der Rohe and Philip Johnson 19558). Obr.8 New York United Nations Headquarters Building Obr.9 New York Lever House 28
Obr.10 New York Seagram Building S objavom vystužovania a predpínania, sa betón stal všadeprítomným stavebným materiálom 20. storočia. Jeho prijatím od roku 1950 veľkými stavebnými firmami a prefabrikovanými metódami zlacnel betón v transporte aj manipulácii. Iné technické výhody po roku 1945 zahŕňali floatové a solárne sklá, azbestocementové panely, sadrokartón, plasty a lamináty, hliníkové, oceľové a konštrukcie z lepeného dreva. V súčasnosti je najpoužívanejšia forma prefabrikácie v stavebníctve výroba betónových, železobetónových a oceľových prvkov v budovách, kde sa príslušná časť prvkov viackrát opakuje. Taktiež v prípadoch, keď je náročné konštruovať debnenie potrebné na vyformovanie betónových prvkov na stavbe alebo dopravenie čerstvého betónu v požadovanom čase. Technická prefabrikácia sa používa pri výstavbe bytových domov s opakujúcimi sa bytovými jednotkami. Kvalita takto vyrobených bytových jednotiek vzrástla na takú úroveň, že sú na nerozoznanie od tradične stavaných bytov. Táto metóda sa používa aj na výstavbu administratívnych budov, výrobných budov a skladov. Prefabrikované oceľové a sklenené prvky sa používajú hlavne pri konštrukcii výškových budov. 2.1.3 Výhody a nevýhody prefabrikácie Výhody prefabrikácie: minimalizácia výrobných procesov na stavbe, presunutie množstva prác do výrobne, najmä mokré procesy (výroba prefabrikovaných výrobkov môže byť situovaná na mieste, kde je dostatok kvalifikovanej pracovnej sily, nižšie náklady na spotrebu energie, na materiály, priestory a nižšie režijné náklady), vysoká produktivita práce (vo výrobniach sa organizuje sériová, komplexne mechanizovaná, automatizovaná výroba), s nižším počtom pracovníkov, 29
väčšia odolnosť proti účinkom mimoriadnych zaťažení a celková tuhosť konštrukcie, ktorá sa vyrovná i monolitickým stavbám, jednoduché konštrukčné princípy a využívanie takých materiálov, výrobných prostriedkov a technológií, ktoré nie je možné na stavbe účelne a hospodárne využívať, vysoká kvalita produktov (kontrola kvality je pri výrobe, ktorá je vo výrobni jednoduchšie zrealizovateľná), pri výstavbe sa použijú hotové samonosné prvky, a tak odpadá potreba použitia debnenia a lešenia, formy debnenia sa môžu použiť i opakovane, skrátený je i čas potrebný na výstavbu a tým je i skorší návrat investícií, minimalizácia času stráveného na stavbe v nepriaznivom počasí alebo nebezpečnom prostredí, produkcia menšieho objemu odpadu a jeho jednoduchšia spätná recyklácia do výrobného procesu. Nevýhody prefabrikácie: náklady na transport objemných prvkov môžu byť vyššie ako na transport materiálov, z ktorých sú prvky vyrobené, nutná opatrnosť pri zaobchádzaní s prefabrikovanými prvkami, ako sú betónové, oceľové alebo panely zo sklených prvkov, náročnosť spájania prefabrikátov kladenie dôrazu na pevnosť a antikoróziu spojov prefabrikovaných prvkov, aby sa predišlo porušeniu spojov (väčšie nároky na únosnosť zdvíhacích prostriedkov a špeciálnych montážnych prostriedkov), rozmerné prefabrikované prvky vyžadujú použitie ťažkých vysokovýkonných mechanizmov, vyžadujú presnosť vymerania a zaobchádzania pri ich umiestňovaní, prefabrikované prvky sú viazané na rozmery, vysoké nároky na presnosť výroby i montáže. Ab Glosár k textu 2.1 Vymedzenie pojmov podľa STN EN 1990 Eurokód a STN 73 2480: (1) Konštrukcia je usporiadaná zostava spojených prvkov navrhnutá tak, aby prenášala zaťaženie a mala primeranú tuhosť. (2) Konštrukčný prvok, (nosný prvok): fyzicky odlíšiteľná časť konštrukcie, napr. stĺp, nosník, doska, atď. (3) Stavebný dielec samostatná dopredu vyrobená a jednotlivo osadzovaná časť stavebnej konštrukcie; dielec sa vyrába mimo svoju stavebnú polohu, je rozmerovo a tvarovo určený a má rôzny stupeň dokončenosti (stenový dielec, stropný dielec, stĺp, prievlak, základový dielec, atď.). (4) Zhotovovanie: sú to všetky činnosti, vykonávané na fyzické dokončenie stavby, vrátane dodávok, kontroly a príslušnej dokumentácie. (5) Stavebný materiál je materiál použitý na stavbu, napr. betón, oceľ, drevo, atď. 30
(6) Modulor je systém, ktorý vymyslel Le Corbusier a opísal ho ako súbor harmonických proporcií vhodných pre ľudskú mierku, univerzálne aplikovateľný pre architektúru a mechaniku. 2.2 Charakteristika montovaných konštrukčných systémov Konštrukčný systém je priestorové rozmiestnenie a vzájomné viazanie nosných konštrukčných prvkov kvôli efektívnemu spolupôsobeniu pri prenášaní vonkajších účinkov. Hlavnou úlohou konštrukčného systému je prenášať vonkajšie účinky zaťaženia do základových konštrukcií a prostredníctvom nich do základovej pôdy. Aby stavba plnila aj úlohu pre akú bola vyprojektovaná, musí spĺňať ďalšie požiadavky, ktoré zabezpečujú správnu tvorbu vnútorného prostredia, 1. j. pohodu pre jej užívateľov. Podmienky, za akých je požiadavka vnútornej klímy splnená, určujú technické a hygienické normy. Stanovujú fyzikálne požiadavky pre obalové konštrukcie (tepelný odpor, hydroizolačná ochrana, akustika) a stanovujú vhodnú teplotu, vlhkosť a rýchlosť prúdenia vnútorného vzduchu v závislosti od činností, ktoré sa v priestore vykonávajú, požiadavky správneho osvetlenia, akustické požiadavky a dispozičné požiadavky na riešenie priestorov. Konštrukčný systém musí byt' s týmito požiadavkami v súlade, musí umožňovať ich splnenie. Pre prvotný návrh montovaného konštrukčného systému sú rozhodujúce parametre: priestorové riešenie (tvar) budovy (pôdorysný tvar, výška), základná modulácia konštrukčného systému, rozpätia vodorovných konštrukcií (stropov, zastrešenia a predsadených konštrukcií), konštrukčné výšky podlaží a voľba materiálovej bázy a technológie výstavby. 2.2.1 Zaťaženie konštrukčných systémov Z hľadiska časového pôsobenia zaťaženia na konštrukčný systém rozlišuje sa zaťaženie stále a náhodilé, alebo krátkodobé, dlhodobé a mimoriadne. Medzi vonkajšie účinky zaťaženia konštrukčného systému patrí: vlastná hmotnosť konštrukcie, funkčné (užitkové) zaťaženie, účinky vonkajšieho prostredia: vietor, sneh, zmena teploty a vlhkosti, zmrašťovanie betónu, deformácia podložia, sejzmické účinky. Všetky tieto vonkajšie vplyvy pôsobia na konštrukciu ako vonkajšie sily a vyvolávajú v nej vnútorné sily. Vonkajšie a vnútorné sily musia byť v rovnováhe. Kým vonkajšie účinky sú objektívne dané, vnútorné sily môže ovplyvniť projektant tým, ako navrhne vlastnú konštrukciu. 31
Obr. 11. Schéma vonkajších účinkov na budovu. 2.2.2 Stabilita a priestorová tuhosť konštrukčných systémov Konštrukčný systém využíva základné konštrukčné prvky a rozmiestňuje ich v stavbe určitým systémom tak, aby bola zabezpečená priestorová tuhosť. Priestorová tuhosť je stálosť vytvoreného priestoru pri pôsobení zvislých a vodorovných síl. Priestorová tuhosť nestačí na to, aby zabezpečovala stavbu pred statickým porušením. Musí byt' zabezpečená aj stabilita stavby, t. j. bezpečnosť pred prevrhnutím stavby. Aj priestorovo tuhá stavba sa môže dostať do situácie, keď za určitých okolností dôjde k jej porušeniu. V konštrukčných systémoch, kde má dôležitú úlohu ohybový činiteľ, je rozhodujúce priestorové rozmiestnenie hmoty nosnej konštrukcie. Stabilita konštrukčného systému je jeho schopnosť odolávať účinkom zaťaženia bez toho, aby došlo k náhlej, podstatnej zmene tvaru alebo k náhlemu poklesu únosnosti (tvarová stabilita), alebo k posuvu a pootočeniu, zaboreniu, prípadne prevrhnutiu stavby (polohová stabilita). Je zrejmé, že rovnováhu možno realizovať rozličnými vnútornými silami a nárokmi na spotrebu materiálu nosnej konštrukcie. Z tejto súvislosti možno zo statickokonštrukčného hľadiska odvodiť kritérium pre efektívnosť konštrukčného systému. Efektívnosť možno merať množstvom materiálu nevyhnutného na realizáciu nosnej konštrukcie. Ide o dosiahnutie minimálnej spotreby materiálu. Pri betónovej konštrukcii je výhodné ohybové namáhanie nahradiť tlakom a pri oceľovej konštrukcii namáhanie tlakom nahradiť ťahovými silami. 2.2.3 Triedenie konštrukčných systémov Každý konštrukčný systém je vytvorený zvislými nosnými prvkami a horizontálnymi nosnými prvkami. Zvislé prvky sú steny alebo stĺpy. Horizontálnymi nosnými prvkami sú priečle spájajúce stĺpy do rámov a stropné konštrukcie. Sústavy stien a rámov sa rozmiestňujú po pôdoryse rovnomerne, a to v pozdĺžnom smere, v priečnom smere alebo obojsmerne. 32
Základné delenie konštrukčných systémov pozemných stavieb z hľadiska stavebnokonštrukčného rozdeľujeme na: konštrukčné systémy budov halového typu (halové budovy), konštrukčné systémy jednopodlažných a viacpodlažných budov. Halové budovy charakterizujú vodorovné nosné konštrukcie (nosné konštrukcie zastrešenia); prevláda pôdorysný rozmer, vodorovné časti konštrukcie prenášajú zvislé zaťaženie do jednotlivých podpôr Rozhodujúcimi konštrukciami pre viacpodlažné budovy sú zvislé nosné konštrukcie (steny, stĺpy). Triedenie konštrukčných systémov je možné z rôznych hľadísk. Tie najzákladnejšie sú uvedené v tabuľke 1. Z tabuľkového prehľadu triedenia konštrukčných systémov je zrejmá rôznorodosť prístupu k triedeniu. K jednotlivým triediacim kritériám by bolo možné nájsť ďalšie triediace znaky a kritériá. O konkrétnom uplatnení kritérií je možné uvažovať až po všestrannej technickofyzikálnej analýze jednotlivých nosných konštrukčných prvkov a ich zostáv do konštrukčných dielcov a systémov. Triediace kritériá Konštrukčné systémy Podľa stenový stĺpový kombinovaný funkčného priestorové (bunkové) usporiadania Podľa priečny pozdĺžny obojsmerný obvodový jadrový Podľa materiálu tehlový betónový oceľový drevený kombinovaný Podľa monolitický montovaný kombinovaný priestorového rozmiestnenia technológie výroby Tabuľka č. 1 Triedenie konštrukčných systémov viacpodlažných budov Podľa technológie výroby sa v nasledujúcom texte budeme zaoberať betónovými montovanými konštrukčnými systémami viacpodlažných budov ako aj betónovými kombinovanými systémami z hľadiska technológie výroby. Z hľadiska funkčného to budú konštrukčné systémy stenové, stĺpové a bunkové. Montovaná budova je charakterizovaná tým, že sa na mieste montuje z prefabrikovaných stavebných dielcov (stavebných výrobkov), ktoré sa najprv zhotovia vo výrobni a po dovezení na stavenisko sa z nich zmontuje nosná konštrukcia, prípadne aj obalová konštrukcia obvodové steny, deliace steny a prvky dokončovacieho cyklu. 33
Konštrukčný systém budov pozemných stavieb je veľmi zložitý komplex prvkov, ktoré sú vzájomne spojené v stykoch do celku a spoločne sa tak podieľajú na zabezpečovaní funkcií a splnení požiadaviek kladených na systém. Výsledné správanie sa konštrukčného systému predstavuje také pôsobenie systému zaťaženého vonkajšími vplyvmi, ktoré odpovedá vlastnostiam prvkov systému. Vlastnosti prvkov systému sú dynamické, to znamená môžu sa v priebehu pôsobenia meniť. Dokonalé poznanie chovania sa jednotlivých konštrukčných prvkov v konštrukčnom systéme a ich interakcie s ostatnými prvkami a okolím je základným predpokladom správneho konštrukčného návrhu montovaných konštrukčných systémov. Konštrukcie sa montujú podľa projektu stavby. Jednotlivé dielce sú na stavbe spájané v stykoch rôznymi spôsobmi, napr. zváraním, zálievkami. Podľa tvaru a funkčného usporiadania nosných prvkov delíme montované konštrukčné systémy na: stenový konštrukčný systém, stĺpový konštrukčný systém, kombinovaný konštrukčný systém, systémy z priestorových jednotiek. Obr. 12 Schémy konštrukčných systémov podľa funkčného usporiadania. 34
Z hľadiska materiálového riešenia môžu byť montované konštrukcie riešené ako: drevené konštrukcie, betónové konštrukcie, konštrukcie z prostého betónu, konštrukcie zo železobetónu, z predpätého betónu, konštrukcie z ľahčeného betónu, oceľové konštrukcie, konštrukcie z liatiny, konštrukcie z ostatných kovov a kovových zliatin (hliník, dural), materiálovo kombinované konštrukcie (spriahnuté železobetónové konštrukcie). 2.2.4 Nosné prvky montovaných konštrukčných systémov Prvky, ktoré vymedzujú a rozdeľujú priestor stavby, prenášajú, rozdeľujú a preberajú zaťaženie, nazývajú sa nosné prvky konštrukcie. Tvoria konštrukčný systém stavby, na ktorý pôsobí vonkajšie i vnútorné zaťaženie. Zaťaženie v konštrukčnom systéme vyvoláva vnútorné sily, ktoré musia byť so zaťažením v rovnováhe. Pôsobenie vnútorných síl môžeme ovplyvniť správnou voľbou konštrukčných systémov, výberom vhodných materiálov a správnymi konštrukčnými detailmi. Dôsledkom nerovnováhy vonkajších a vnútorných síl veľakrát vznikajú poruchy nosných konštrukcií. Základné zvislé konštrukčné prvky viazané s horizontálnymi prvkami sú v stavbe rozmiestnené určitým systémom tak, aby zabezpečovali priestorovú tuhosť stavby. Svojím usporiadaním vytvárajú konštrukčné trakty. Montované konštrukcie musia spĺňať všetky požiadavky, všeobecne kladené na nosné konštrukcie. Dôsledkom skutočnosti, že jednotlivé dielce sú spájané na stavbe, vznikajú vo väčšine prípadoch konštrukcie s rôznymi vlastnosťami. Rozdielne sú nielen mechanické, ale aj stavebnofyzikálne vlastnosti materiálu dielcov a stykov (spojovacích prostriedkov), ako napr. modul pružnosti, pevnosť atď., a to v závislosti od životnosti daného prvku. Výsledné chovanie sa konštrukcie by malo, aj napriek tomu, odpovedať monolitickej konštrukcii. Ab Glosár k textu 2.2 Vymedzenie pojmov podľa zákona č. 50/1976 Zb. o územnom plánovaní a stavebnom poriadku (stavebný zákon) a podľa STN EN 199211, STN EN 1990 a STN 73 2480: (1) Stavba je všetko, čo je postavené alebo je výsledkom stavebnej činnosti; je to stavebná konštrukcia postavená stavebnými prácami zo stavebných výrobkov, ktorá je pevne spojená so zemou alebo jej osadenie vyžaduje úpravu podkladu; podľa stavebnotechnického vyhotovenia a účelu sa členia na pozemné a inžinierske stavby. (2) Pozemné stavby sú priestorovo sústredené zastrešené budovy vrátane podzemných priestorov, ktoré sú stavebnotechnicky vhodné a určené na ochranu ľudí, zvierat alebo vecí; nemusia mať steny, ale musia mať strechu. Podľa účelu sa členia na bytové budovy a nebytové budovy. 35
(3) Stavebné výrobky na uskutočnenie stavby možno navrhnúť a použiť iba stavebný výrobok, ktorý je podľa osobitných predpisov vhodný na použitie v stavbe na zamýšľaný účel (ďalej len "vhodný stavebný výrobok"). Stavebným výrobkom je každý výrobok vyrobený na účel trvalého a pevného zabudovania do stavby. Stavebný výrobok je vhodný na použitie v stavbe, ak svojimi vlastnosťami umožní, že stavba, do ktorej má byť trvalo a pevne zabudovaný, bude po celý čas svojej ekonomicky odôvodnenej životnosti vyhovovať základným požiadavkám na stavby. (4) Konštrukčný systém: nosné prvky budovy alebo inžinierske stavby a spôsob, akým tieto prvky spolupôsobia. (5) Typ konštrukcie usporiadanie konštrukčných prvkov (napr. rámy). (6) Montované konštrukcie sú charakterizované nosnými prvkami vyrobenými na inom mieste, ako je konečná poloha v konštrukcii; v konštrukcii sú prvky spojené tak, aby bola zabezpečená požadovaná celistvosť konštrukcie; je to stavebná konštrukcia zostavená z jednotlivých dopredu vyrobených konštrukčných prvkov. (7) Spoj je usporiadaná skupina spojovacích prostriedkov toho istého druhu pôsobiaca v styku. (8) Styk je konštrukčné zrealizovanie vzájomného spojenia dvoch alebo viacej dielcov alebo iných častí konštrukcie, zabezpečené jedným alebo viacerými spojmi (styk vodorovný, zvislý, stykový uzol). Dielce a styky nosných rámov (9) Stĺpy skeletových konštrukcií sú väčšinou prizmatické prvky štvorcového alebo obdĺžníkového prierezu. So zreteľom na stykovanie majú väčšinou po celej výške budovy jednotný prierez. Táto zásada sa dodržuje aj napriek tomu, že stĺpy sú v horných podlažiach predimenzované. Dĺžka stĺpu závisí predovšetkým na konštrukčnom usporiadaní styku s konštrukciou stĺpa a prievlaku. Vo všeobecnosti môžeme stĺpy rozdeliť na stĺpy o dĺžke ktorá sa rovná svetlej výške podlažia a na stĺpy priebežné s dĺžkou rovnajúcou sa dvom až trom podlažiam. Prierez stĺpu sa nenavrhuje menší ako 300x300 mm. Šírka stĺpa závisí väčšinou na šírke prievlaku. Pri prievlakoch s prírubami je toto riešenie výhodné z hľadiska náväznosti stropných panelov. Pre väčšie zaťaženie sa navrhuje zväčšovanie prierezu stĺpov kolmo na prievlaky. V prvom podlaží konštrukcie závisí dĺžka stĺpu na konštrukcii styku so základom. Sú možné dve varianty: 1. styk stĺpa so základom je v podstate taký istý ako styk stĺpa horného podlažia so stĺpom spodného podlažia nad prievlakom. Je to styk na vyčnievajúce trny alebo na zvarenú oceľovú bodku. Dĺžka stĺpu prvého podlažia sa vtedy zhoduje s dĺžkou stĺpa v jednotlivých podlažiach. 2. stĺp je votknutý do kalicha v základovej konštrukcii a dĺžka stĺpu sa zväčšuje o dĺžku votknutia. Ak nie sú všetky podlažia budovy rovnaké, vznikajú zo skladobného 36
hľadiska stĺpy pre kombináciu rôznych výškových modulov. Sortiment viacpodlažných stĺpov vzrastá požiadavkami na stykovanie s prievlakom a stužidlami podľa polohy stĺpu v dispozícii budovy. Pre pripevnenie silikátových panelov obvodového plášťa sú na vonkajšom povrchu stĺpa (v jeho líci) vložené oceľové platničky alebo priebežná pásovina na ktoré sa kotvia príchytky pre uloženie obvodového plášťa. (10) Prievlaky skeletových konštrukcií môžeme rozdeliť na tyčové a plošné (panelové). Prierez prievlaku závisí na konštrukčnom riešení styku so stĺpom a stropným panelom. Najjednoduchším prierezom prievlaku je obdĺžníkový prirez, na ktorý sa stropné panely kladú na hornú plochu prievlaku. Nevýhodou obdĺžníkového prierezu je, že prievlak celou svojou výškou zasahuje do svetlej výšky podlažia. Stropné a strešné panely je možné ukladať tiež na ozub vytvorený vo vrchnej časti prievlaku. Pri veľkých rozponoch a zaťaženiach sa môže stať, že celomontovaný prievlak je omnoho ťažší, ako je nosnosť zdvíhacieho zariadenia. V tomto prípade je nutné prievlak rozdeliť na časť prefabrikovanú a časť monolitickú. Konštrukcia styku prievlaku v poli medzi stĺpami závisí od veľkosti posúvajúcich síl, prípadne momentov, ktoré má styk prenášať. Väčšinou styky prievlakov vytvárame ako kĺbové. Polohu styku po dĺžke prievlakového poľa volíme v miestach najmenších momentov alebo v polohách, ktoré zaručia požadované rozdelenie momentov do poľa a do podpier. Ak má styk prievlaku prenášať aj momenty, spojujeme konce prievlakov v hornej a dolnej časti oceľovými príložkami privarenými k prievlaku. Stropné prievlaky patria svojim tvarom, použiteľnosťou a ekonomickým dosahom k najdôležitejším dielcom skeletových sústav. Rozdelenie stropných panelov podľa konštrukcie : plné panely, dutinové panely, panely s ľahkými vložkami, rebrové panely, spriahnuté panely Plné žb panely s rozpätím 3600 mm sa v priebehu vývoja montovaných skeletov zmenili na panely predpäté alebo rebrové prípadne spriahnuté, ktoré dosahujú rozpon 12 m pre viacpodlažné budovy. Rebrové panely predpäté dosahujú rozpon 18 až 24 m, používané pre zastrešenia. Relatívna spotreba betónu prepočítaná na plochu panelu poklesla. Tento vývoj umožnil rozvoj montovaných systémov a tiež vývoj výrobných zariadení pre stropné panely. (11) Základové konštrukcie sú tvorené pätkami. Pri uložení stĺpa na základové pásy platia rovnaké zásady stykovania ako pri uložení (kotvení) do pätky. Stĺp môže byť kotvený pomocou oceľových trnov. Schodisko môže byť riešené s ramenami rovnobežnými s prievlakmi alebo kolmo na prievlaky. Montované žb schodisko musí priamo naväzovať na konštrukčný systém objektu. Vkladá sa do priestoru 37
vynechaných stropných panelov. Montuje sa súčasne so skeletom každého podlažia. (12) Zavetrovacie steny prevezmú svojou tuhosťou takmer všetky vodorovné sily a tvoria zavetrovanie celej skaletovej konštrukcie. Dôležité sú pri zväčšovaní počtu podlaží, kedy namáhanie vodorovnými silami je také, že by si vynútilo zväšovanie prierezov stĺpov i prievlakov. Rozmedzie v ktorom môže byť konštrukcia skeletu bez výstužných stien je rôzne a závisí od charakteru vlastnej konštrukcie, na smere nosných rámov, tuhosti stykov, priereze nosných prvkov, hĺbke a dĺžke objektu a pod. Preto sa musí pri každom skelete posúdiť potreba výstužnej steny. Obdobnú funkciu plnia aj obvodové stužidlá, ktoré sú vždy kolmé na nosné rámy skeletu. Tieto slúžia ako nosné prvky pre uloženie obvodového plášťa. (13) Obvodový plášť sa navrhuje prevažne ako prefabrikovaný, výnimočne z murovacích materiálov. Materiály môžu byť z ľahkých betónov, keramiky. Realizovali sa aj plášte kovoplastické zavesené panely a systémy nosných roštov, ktorých kotviace prvky umožňujú trojrozmerný posun.? Samohodnotiace otázky 1. Čím sú charakterizované prefabrikované konštrukčné systémy? 2. Aké nosné prvky charakterizujú jednotlivé typy montovaných konštrukčných systémov? 3. Viete uviesť príklady prefabrikovaných budov vo svojom okolí z hľadiska návrhu nosných konštrukčných prvkov a typov konštrukčných sústav? Σ Záver Používanie prefabrikovaných konštrukcií má bohatú tradíciu v mnohých krajinách sveta. V súčasnosti sa toto riešenie vracia do stavebnej praxi čoraz častejšie a zažíva svoju renezanciu. Prefabrikovaná technológie z hľadiska konštrukčného aj technologického je možné aplikovať pri realizácii budov nielen mechanicky odolných, spoľahlivých a užívateľsky príjemných, ale aj tvarovo veľmi plastických a architektonicky zaujímavých, a to ako bytových, tak aj nebytových. Zo spomínaných výhod prefabrikácie je jedným z najdôležitejších faktorov návratu k tejto technológii práve najrýchlejšia doba výstavby a jednoduché konštrukčné princípy. Popri výhodám nesmieme ale zabúdať aj na nevýhody a možnosti ich eliminácie, ako napríklad zložité transportné manévre či odlišné stavebné postupy, ktoré treba vopred detailne premyslieť. Pritom montáž môže niekedy trvať paradoxne oveľa kratšie, než samotná príprava. K riešeniu montovaných stavieb je potrebné preto pristupovať individuálne, ako v procese prípravy, tak aj v procese realizácie. Výrobné postupy a rozvoj techniky v porovnaní so životnosťou budov rýchlo morálne stárnu, preto sa na stavenú časť kladú mimoriadne nároky, aby funkcia ochrany pred poveternostnými podmienkami a vytváraním pracovnej mikroklími s maximálnou 38
možnosťou prispôsobenia budúcim technologickým zmenám spĺňala tieto predpoklady. Zásady variabilného stavebného riešenia : možnosť rozšírenia budovy, možnosť dispozičnej zmeny, pôdorysné riešenie v blokoch jednoduchého tvaru, možnosť uvoľnenia pôdorysnej plochy od pomocných zariadení, rezervy v statickom dimenzovaní, možnosť zväčšenia dimenzií priemyselných rozvodov. Použitá a odporúčaná literatúra 1. Horniaková, L. a kol.: Konštrukcie pozemných stavieb, Jaga group, Bratislava, 1995 1999. 2. Zlámal Lubomír, Pozemní stavitelství, Modul 1, Zvislé konstrukce, Studijní opory pro studijní programy s kombinovanou formou studia, Edit., VUT Brno, 2005 : Vysoké učení technické v Brne, Fakulta stavební. 3. Witzany, J., Kutnar, Z., Zlesák, J., Zigler, R.l.: Konstrukce pozemních staveb 20, skripta ČVUT, Praha, 2001. 4. Stavebný zákon Zákon č. 50/1976 Zb. úplné znenie v znení neskorších predpisov. Znenie so zapracovanou novelou s účinnosťou od 1. 7. 2010. 5. STN EN 199211/AC Eurokód 2: Navrhovanie betónových konštrukcií. Časť 11: Všeobecné pravidlá a pravidlá pre budovy, 2006/2008. 6. STN EN 1990 Eurokód: Zásady navrhovania konštrukcií, 2009. 7. STN EN 73 2480 Zhotovovanie a kontrola montovaných betónových konštrukcií, 1995. 8. http://www.asb.sk/stavebnictvo/konstrukcieaprvky/konstrukcieaprvkyzbetonu/prefabrikatvyroboknamieru3874.html. 9. http://sk.wikipedia.org/wiki/prefabrikácia. 10. Prednášky na webe: http://15123.fa.cvut.cz/?page=cz,pozemnistavitelstvi. 39
3. Montované stĺpové systémy budov Poslanie Poslaním tejto kapitoly je uviesť študenta do problematiky navrhovania betónových montovaných skeletových konštrukčných systémov. Poskytnúť prehľad jednotlivých typov skeletových sústav a ich základných nosných prvkov. Ozrejmiť funkcie a základné požiadavky na ne kladené. Oboznámiť študenta s konštrukčnými a technologickými princípmi spájania jednotlivých stavebných dielcov na stavbe. Ciele Po preštudovaní tejto kapitoly by ste mali vedieť: vysvetliť základné triedenie montovaných skeletových systémov, zhodnotiť a porovnať výhody a nevýhody jednotlivých typov montovaných skeletov, vymenovať a popísať hlavné nosné prvky jednotlivých montovaných skeletových systémov, charakterizovať konštrukčné a technologické princípy stykov nosných konštrukčných prvkov betónových skeletových sústav. ζ Úvod Prefabrikované stĺpové systémy, v odbornej praxi označované spravidla ako "skeletové", sú vzhľadom k svojej širokej skladobnej, funkčnej a konštrukčnej variabilite používané predovšetkým pri výstavbe nebytových budov, ako sú napr. školy, budovy pre administratívu, budovy pre obchod a služby, nemocničné budovy a zdravotnícke zariadenia, niektoré priemyselné budovy a sklady a pod. Obmedzene sú stĺpové systémy používané v bytovej výstavbe. Hlavnými limitujúcimi faktormi sú najmä vyššie nároky na deliace konštrukcie a väčší rozsah kompletizačných (primárne nenosných) konštrukcií. K hlavným prednostiam stĺpových systémov patrí ich schopnosť prispôsobiť sa rôznym prevádzkovým požiadavkám, schopnosť adaptability v čase, a tým predpoklady pre uplatnenie takmer v celom rozsahu pozemných stavieb. Každé materiálové alebo konštrukčné riešenie prefabrikovaných stĺpových systémov je optimalizované s prihliadnutím na požiadavky a potreby stavby. Od požiadaviek stavebnej fyziky na hluk a požiarnu odolnosť, mechanických vlastností, zaťaženia a výrobných tolerancií až po osvetlenie a vetranie. V texte sa budeme podrobnejšie zaoberať železobetónovými skeletovými konštrukčnými systémami. Oceľové a drevené skeletové systémy spomenieme aspoň v princípe a uvedieme ich základné konštrukčné prvky. 40
Montované železobetónové stĺpové systémy sa vyvinuli z monolitických konštrukcií, rozdelených na jednotlivé konštrukčné prvky priemyselne vyrábané a na stavbe montážne opäť spojené tak, aby vo svojej konečnej forme tvorili konštrukciu dostatočne únosnú a tuhú. Hlavným nosným prvkom skeletových sústav sú stĺpy, priečle (prievlaky) a stropy. Prvky s nosnou funkciou tvoriace vlastnú konštrukciu skelet, prenášajú zvislé a vodorovné zaťaženie. Vzájomne spojené stĺpy a prievlaky tvoria rámovú konštrukciu. Pôvod týchto konštrukcií siaha až do praveku (4000 až 1600 pred n.l) v podobe megalitov (obr.1) a neskôr v staroveku uplatnením architrávového systému, ktorý sa využíval hlavne v antike. Neskôr našiel uplatnenie skoro v každom stavebnom slohu. Architráv alebo epistyl, epistylión je spodná časť kladia prenášajúca zaťaženie na hlavice stĺpov na gréckych a rímskych stavbách. Na obr.2 sú ruiny Saturnovho chrámu, pravdepodobne najstaršieho rímskeho chrámu. Jeho stĺpy v priečelí nesú veľký mramorový architráv, na ktorom je v dvoch radách vyrytí nápis. Prvé montované železobetónové skelety sa objavili v 30. rokoch minulého storočia. U nás sa začali montované skelety vyvíjať v 50. rokoch. Význam montovaných skeletov však rýchle rástol a už v 60. rokoch dochádza k hromadnej výrobe dielcov rôznych úžitkových vlastností. 3.1 Klasifikácia stĺpových konštrukčných systémov Podľa spôsobu tvarovania zvislých nosných prvkov, rozmiestnenia a funkčného usporiadania možno ako charakteristické stĺpové systémy prefabrikovaných viacpodlažných budov rozlíšiť: Skeletové: Bezprievlakové: s priečnym usporiadaním rámov; s pozdĺžnym usporiadaním rámov; s obojsmerným usporiadaním rámov. s hríbovou stropnou konštrukciou, s kazetovou stropnou konštrukciou; s doskovou stropnou konštrukciou. Popri týchto systémov, ktorých nosnú konštrukciu prenášajúce zaťaženie vo vertikálnom smere predstavujú stĺpy, ktoré bez vložených stužujúcich prvkov nie sú schopné zaistiť dostatočnú priestorovú tuhosť výškových budov v horizontálnom smere, sa pre tieto budovy používajú: Kombinované systémy stĺpy + steny; Jadrové systémy stĺpy + jadro; Obvodové systémy stĺpy + nosný obvodový plášť. 41
Skeletový nosný systém s pozdĺžnym usporiadaním rámov nosnú konštrukciu tvorí kostra vytvorená stĺpmi spojenými s prievlakmi rovnobežnými s hlavným priečelím, skeletový nosný systém s priečnym usporiadaním rámov nosnú konštrukciu tvorí kostra vytvorená stĺpmi spojenými s prievlakmi kolmými na hlavné priečelie, kombinovaný skeletový nosný systém nosnú konštrukciu tvorí kostra vytvorená stĺpmi spojenými s prievlakmi v obidvoch smeroch, stĺpové konštrukcie s hríbovými stropmi nosnú konštrukciu tvoria stĺpy a doskové stropy, v mieste spojenia sú stĺpy zosilnené do tvaru hlavíc; zaťaženie stropných konštrukcií je prenášané prostredníctvom týchto hlavíc do stĺpov a hlavice zabraňujú prepichnutiu dosky stĺpom, zároveň skracujú rozpätie, stĺpové konštrukcie s bezhlavicovými stropmi nosnú konštrukciu tvoria stĺpy a doskové stropy, v mieste spojenia sú hlavice skryté; zaťaženie je zo stropu prenášané priamo do stĺpov formou skrytých prievlakov tzv. bodovo podopretá doska; v mieste dosky nad stĺpom je vyššie percento vystuženia, kombinované nosné systémy, pri ktorých zaťaženie prenášajú stĺpy aj steny. Príklad kombinovaného nosného systému je uvedený v kapitole č. 1 42
3.2 Skeletové konštrukčné systémy drevených stavieb Pojem drevená stavba (drevostavba) je pomerne široký, zahŕňa rôzne druhy stavieb z dreva a ponúka veľké množstvo rôznych konštrukčných riešení. Drevostavby sa delia na dve základné skupiny: Masívne: zruby, drevenice. Sendvičové: ťažký skeletový systém, ľahký skeletový systém ( Two by Four stĺpikový), hrazdené stavby, panelový systém. Klasický drevený skeletový systém výstavby, je taký, pri ktorom sú jednotlivé prvky (stĺpy a nosníky) montované priamo na stavbe. Stĺpy sú priebežné cez viacero podlaží. Dĺžka resp. výška stĺpov je ohraničená na cca 8 10 m, čo je vhodné pre dvoj podlažné a trojpodlažné stavby. Opláštenie skeletových konštrukcií: drevom, sadrokartónom, doskami na báze dreva (vplyv na rozmiestnenie stĺpov cca. 600 mm) Výhody drevených skeletový konštrukcií: podobná pevnosť v tlaku a ťahu ako pri betónových prvkoch (vhodné pre stĺpové systémy), drevo je tradičná konštrukcia, prírodný materiál (obnoviteľnosť, recyklácia, ekológia...), nízka objemová hmotnosť, variabilita, dobré tepelnoizolačné vlastnosti, dostupnosť dreva, opracovateľnosť, manipulácia, malé náklady na dopravu, jednoduchosť výstavby a montáže prvkov (aj demontáže), objemové zmeny konštrukcií vplyvom vlhkosti počas zrenia stavby sú prakticky vylúčené, čas výstavby kratší ako pri murovaných konštrukciách Nevýhody drevených skeletový konštrukcií: horľavosť, objemové zmeny deformácie, náchylnosť na napadnutie škopdcami. 3.2.1 Hrazdený konštrukčný systém Systém je realizovaný hlavne v anglosaských krajinách, u nás čiastočne v horských oblastiach. Hrazdená konštrukcia: je to konštrukcia vytvorená z drevenej kostry, jednotlivé polia sú vyplnené najčastejšie tehlovým murivom (spolupôsobenie kostry a muriva). Kostra: z prahu, stĺpov, vzpier, väzníc a prekladov (prahový veniec vyrobený s odolnejšieho dreva, napr. dub, smrekovec). Funkcia prahu: začapovanie stĺpov a vzpier prenáša váhu steny na základy; kladie sa naplocho, profil 18/16, 20/18, 24/20 cm (podľa zaťaženia); na základy sa podkladá lepenka. Stĺpy podporujú a delia stenu vo smere zvislom (stĺpy nárožné, stredné, okenné, dverné a väzné hr. 16/16, 18/18, 20/20 cm). 43
Vzpery stužujú a zavetrujú kostru (horný koniec vzpery je naklonený dovnútra, aby sa tlak vetra prenášal z rohu do steny), krížové vzpery majú význam skôr dekoratívny odsadenie vzpier od stĺpa aspoň 8 cm; začapujú sa do prahu. Preklady delia stenu vodorovne a ohraničujú okná a dvere (nadokenné, dverné alebo parapetné); prierez rovnaký ako u stĺpov. Väznica spojuje stĺpy a vzpery a ukončuje vrchom jednu výšku poschodia (stĺpy a vzpery sa do väznice začapujú). Kostra je priznaný architektonický prvok zvýšené nároky na jej opracovanie a povrchovú úpravu (požiadavky na požiarnu odolnosť). Obr. 5 Hrazdená konštrukcia a) zvislý rez stenou, b) vodorovný rez stenou, c) nosná kostra 3.2.2 Ťažký drevený skeletový systém Konštrukčné skeletové systémy drevených budov tvoria: ťažké drevené skelety, ľahké drevené skelety stĺpikový konštrukčný systém (kapitola 2.2.1) Ťažké drevené skeletové (TDS) systémy sa vyvinuli z hrazdených konštrukcií. Drevené prvky TDS sú dva až trikrát mohutnejšie ako pri doskovom systéme. Nosné prvky (stĺpy a nosníky) sú montované priamo na stavbe, pričom stĺpy sú priebežné cez viacero podlaží. 44
Podľa zhotovenia stykov stĺpov s prievlakmi môžu byť skelety: s jednodielnymi prievlakmi a stĺpmi (obr. 6), s jednodielnymi prievlakmi a dvojdielnymi stĺpmi (obr. 7 a), s dvojdielnymi prievlakmi a jednodielnymi stĺpmi (obr. 7 b). Pri výrobe konštrukcie sa dnes môžu používať materiály ako, napr. lepené lamelové drevo (LLD) alebo lepené vrstvené lamelové drevo (LVL). Konštrukčné systémy sa od bývalých sústav, využívajúcich pri konštrukcii stĺpov dĺžku rasteného reziva, líšia základným usporiadaním, tvarom a polohou hlavných nosných prvkov (stĺpov, prievlakov a stropníc). Navrhujú sa na podobných princípoch ako oceľové skelety (kapitola 2.3). Vo svete prebieha rozsiahly výskum zameraný na využitie tzv. ťažkých skeletov až pre päťpodlažné budovy, ktoré možno navrhovať s ohľadom na protipožiarnu ochranu. Ich prúty možno spájať po dĺžke, čo umožňuje viac konštrukčných riešení ako pri použití rasteného reziva. Vzhľadom na nutnosť spájania drevených prvkov vo vodorovnej a zvislej polohe sa ťažisko výskumu sústreďuje najmä na rámový styk týchto prvkov, ktorý umožňuje aspoň čiastočný prenos ohybových momentov. Tuhosť týchto sústav vo vodorovnom smere sa môže zabezpečiť tuhými šmykovými stenami, priehradovým vystužením medzi stĺpmi alebo vytvorením ohybovo tuhých rámových väzieb a kombináciami uvedených výstuží, pričom sa vždy treba snažiť o čo najväčšie uvoľnenie dispozície pôdorysu. 3.2.3 Ľahký drevený skeletový systém stĺpikový Je to ľahký skeletový systém, známy v USA a Kanade ako systém ``two by four`` ( 2 x 4 palce), je jednoduchý, nevyžaduje mechanizáciu. Budova sa kompletne realizuje na stavenisku: vybuduje sa vyrovnaná plocha (výrobne montážna platňa) na ktorej sa zhotovujú steny, zhotovené steny sa vztýčia a osadia na základ objektu, priestorovú stabilitu a tuhosť zabezpečujú steny, oplášťované veľkoplošnými materiálmi (napr. vodovzdorná preglejka, doska OSB), prípadne sa vystužujú diagonálami zapustenými do stĺpikov stien. 45
Základom konštrukčného systému stĺpiky profilov 50 60/100 140 mm (ak zo statického hľadiska profil nevyhovuje, vytvárajú sa potrebné profily združovaním) Spojovacie prostriedky tesárske spoje, klince, v detailoch aj rôzne iné spojovacie prostriedky. Vloženie okna do steny je riešené pomocou dreveného prekladu ( výmeny). Výhoda stĺpikového systému: ľahká montáž a variabilita konštrukčného riešenia s využitím rovnakých konštrukčných prvkov. Tento systém výstavby veľmi vhodný pre viacpodlažné budovy. Na stenách sa používa ako výplň tepelná izolácia rôznych typov. Konštrukčné rozmery súčasných európskych systémov museli od klasiky upustiť, aby sa dosiahla potrebná hrúbka tepelnoizolačných materiálov. Jednoduché masívne stĺpiky sa nahrádzajú napríklad úspornými nosníkmi v tvare I (s využitím OSB dosiek), škatuľovými nosníkmi vyplnenými tepelnou izoláciou, priehradovými nosníkmi a podobne. Samozrejmosťou sa stávajú aj prídavné tepelnoizolačné vrstvy (v exteriéri) v obvodových stenách, ktoré zvyšujú celkovú hrúbku izolačného materiálu a zároveň odstraňujú nežiaduce tepelné mosty. 46
3.3 Oceľové skeletové konštrukčné systémy Oceľové nosné konštrukcie viacpodlažných budov sú tvorené sústavou konštrukčných prútových prvkov, ako sú stĺpy a prievlaky (priečle, nosníky), stropnice, stužidlá, zavetrovacie prvky. Ich vzájomným spájaním vzniká skelet, ktorý môže byť podľa usporiadania nosných prvkov (rámov) v rámci pôdorysu budovy pozdĺžny, priečny alebo obojsmerný. Oceľové konštrukcie môžu tvoriť celú nosnú sústavu, alebo môžu byť kombinované so železobetónovými stenovými prvkami. Budovy zhotovené z oceľového skeletu môžu byť jednopodlažné aj viacpodlažné. Musia byť dôkladne zabezpečené diagonálnym stužením (priečne, pozdĺžne a v úrovni strešnej roviny). Vodorovné stuženie zabezpečujú stropné platne alebo ležaté priehradové stužovadlá. Zvisle možno nosný oceľový skelet stužiť neposuvnými kútovými spojmi tuhými v ohybe (rámami). Trojuholníkovými stužovacími prvkami alebo stenami (obr. 20 c). Výhody oceľových skeletových konštrukcií rýchlosť výstavby: výroba nosných a konštrukčných prvkov vopred v dielňach presnosť výroby, rýchla montáž na pracovisku; pri relatívne malej vlastnej hmotnosti a malých prierezoch nosných častí možno dosiahnuť veľké rozpätia; vysoká únosnosť v ťahu, tlaku aj ohybe; suchý spôsob výstavby vzhľadom na veľmi malé tolerancie oceľových konštrukcií je možné prispôsobiť skeletu aj ostatné konštrukčné prvky s presnými rozmermi a dosiahnuť tak suchý spôsob stavania, t.j. bez betónu a omietok, resp. len s ich malým množstvom; možnosť zmeniť, dodatočne spevniť, príp. demontovať konštrukčné časti skeletu; návratnosť materiálu, variabilita pozdĺžneho tvaru nosných prvkov (zalomenia, oblúky) a možnosť vytvorenia konzol vo všetkých smeroch; výhodné kombinácie prvkov s betónom. Nevýhody oceľových skeletových konštrukcií vysoké nálady na protipožiarnu ochranu všetkých nosných konštrukčných prvkov predpísané pre viacpodlažné budovy; náklady na trvalú protikoróznu ochranu; spotreby energie pri výrobe prvkov, náročnosť na presnosť realizácie. 3.3.1 Stavebné materiály a spôsoby spájania s betónovými prvkami Stavebná oceľ používaná na stavby je normovaná v podobe tyčovej a tvarovej ocele na duté profily alebo vysokopevnostných druhov ocele. Na stavby z ocele sa používa najmä profilová oceľ v tvare písmena I, L, U, a rúrové profily v rozličných podobách a rozmeroch. Do úvahy prichádzajú aj oceľové alebo liatinové laná s oceľovými kotviacimi prvkami vytvarovanými vo výrobe ako 47
vysokopevnostné ťahadlá. Spájaním oceľových profilov s betónovými prvkami spojmi pevnými v šmyku vznikajú spriahnuté nosníky, podpery a stropy. Spriahnuté podpery tvoria profily opláštené alebo vyplnené betónom. Betón môže mať mäkkú výstuž. Vybetónované podpery sú oveľa únosnejšie ako duté profily. Spriahnuté nosníky tvoria oceľové profily, ktoré sa pomocou tŕňov s hlavou spájajú s železobetónovým stropom nad nimi spojmi pevnými v šmyku. Stropná platňa je tak namáhaná ako tlačená platňa a nosník sa namáha prevažne ťahom. Takto vzniknutý konštrukčný prvok je porovnateľný so spojitými platňami železobetónových konštrukcií. Spriahnuté stropy sa vytvárajú zo stopov z oceľových profilov (profilové plechy), ktoré zároveň slúžia ako stratené debnenie. Betón na zmonolitnenie sa spája s prírubami prievlakov, resp. nosníkov spojmi pevnými v šmyku. Spoj je realizovaný pomocou tŕňov s hlavou, navarených na hornej prírube nosníka. Profilové plechy prenášajú namáhanie ťahom a betón na zmonolitnenie prenáša namáhanie tlakom. 3.3.2 Konštrukčné prvky Podpery oceľových skeletových konštrukcií väčšinou tvoria valcované profily I a IPE, nosníky so širokými prírubami radu HE, resp. IPE, hranaté a kruhové rúrové profily a štvorhranné zvárané duté profily alebo sa vytvárajú v podobe spriahnutých podpier (obr. 9). Založenie podpier je na pätkách s oceľovou platňou. Votknuté podpery sa zabudovávajú do základov v kombinácii s kotviacimi koľajnicami (obr.12). Pri kývavých podperách je spoj realizovaný kotviacimi skrutkami alebo skrutkami s rozpernými kotvami (zabezpečenie polohy). 48
Spoj oceľovej podpery s prefabrikovanými dielcami alebo železobetónovými monolitickými konštrukciami je vytvorený pomocou navarených konzol (obr. 13). Nosníky oceľových skeletov tvoria ťažké valcované profily, prelamované nosníky, t.j. vysoké profily v strede prerezané v tvare zubov, ktoré sa potom posunú a strojovo zvaria s drážkami v tvare šesťuholníka. Nosníky môžu byť tvorené aj kombináciou profilov (obr. 14). Nosníky sa na podpery z profilovej ocele kotvia spravidla pomocou skrutkovaných spojov (obr.15). Vo viacpodlažných budovách možno podpery prerušiť nosníkmi a nadviazať ich spojením pomocou prírub, resp. zhlaví v tvare platne (obr.16 a), alebo prebiehajú medzi dvojitými nosníkmi (obr.16 b). Otvory na inštalácie s menšími rozmermi možno v nosníkoch s veľkou výškou stojky zhotoviť v oblasti stredovej čiary bez mimoriadnych opatrení. Pre väčšie priestupy sa navaria špeciálne zosilnenia (obr. 17). 49
Stropy možno uložiť na skeletový rám alebo nosník bez špeciálneho spojenia. Ležia priamo na skeletovom ráme (obr.18 a) alebo na ďalšej sekundárnej nosníkovej sústave (obr.18 b). Stropy môžeme vytvoriť v podobe monolitických železobetónových platní alebo ako filigránové stropy. Okrem monolitických platní sa často používajú prefabrikované železobetónové stopy a stropy z trapézových plechov (obr. 20). Stropy z trapézových plechov môžu byť bez betónu na zmonolitnenie alebo s takýmto betónom v podobe spriahnutých platní (obr. 11). Ako spájacie prostriedky sa na horné pásnice nosníkov môžu navariť tŕne s hlavou, spájacie kotvy alebo spájacie spony (obr.19). 50
Obvodové steny oceľových skeletových konštrukcií pri jednoduchých stavbách môžu tvoriť murované výplne z tehál. Pri viacpodlažných budovách sa používajú pórobetónové stenové dielce s hrúbkou 240 mm a dĺžkou 6m, namontované pred oceľovým skeletom (obr. 22). Často sa používajú trapézové plechy s tepelnou izoláciou alebo bez nej (podľa tepelnotechnických požiadaviek), tzv. kazetové steny (obr. 21) alebo prefabrikované stenové prvky z hliníkového a oceľového plechu. Obr. 21 Obvodové steny z oceľových trapézových plechov Obr. 22 Oceľový skelet s pórobetónovými platňami. 51
3.3.3 Stabilita a protipožiarna ochrana Oceľová nosná konštrukcia budovy musí prenášať zaťaženie zvislé, vodorovné, príp. seizmické. V horizontálnom smere je tuhosť zabezpečená vodorovnými stužidlami v stropnej oceľovej konštrukcii (obr. 20 c), alebo vytvorením monolitickej stropnej dosky. Vo vertikálnom smere tuhosť a stabilitu zabezpečujú tuhé väzby. Riešime ich pomocou: priehradových stužidiel (pridanie diagonál do kyvnej väzby), rámových stužidiel (tuhé pripojenie priečelia k stĺpu), tuhou rovinou (vytvorenou z betónu, železobetónu, alebo murovanou stenou). o Oceľová konštrukcia stráca pevnosť pri 600 800 C. Ochrana proti požiaru je preto neoddeliteľnou súčasťou návrhu a realizácie týchto konštrukcií. Základné spôsoby ochrany sú: obkladanie oceľových konštrukcií keramickými, tufovými, magnezitovými tvarovkami, betónový plášť z železobetónu, omietky s rozličným zložením aj s pridaním minerálnych vlákien, špeciálne omietky s adhéznymi vlastnosťami na kov, náterové hmoty, obalenie minerálnou vatu, plášť zo sadrokartónových, sadrovláknitých a špeciálnych protipožiarnych platní. Ab Glosár k textu 3.3 Vymedzenie pojmov podľa STN EN 199315 a STN EN 199411: (1) Stenová konštrukcia je konštrukcia zostavená z navzájom spojených nominálne plochých stien; steny môžu byť vystužené alebo nevystužené. (2) Výstuha je plech tvaru obdĺžnika alebo profil pripojený k stene, aby stena odolávala vydúvaniu alebo bola zosilnená; výstuha sa označuje ako: pozdĺžna, ak je smer rovnobežný s osou prvku; priečna, ak je smer kolmý na os prvku. (3) Vystužená stena je stena s priečnymi alebo pozdĺžnymi výstuhami alebo oboma druhmi výstuh. (4) Spriahnutý prút je nosný prút vytvorený z betónovej časti a z časti z konštrukčnej ocele alebo ocele tvarovanej za studena, ktoré sú spojené šmykovým spojením tak, aby bol obmedzený pozdĺžny preklz medzi betónovou a oceľovou časťou a neoddelili sa. (5) Spriahnutý nosník je spriahnutý prút namáhaný prevažne ohybom. (6) Spriahnutý stĺp (podpera) je spriahnutý prút namáhaný prevažne tlakom alebo tlakom a ohybom. (7) Spriahnutá doska je doska, v ktorej profilované oceľové plechy používajú najprv ako stratené debnenie a následne spolupôsobia so stvrdnutým betónom a v hotovom strope pôsobia ako ťahová výstuž. (8) Spriahnutá prútová konštrukcia je prútová konštrukcia, v ktorej niektoré alebo všetky prvky sú spriahnuté prúty a väčšina ostatných sú nosné oceľové prúty. 52
3.4 Montované železobetónové skeletové systémy Montované železobetónové stĺpové systémy sa vyvinuli z monolitických konštrukcií, rozdelených na jednotlivé konštrukčné prvky priemyselne vyrábané. Na stavbe sa montážne spájajú tak, aby vo svojej konečnej forme tvorili konštrukciu dostatočne únosnú a tuhú. Výhody montovaných železobetónových systémov: rýchla výstavba (na stavbe sa prvky len zmontujú), zníženie prácnosti; konštrukcie je možné hneď zaťažiť, vyššia kvalita a únosnosť; stála kvalita konštrukčných prvkov, ktoré sú vyrobené vo výrobniach kvalitnejšie podmienky na výrobu; nosná funkcia oddelená od ochrannej (tepelnoizolačnej a zvukovoizolačnej), obvodový plášť má funkciu výplňovú; veľká variabilita v dispozičnom riešení. 3.4.1 Charakteristika prefabrikovaných stĺpových systémov Nosná konštrukcia prefabrikovaných stĺpových systémov je vytvorená vzájomným spojením jednotlivých železobetónových dielcov (prefabrikátov) v stykoch. Pozostáva zo zvislých prvkov stĺpov, vodorovných prvkov prievlakov, stužidiel a stropných dosiek. Charakteristickým prvkom stĺpového konštrukčného systému je stĺp. Aby stĺpy, ktoré prenášajú účinky zvislých zaťažení, boli schopné zabezpečiť priestorovú stabilitu systému (objektu), je nutné ich vzájomne spojiť spriahnuť (v oboch smeroch) v priestorovo pôsobiace sústavu (obr. 23). Obr. 23 Varianty stĺpových systémov podľa statických vlastností stykov Spriahnutie stĺpov je možné konštrukčne dosiahnuť niekoľkými spôsobmi. Najčastejším prípadom spriahnutie stĺpov je vytvorenie tuhších prvkov v stropnej konštrukcii v oblasti medzi stĺpmi prievlakom, v oblasti trámov a pod. Efektívnejší spôsob spriahnutie stĺpov možno dosiahnuť použitím šikmých prútov diagonál (prútová priehradová sústava) alebo stenami (membrány, diafragma). Spriahnutie pomocou stenových prvkov, tzv diafragma, je veľmi účinné, pretože tieto prvky majú pomerne veľkú tuhosť (menej sa deformujú spôsobujú menší "sklz" medzi stĺpmi). 53
Stĺpové systémy nemôžeme zúžiť len na ich nosnú časť nosný systém. Ich funkčný, architektonický a ekonomický zmysel spočíva v komplexnosti ich riešení, t.j. v prepojení s nenosnými kompletizačnými systémami, ako je fasádny a strešný plášť, priečky, podhľady, atď. (obr. 24, obr.25). V rôznych konštrukčnostatických a geometrických variantoch stĺpové systémy môžeme použiť v jednopodlažných i viacpodlažných budovách. V kombinácii s rôznymi stužujúcimi princípmi sa zvyšuje ich podlažnosť (do 20 až 30 poschodí). Stĺpové montované systémy majú byť funkčne otvorené, dispozične flexibilné a majú poskytovať značné možnosti variability. Pre prefabrikované stĺpové systémy je charakteristický tzv. stavebnicový systém, ktorého základom je unifikované riešenie stykových uzlov a tvaru nosných prierezov dielcov, najmä ich priečnych prierezov. Sortiment dielcov nosnej konštrukcie, spolu s vymeniteľnými doplnkovými a kompletačnými prvkami (obvodové dielce, vnútorné deliace a podhľadové dielce, technické zariadenia, atď.) dávajú predpoklady pre riešenie variabilných konštrukčných a funkčných skladieb. Stĺpy sú umiestňované v modulové osnove, najčastejšie rozmerov (n x 50) mm x (n x 50) mm, pričom: vnútorné stĺpy sa umiestňujú tak, aby roviny súmernosti ich prierezov splývali so vzťažnými rovinami; Poloha stĺpov vzhľadom k modulové osnove môže byť v podstate trojaká (obr. 26): stredy stĺpov t.j. os sa prekrývajú s priesečníky čiar modulové osnovy; čiary modulové osnovy leží na líci obvodových stĺpov; modulová osnova je s modulovou vložkou. 54
Industrializované stavebné systémy sú schopné riešiť i nepravouhlé pôdorysy budov. Ich aplikácia nie je otázkou technickej spôsobilosti stĺpového systému, ale otázkou ekonomickej konkurencie s odlišnou stavebnou technológiou. Je zrejmé, že takéto riešenie nosných systémov vedie k väčšiemu množstvu typov prvkov a rozsiahlejšej rade unifikovaných stykov. Naznačené varianty skladby na obr. 27 dávajú značnú šírku riešení rôznych konštrukčných, rozmerových a skladobných modifikáciou stĺpových systémov. 3.4.2 Konštrukčne statické varianty prefabrikovaných stĺpových systémov K členeniu betónových stĺpových nosných systémov môžeme pristupovať z dvoch rozdielnych hľadísk: A. podľa tvaru stropnej konštrukcie; B. podľa tvaru a spôsobu stykov stĺpov. Druhý spôsob členenia umožňuje hlbší prístup k problematike. A. Podľa spôsobu riešenia vodorovnej stropnej konštrukcie, jej "podoprenia" a spojenia sa stĺpové konštrukcie rozdeľujú na: prievlakové (obr. 28), s viditeľnými alebo skrytými (plošnými) prievlakmi; stropných dosiek sa prenáša cez prievlaky do stĺpov; zaťaženie zo prievlaky môžu prebiehať v jednom alebo oboch smeroch, môžu končiť v líci stĺpa alebo byť konzolovo vyložené; stropné dielce môžu byť uložené na hornom líci prievlaku alebo na ozuby prievlaku; doskové (obr. 29, obr. 30), ktorých stropná konštrukcia pozostáva iba z dosiek; v zásade sa môžu v systéme vyskytovať dva druhy dosiek: dosky priamo podopierané stĺpmi (tzv. podporové), podopreté v rohoch, uprostred (tzv. doskový hlavicový alebo tiež hríbový systém), alebo podopreté po obvode; dosky uložené na podporové dosky (tzv. mezipodporové podporované) dosky. Systém môže byť tvorený napr. výhradne z podporovaných dosiek. Vo všetkých prípadoch môže byť hrúbka priamo a nepriamo podporovaných dosiek rovnaká alebo rôzna, v závislosti na vzdialenosti podpôr, rozmerov dosiek a funkčného zaťaženia. Zvláštnym prípadom týchto stĺpových systémov sú spínané predpäté alebo "visuté" stropné dosky; spínací alebo predpínacie káble sú umiestnené v blízkosti alebo priamo v osi stĺpu. Čela stropných dielcov spolu s obetónovanými predpínacími lanami vytvára skryté podporujúce prievlaky, ktoré môžu byť situované v jednom alebo v oboch smeroch. 55
B. Podľa tvaru a spôsobu stykovania stĺpov sú betónové nosné systémy rozdelené do 3 skupín: s priebežnými stĺpmi, so stĺpmi stykovanými v každom podlaží, so stĺpmi spojenými s prievlakmi do rámov a polorámov. 56
Stĺpový systém s priebežnými stĺpmi (obr. 31) je tvorený stĺpmi prechádzajúcimi cez viacej podlaží. Nosný systém je vzhľadom k dĺžke stĺpa výrobne, dopravne a montážne obmedzený. Je určený pre málo podlažné budovy, aj keď môžeme vyhotoviť tuhý montážny styk stĺpa a použitý princíp rozšíriť. Stĺpový systém so stĺpmi spájanými v každom podlaží (obr.33) je taký, pri ktorom stĺpy môžu byť spájané buď priamo (svojimi čelami), alebo nepriamo cez prievlaky. Vzhľadom k požiadavke väčšej univerzálnosti systému je výhodný styk stĺpa cez prievlaky, pri ktorom môžeme ľahšie dosiahnuť jeho tuhosť. Pri relatívne malej početnosti prvkov môžeme navrhovať mnohotvárne skladby systému. Systém môžeme použiť ako jednosmerný aj obojsmerný a vzhľadom k tuhým stykom stĺpov a prievlakov môže byť navrhovaný pre viacpodlažné budovy. 57
Stĺpový systém so stĺpmi spojenými s prievlakmi do rámov a polorámov je taký, u ktorého sú stĺpy a prievlaky spojené tuho do jednoduchých rámov v rámci podlaží. Použitá výrobná technológia je náročnejšia a menej produktívna. Menej sa používa, ale architektonicky je úspešnou aplikáciou. Z technologických dôvodov prevažujú jednosmerne orientované skladby rámov. 58
3.4.3 Prvky a dielce nosnej konštrukcie Nosná konštrukcia prefabrikovaného stĺpového systému pozostáva z dielcov: zvislých: stĺpy; zvislé stužujúce konštrukcie (diafragma, diagonály, výstužné steny); vodorovných: vodorovných: prievlaky, stužidlá; stropné dielce; schodiskových: schodisková ramená; podesty; schodiskové steny; základových konštrukcií a spodnej stavby: základové pätky (popr. pásy alebo doska); základové preklady; steny podzemných podlaží. Rozhodujúci podiel na celkovom objeme dielcov majú dielce vodorovných konštrukcií, cca 70 90%, z toho stropné dielce asi 50 80%. Zostávajúca časť cca 10 20% tvorí objem dielcov zvislých konštrukcií. Z tohto rozdelenia celkového objemu je zrejmé, že rozhodujúcu úlohu z hľadiska spotreby materiálu (betón, výstuž), má predovšetkým spôsob riešenia vodorovných stropných konštrukcií. 3.4.3.1 Stĺpy Najčastejšie sú používané stĺpy obdĺžnikového alebo štvorcového prierezu rozmeru (300 600) mm x (300 900) mm. Dlhšia strana stĺpu obdĺžnikového prierezu je spravidla situovaná v smere prievlaku (rámu), aby bola využitá väčšia ohybová tuhosť stĺpu v tomto smere. Vedľa obdĺžnikových a štvorcových môžu byť navrhované stĺpy s dutými prierezy, kruhové, tvaru písmena U, I a pod (obr. 36). 59
U stĺpov neprieběžných stykovaných cez stropnú konštrukciu (prievlak, hlavicu, dosku) je horná časť (zhlavie) zvyčajne rovinné s vyčnievajúcou hlavnou (pozdĺžnou) výstužou. Dolné záhlavie je opatrené stykovacími profily pre pripojenie hlavnej výstuže spodného stĺpu vyčnievajúcej zo styku. U priebežných stĺpov sú stĺpy v mieste styku so stropnou konštrukciou opatrené konzola, príp., vreckami, drážkami alebo inou úpravou ako sú kotevné dosky, uholníky pre pripojenie prievlaku alebo priamo stropné dosky (pozri obr. 13). Stĺpy sa vyrábajú v jednotlivých alebo spojených formách. 3.4.3.2 Prievlaky Najčastejšími prierezmi sú jednoduchý obdĺžnikový, prierez tvaru písmena I, T a pod., alebo obdĺžnikový príp. plošný prierez opatrený na spodnom okraji ozubmi pre uloženie stropných dielcov. Pri uložení stropných dielcov na horné líce prievlaku je celá alebo väčšia časť prierezu prievlaku v podhľade viditeľná. Krajné prievlaky alebo stužidlá môžu mať nesymetrický prierez tvaru písmena L. Rozmery priečneho prierezu prievlaku sú závislé na celkovom riešení systému, predovšetkým styku so stĺpom, na jeho rozpätí a zaťažení. Zo statického hľadiska je vhodný obdĺžnikový prierez s väčším rozmerom v smere výšky prievlaku (pomer výšky k šírke cca 3:2). Nevýhodou tohto riešenia je viditeľný prievlak, ktorý obmedzuje delenie a variabilitu vnútorných priestorov a spravidla zvyšuje druhovosť kompletizačných prvkov. Preto sú často používané plošné prievlaky, ktorých hrúbka je rovná hrúbke stropných dosiek. Väčšia spotreba ocele u týchto prievlakov je kompenzovaná výhodami rovného podhľadu. prievlaky majú šírku 1200 1800 mm. Tieto Zvláštnym prípadom sú prievlaky spriahnuté so stropnou doskou, spínané alebo vytvorené z rebier stropných dielcov (obr. 39). Nevýhodou obdĺžníkového prierezu je, že prievlak celou svojou výškou zasahuje do svetlej výšky podlažia. Stropné a strešné panely je možné ukladať tiež na ozub vytvorený vo vrchnej časti prievlaku. Pri veľkých rozponoch a zaťaženiach sa môže stať, že celomontovaný prievlak je omnoho ťažší, ako je nosnosť zdvíhacieho zariadenia. V tomto prípade je nutné prievlak rozdeliť na časť prefabrikovanú a časťmolitickú. 60
Dĺžky prievlakov sú určované prípustnou hmotnosťou z hľadiska výroby, prepravy a montáže, riešením stykov so stĺpmi a statickým usporiadaním. Úprava ich koncových úsekov je závislá na riešenie styku so stĺpom. Rôzne spôsoby riešenia styku v jednom systéme zvyšujú druhovost prvkov, napr. konzolovo vyložený (obr.40 a) a priebežný prievlak, prievlak ukončený na okraji stĺpu a pod. Vzhľadom na statické dôležitosti prievlakov je nutné obmedziť v prievlakoch prestupy. Z toho dôvodu sú niekedy používané prievlaky zdvojené (obr.40 a). V klasických obdĺžnikových prievlakoch nemožno vykonávať prestupy (s výnimkou prestupov rozmerovo veľmi malých). U plošných prievlakov možno vykonať v okolí stĺpa len malé prestupy (obr.40 c). Pri návrhu prievlaku je nutné zvážiť dve štádia statického pôsobenia: montážne štádium (prievlaky sú staticky určité prosté nosníky); prevádzkové štádium (prievlaky sú súčasťou staticky neurčitej rámovej konštrukcie). U prievlakov v krajných poliach je nutné zvážiť vplyv krútiacich momentov od nesymetrického zaťaženia stropnými dielcami (obr. 41). 3.4.3.3 Stropné dielce Podľa konštrukčného a tvarového riešenia sa používajú stropné dielce: plné, dutinové, s vyľahčujúcimi vložkami, rebrové, spriahnuté (zmiešané) oceľobetónové, spriahnuté prefabrikovanomonolitické. 61
Stropné dielce môžu byť nepredpäté alebo predpäté (s výstužou predpätou elektroohrevom alebo mechanicky). Ich šírka je zvyčajne násobok 300 mm, t.j 600, 900, 1200, 1500 až 2400 mm. V dnešnej dobe sú reálne stropné dielce rozpätia od 3,6 m (plné nepredpäté) do 12 m, prípadne až 24 m (dutinové, rebrové, trámové predpäté alebo spriahnuté). Rozmery dielcov, popr. ich tvar a úpravy môžu byť takisto prispôsobené individuálnym požiadavkám (obr. 42 a). Dĺžka a tvarové ukončenie stropných dielcov je závislé na riešení styku stropného dielca a prievlaku, popr. šírke prievlaku a modulovej osnove systému. Pre stredné a veľké rozpätia (cca do 12 m) je možné uplatniť predpínané dutinové dosky (napr. typ Spiroll), ktoré sa vyrábajú jednej konštantnej šírke 1200 mm. Zvislé prestupy v dielcoch sa vykonávajú zvyčajne v mieste dutín, pri väčších prestupoch sa okolité dutiny vynechajú (zaplnia) tak, aby sa vytvorili okolo prestupu potrebné skryté "rebrá". Priemer a tvar dutín vyplýva z konštrukčne statických a technologických požiadaviek. Hrúbka rebier resp. vzdialenosť rebier je závislá na požadovanej únosnosti dielca v šmyku nad podporou. Stropné dielce s ľahkou výplňou spájajú niektoré výhody výroby plných dielcov a statického pôsobenia vyľahčených dielcov. Pre vyľahčenie možné použiť najmä keramické (42 b)) alebo polystyrénové tvarovky, efektívne sa v súčasnosti javí použitie tvaroviek z recyklovaných plastov. Hlavnou nevýhodou týchto dielcov je ich pomerne vysoká prácnosť a horšie povrchová úprava podhľadu, ktorá vyžaduje dodatočnú úpravu. 62
Rebrové stropné dielce (obr. 43) sa používajú na rozpätie väčšie než 7,2 m. Staticky efektívne vytvarovanie je spojené s nutnosťou prevedenia podhľadových konštrukcií a úprav podľa potreby. Značné problémy vznikajú u predpätých stropných dielcov na rozpätie 12 až 24 m z hľadiska deformácií od predopnutia v závislosti na dotvarovaní dielcov. Pozdĺžna rebrá môžu byť podľa potreby doplnená po obvode alebo aj vnútri dielca priečnymi rebrami, ktoré zvyšujú priečnu tuhosť. Stropné panely sa ukladajú na nosníky alebo ich príruby pomocou vrstvy ložnej škáry. Ložná škára prenáša okrem úložných tlakov panelov taktiež vodorovné šmykové sily. Ak stropné panely nemajú nadbetónovanú monolitickú dosku, je potrebné ich cez nosníky (prievlaky) spojiť tak, aby stropná doska pôsobila ako celok. K tomu slúži zálievková výstuž (obr. 44), uložená medzi panelmi, prechádzajúca nad alebo cez nosník (pripravenými otvormi). Spriahnuté prefamonolitické stropné konštrukcie (obr. 45) sú vytvorené z prefabrikovaných plných stropných dielcov (spravidla predpätých) hrúbky 60 80 mm s hornou (kontaktnou) plochou upravenou pre zvýšenie šmykovej pevnosti a z hornej monolitické vrstvy nabetonované na dokončenej skladbe prefa dielcov (napr. tzv. filigránové dielce a pod). 3.4.3.4 Schodisko Prefabrikované schodisko nadväzuje priamo na nosný systém a je spravidla vložené do niektorého poľa, v ktorom je vynechaný príslušný priestor a prestup v stropnej konštrukcii. V niektorých prípadoch je schodisko situované mimo systému (budovy). Prevažne je používané dvojramenné schodisko pre rôzne konštrukčné výšky. 63
Podľa orientácie schodiskových ramien vzhľadom k smeru prievlakov rozlišujeme schodisko (obr. 46) rovnobežné s prievlakmi a schodisko kolmé na prievlaky. U systémov s prievlakmi (rámami) vzdialenými od seba do 3,6 m až 4,8 m možno schodisko situovať len rovnobežne s prievlakmi. Podľa polohy schodiska voči stĺpom rozoznávame schodisko( obr. 47) prisadené k stĺpom a schodisko odsadená od stĺpov. U stĺpových systémov o veľkých rozpätiach je nutné pre uloženie schodiskových ramien a podest upraviť priliehajúce stropné dielce, príp. vložiť do konštrukcie pomocné stĺpiky alebo steny. Schodisko je lepšie situovať v smere uloženie stropných dielcov (obr. 48). Steny pre uloženie schodišťových podest môžu byť využité pre stuženie nosného systému. Preto je nutné v týchto 64
prípadoch schodiskové steny riadne spojiť s nosnou konštrukciou. Z dôvodu možného rozdielneho sadania je účelné založiť schodisko na spoločnú základovú konštrukciu so susednými stĺpmi systému napr. prostredníctvom základových prahov. 3.4.4 Styky prefabrikovaných stĺpových systémov Styky medzi jednotlivými prvkami prefabrikované stĺpové konštrukcie patrí k rozhodujúcim článkom celého systému. Riešenie stykov vychádza najmä: z požadovaných statických vlastností, zo statickej schémy nosného systému, z tvaru stykovaných prvkov, z fyzikálnych a chemických vplyvov (najmä korózie), z technologických tolerancií, a montážnych postupov. pri stykoch, ktoré sú vizuálne zdôrazňovanou súčasťou architektonického návrhu, pristupuje aj estetika ich dizajnu. Z dôvodu zjednodušenia celého riešenia styku, pri zabezpečení statickej funkcie, je vhodné umiestňovať styky do miest s relatívne najpriaznivejšou kombináciou namáhania (minimálne ohybové momenty). U väčšiny stykov sa jedná o prevažujúce namáhanie tlakom (ťahom) a ohybom príp. šmykom. Súčasťou riešenia stykov je spravidla plynulé nadviazanie výstuže stykovaných dielcov. K najpoužívanejším spôsobom spájania pozdĺžnej výstuže dielcov v styku patrí spoj (obr. 50): okami (slučkami), zváraním. 65
Tlačené výstužné vložky (napr. u stĺpov) s spájajú privarením k tzv. oceľovým bodkám, alebo kotevným doštičkám a príložkám. Malá kotevná dĺžka výstužných vložiek pripájaných k bodkám alebo použitie príložiek zvyšuje tuhosť styku a vytvára podmienky pre prenášanie tlaku stykom (obr. 51). K základným požiadavkám u týchto stykov patrí dodržanie výrobných a montážnych tolerancií. Najvhodnejšia poloha stykov prvkov prefabrikovaného skeletu : je pre spájanie prievlakov alebo stĺpov v miestach nulovej hodnoty priebehu napätia v spojitých rámoch, uprostred rozpätia alebo na styku stĺp prievlak je naopak najmenej vhodná Obr. 52 Priebeh napätia v spojitých rámoch Podľa tuhosti sa styky rozdeľujú na: Tuhé, ktoré majú rovnaké vlastnosti ako monolitický styk. Styk možno podkladať za tuhý, ak je riadne vyplnený zálievkou a obojstranne vystužený stykovanou výstužou prechádzajúcou stykom s požadovaným krytím výstuže a zabezpečením tlačenej výstuže proti vybočeniu. Výstuž možno vynechať, ak pôsobí v styku trvalé tlakové napätie zabraňujúce vzniku trhlín (vrátane účinku zmrašťovania). 66
Pružné, u ktorých dochádza vplyvom pôsobenia ohybového momentu k určitému pružnému pootočenie dielcov voči sebe. Tuhosť pružných stykov vyjadrujeme pomerom momentu a pootočenia (v oblúkovej miere). Kĺbové, u ktorých dochádza vplyvom ohybového momentu k vzájomnému pootočeniu dielcov v rovine pôsobiaceho zaťaženia. Rámová prefabrikovaná sústava nemusí mať všetky styky prvkov, z ktorých je zostavená dokonale tuhé. Môže mať vhodne umiestnené kĺby, či polokĺby a pritom spĺňať požiadavky únosnosti a tuhosti. Montované rámové konštrukcia nemusia staticky pôsobiť rovnako ako zhodné monolitické rámové konštrukcie. Vhodne umiestnenými kĺbovými spojmi je možné dosiahnuť priaznivejšie rozdelenie namáhania pozdĺž jednotlivých prvkov (prútov). Rámová konštrukcia vyžaduje správnu voľbu tuhých či kĺbových spojení jednotlivých prvkov (stojok a priečlí). U montovaného stĺpového systému sú najdôležitejšie styky: stĺpov navzájom a styk stĺpov zo základom, prievlakov navzájom stĺpov s prievlakmi, príp. hlavicami a stropnými doskami, prievlakov a hlavíc so stropnými doskami, stropných dosiek navzájom. 3.4.4.1 Spájanie stĺpov Spájanie stĺpov sa vykonáva v úrovni aj mimo úroveň stropnej konštrukcie, spravidla v tretine až polovici výšky podlaží (v miestach malých až nulových ohybových momentov). V prípade tuhého spojenia stĺpov v styku (styk prenáša šmykové, normálové sily a ohybový moment) je nutné zabezpečiť plynulé nadviazanie zvislých (pozdĺžnych) výstužných vložiek oboch spájaných stĺpov niektorým zo spôsobov uvedených na obr.54. Pri kĺbovom spojení stĺpov je styk zaťažený len normálovú a posúvajúci silou. Posúvajúci silu je potrebné preniesť výstužou prechádzajúce kolmo na styčnú škáru a riadne ukotvenú v oboch stĺpoch. Príklady kĺbových stykov sú na obr. 55. 67
V oboch prípadoch riešenie styku je nutné zabezpečiť z hľadiska prenesenia kolmých síl, prípadne ohybových momentov dokonalý kontakt medzi oboma stĺpy. Kontakt medzi stĺpmi je možné zabezpečiť buď použitím špeciálnych oceľových profilov (pätiek a pod.) zakotvených na oboch koncoch stĺpov, alebo častejšie prostredníctvom ložných škár, ktoré nevyžadujú tak vysoký stupeň presnosti výroby a montáže dielcov a množstvo ocele ako prvý spôsob. Ložnej škáry sú najčastejšie realizované z cementovej alebo polymércementové malty hrúbky od 5 do 15 mm. Pri väčšej hrúbke ložnej škáry (25 mm a viac) je nutné vykonať vystuženie škáry priečnou výstužou (zvárané mriežky), aby nedošlo k jej porušeniu pôsobením priečnych ťahových napätí (vytláčanie výplne ložnej škáry, odlupovanie krajných vrstiev). Zvláštnym prípadom kĺbového styku je použitie napr. vystužených neoprénových príp. gumených podložiek (suchá montáž), ktoré spolu s čapom alebo klinmi zabezpečujú prenesenie posúvajúce sily Okrem jednoduchej montáže umožňuje toto riešenie aj ľahkú suchú demontáž. Tieto prvky sú určené hlavne do kĺbových stykov stĺpov s prievlakmi. 68
3.4.4.2 Spájanie stĺpov s prievlakmi Tento styk patrí konštrukčne k najzložitejším a staticky najnáročnejším stykom rámových montovaných konštrukcií. Celý rad dnes existujúcich riešení možno zaradiť do dvoch charakteristických skupín, tzv. stykov kontaktných a nekontaktných (obr. 56). Pri tuhom spojení stĺpov a prievlakov v styku (obr. 57) je potrebné zabezpečiť plynulé spojenie zvislej (pozdĺžne) výstuže stĺpov a spojenia výstuže prievlakov, pričom u prievlakov (vzhľadom k priebehu ohybových momentov) postačí spravidla spojiť len hornú výstuž (záporný podporový moment), ktorá prenáša ťahové napätie. Tlakové napätie od ohybového momentu v spodnej polovici prievlakov je možné preniesť betónovou alebo cementovou zálievkou medzi čelami prievlakov. Aby došlo k vzájomnému spolupôsobenie stĺpov a prievlakov v stykoch, je nutné zakotviť výstuž jednotlivých stykovaných dielcov (stĺpov, prievlakov) v styku. Toto riešenie však vyžaduje zložitú úpravu dielcov a náročnú montáž. Jednoduchším spôsobom je riešenie, pri ktorom tuhé spojenie napr. stĺpov zoviera prievlaky. Pootočeniu koncových prierezov prievlakov bráni zovretie (normálová sila prenášaná stĺpmi) čím dochádza k spolupôsobeniu stĺpov s prievlakmi. Pri nedokonalom kotvení výstuže v styku alebo väčších "voľných" dĺžkach výstuže dochádza k jej väčšiemu naťahovanie a tým sa zvyšuje poddajnosť (znižuje tuhosť) styku. Príklady riešení stykov sú znázornené na obr. 58. 69
3.4.4.3 Spájanie prievlakov Tieto kontakty sa umiestňujú spravidla v bežnom poli, mimo styk stĺpov do oblastí malých až nulových ohybových momentov. Takto umiestnený styk je zaťažený prevažne posúvajúcim silami. Spájanie prievlakov závisí na veľkosti posúvajúcich síl ( aj momentov), ktoré ma styk prenášať Konštrukčné riešenie styku je vytvorené (v prípade podoprenia jedného prievlaku druhým) spravidla rovnakými ozubmi o výške rovnajúcej sa približne polovici výšky prievlakov. Rozmery, prípadne tvar ozubov, je nutné navrhnúť v závislosti od veľkosti síl pôsobiacich v styku. Pri väčších rozmeroch ozubov je nutné navrhnúť ich výstuž tak, aby nedošlo k porušeniu pôsobením namáhania od ohybových momentov a nerovnomerne rozloženého šmykového napätia. Vodorovnú posúvajúci silu musí preniesť výstuž prechádzajúca kolmo na ložnú škáru (tŕň). Inou možnosťou spojenia prievlakov, (pri spájaní krátkych, konzolovito prečnievajúcich prievlakov, ktorých styk prenáša nepatrné zvislé sily) je použitie zváraných oceľových uholníkov zakotvených do prievlakov. Príklady riešenia sú znázornené na obr. 60. 70
Obr. 60 Styk prievlakov v poli Tuhé spojenie prievlakov v poli, ktoré je určené na prenášanie ohybových momentov a posúvajúci síl. Je veľmi prácne a vyžaduje spravidla náročnú úpravu dielcov a montážnych prostriedkov. Príklady tuhého spojenia sú uvedené na obr. 61 Obr. 61 Tuhé spojenie prievlakov 3.4.4.4 Spájanie stropných dielcov s prievlakmi Pri tuhom spojení protiľahlých stropných dielcov v mieste styku s prievlakom, príp. stropných dielcov s prievlakom, je vhodné použiť spojenie výstuže pomocou ok (slučiek, obr. 63 a), príp. pomocou zvarovaných spojov (obr. 63 b). Tuhé spojenie (spojitá schéma) má predovšetkým význam z hľadiska priaznivejšieho rozloženia namáhania a zníženia deformácií stropných dielcov od zaťaženia zvislého (úžitkové zaťaženie, doplnkové konštrukcie a v dôsledku dotvarovania betónu stropných dielcov aj od vlastnej hmotnosti). Ohybovo tuhé spojenie vyžaduje vystuženie koncových úsekov stropných dielcov aj v hornej polovici prierezu. Jednoduchším prípadom riešenie styku je tzv. členená schéma, t.j. kĺbové spojenie stropných dielcov medzi sebou a s prievlakom. Styk je v tomto prípade namáhaný prevažne zvislou a vodorovnou posúvajúcou silou. Zabezpečenie styku a tým aj statickej bezpečnosti systému vyžaduje zrealizovanie výstuže v stykoch medzi stropnými dielcami (obr. 63 c) a spojenie montážnych ok protiľahlých stropných dielcov tak, aby bola zabezpečená celistvosť stropnej dosky. 71
Styk medzi stropnými dielcami v pozdĺžnych styčných škárach je nutné opatriť šmykovým drážkami, ktoré zabezpečujú ich vzájomné spolupôsobenie. Stropná doska, ktorá zabezpečuje spolupôsobenie zvislých prvkov (konštrukcií) z hľadiska vodorovných účinkov, pôsobí spravidla ako vysoký nosník jednoducho alebo spojito pružne podopretý v mieste stužujúcich konštrukcií. Stropné panely, typy, varianty spojenia a osadenia na prievlak sme rozobrali v kapitole 2.4.3.3. Uloženie stropných panelov na prievlaky závisí od: tvaru prievlaku; čiel stropných panelov Zostava dielcov má vplyv (obr. 62): na hrúbku stropnej konštrukcie, konštrukčnú výšku podlažia Otvory v stropnej konštrukcii (inštalačné prestupy) sú okrem spôsobov spomenutých v kapitole 2.4.3.3 vytvorené aj inštalačnými nosníkmi a vložkami (obr. 63) 72
3.4.4.5 Osadenie stĺpov na základové kalichy a pätky, základové prahy Pri skeletových konštrukciách sa používajú pri zakladaní stĺpov základové pätky tvoria samostatné základy pre jednotlivé stĺpy. Základová pôda pod celou konštrukciou by mala byť dostatočne únosná a rovnorodá. Z ekonomického i výrobného hľadiska by strana pätky nemala byť väčšia ako polovica osovej vzdialenosti stĺpov, inak sú výhodnejšie doskové alebo pilótové základy. Pre pätky je najvhodnejší štvorcový alebo obdĺžnikový tvar s pomerom strán 3 : 5, maximálne 2 : 3. Pri prefabrikovaných pätkách sú najrozšírenejšie kalichové alebo plné pätky, vyrobené z jedného alebo viac dielov vytvárajúcich stupne. Osadzujú sa do štrkopieskového lôžka alebo betónu hrúbky 100 až 150 mm. Pätky s kalichom obsahujú priehlbeň pre stĺp, ktorý sa po osadení zaleje cementovou maltou a zabetónuje. Pätky a kalichy zabezpečujú dokonalé tuhé votknutie stĺpov do základovej konštrukcie. Ich celkové rozmery nie sú limitované (obvyklá výška kalichov je 800 mm s kónickými stenami hr. 200 250 mm), pri kompletných celistvých pätkách je limitujúca nosnosť prepravných prostriedkov a žeriavov. Výhodou prefabrikovaných pätiek a kalichov je rýchla výstavba základových konštrukcií a následná montáž stĺpov s obmedzením betonáže na stavbe. Pri uložení stĺpa na základové pásy platia rovnaké zásady stykovania ako pri uložení (kotvení) do pätky. Stĺp môže byť kotvený pomocou oceľových tŕňov. Základové prahy, trámy (obr. 65) sú dielce tvoriace základový pás obvodových konštrukcií. Môžu čiastočne vystupovať nad úroveň terénu a tvoriť tak spodnú časť obvodovej steny. Viditeľné pohľadové časti prahu sú realizované ako hladké z formy, príp. ručne alebo strojovo hladené. Zo statického hľadiska sú to vodorovné nosné prvky založené na pätkách alebo pilótach slúžiace ako prostý nosník medzi základovými pätkami. Sú určené ako nosná konštrukcia pod obvodový plášť. Zabudovaný prvok tvorí základový pás, ktorý môže mať aj sendvičovú konštrukciu. V nej sú nosná vrstva a monierka navzájom prepojené antikoróznymi kotvami. 73
Obvodový plášť sa navrhuje prevažne ako prefabrikovaný, výnimočne z murovacích materiálov. Materiály môžu byť z ľahkých betónov, keramiky. Realizovali sa aj plášte kovoplastické zavesené panely a systémy nosných roštov, ktorých kotviace prvky umožňujú trojrozmerný posun. Problematikou obvodových plášťov sa v tomto texte nebudeme zoberať. Táto problematika je predmetom Architektonických konštrukcií IV. Uvedieme si ale aspoň dva príklady prefabrikovaných stenových panelov (obr. 66). Prefabrikované prosté a sendvičové steny sa používajú pre nosné alebo samonosné opláštenie stien skeletových viacpodlažných budov ako aj halových budov. S výhodou sa používajú ako požiarne vnútorné aj vonkajšie deliace steny. Steny sú delené (realizované) po výške a kotvené k zvislým nosným prvkom stĺpom. Pri sendvičových stenových paneloch je možné dosiahnuť požadovanú hodnotu tepelného odporu stien. Vonkajšia pohľadová monierka má hrúbku cca od 50 80 mm. Výška prefabrikátov stien je odporúčaná do 3,6 m. Individuálne je možné riešiť aj väčšie rozmery. Odporúčaná dĺžka je do 8 m, až 15 m. Limitujúce sú prepravné možnosti a únosnosť žeriavov. 3.4.5 Stuženie prefabrikovaných stĺpových systémov Stuženie prefabrikovaných stĺpových systémov zabezpečujú stužidlá (obr. 67): vodorovné, stenové. Vodorovné stužidlá sú tyčové prvky, ktoré z väčšej časti plnia konštrukčnú funkciu. Zabezpečujú prepojenie primárnych nosných konštrukcií, ako sú stĺpy, prievlaky, príp. väzníky pri budovách halového typu. Sú vždy kolmé na nosné rámy. Stužidlá sú namáhané na tlak, ťah, a ohyb od zaťaženia stien, stropov, príp. strešnej konštrukcie. Sú osadzované do maltového lôžka na železobetónové prefabrikáty nosnej konštrukcie. Kotvenie je riešené na osadzovacie tŕne zaliate maltou do pripravených otvorov. Stenové stužidlá (zavetrovacie steny) sú stužujúce steny, ktoré svojou tuhosťou prenášajú takmer všetky vodorovné sily a tvoria zavetrovanie celej skeletovej konštrukcie. 74
Dôležité sú pri zväčšovaní počtu podlaží, kedy namáhanie vodorovnými silami je také, že by si vynútilo zväšovanie prierezov stĺpov a prievlakov. Rozmedzie, v ktorom môže byť konštrukcia skeletu bez výstužných stien je rôzne a závisí od charakteru vlastnej konštrukcie, smeru nosných rámov, tuhosti stykov, a pod. Preto sa musí pri každom skelete posúdiť potreba výstužnej steny. Stenové stužidlá môžu byť, v závislosti na vzdialenosti stĺpov, tvorené jedným alebo viacerými dielcami v podlaží. Stužujúce steny môžu byť riešené ako: steny vložené medzi stĺpy a prievlaky alebo stropné dosky, samostatné steny nahradzujúce rámy. Podľa spôsobu spojenia stužujúcich stien so stĺpmi a prievlakmi (stropnými doskami) rozlišujeme: Stenu voľne vloženú do rámového poľa. Pôsobí ako voľne vložený tuhý plošný prvok ( tlaková diagonála) brániaci deformácii rámového poľa. Styky medzi stĺpmi a stužujúcou stenou nie sú schopné prenášať šmykové a ťahové sily, vznikajúce spolupôsobením konštrukcií. Diafragma neposuvne spojená so stĺpmi a so stropnou konštrukciou. Takto vložená diafragma pôsobí ako tlaková aj ťahová diagonála. Diafragmu spojenú neposuvne so stĺpmi a posuvne so stropnou konštrukciou. Prenáša šmyk a ohyb spôsobený rozdielnym zaťažením stĺpov. Na prenášaní normálových napätí prenášaných stĺpmi sa priamo nepodieľa. 3.4.6 Príklady konštrukčných riešení prefabrikovaných stĺpových systémov Podľa hmotnosti konštrukčných prvkov sa rozlišujú montážne technológie prefabrikovaných stĺpových systémov na: ľahká (hmotnosť dielcov do 2,5 t), ťažká (hmotnosť dielcov nad 5 t). Podľa únosnosti konštrukcií a rozpätia stropných dosiek (osovej vzdialenosti rámov) sa skeletové prefabrikované sústavy delia na: ľahké rámové skelety rozpätie do 7,2 m, pre menšie zaťaženie, stredné rámové skelety rozpätie do 9 m, ťažké rámové skelety rozpätie až do 12 m (použitie predpätých stropných panelov), pre veľké zaťaženia. 75
3.4.6.1 Ľahké rámové skelety Ľahké rámové skelety sú určené pre prevádzky s menšími nárokmi na únosnosť a rozpätie stropnej konštrukcie. Hrúbka stropu je konštantná, prievlaky nevyčnievajú v dolnej časti stropu. Styky prievlakov sú umiestnené do miest malých ohybových momentov, t.j. asi do štvrtiny rozpätia prievlakov. Stropné panely sú ukladané pomocou ozubov na bočnej strane prievlakov. Vzdialenosť stĺpov v smere kolmom na rámy závisí od druhu použitých stropných dielcov môže sa zvýšiť použitím predpätých prvkov. 3.4.6.2 Stredné rámové skelety Stredné rámové skelety sú určené pre prevádzky s vyššími nárokmi na únosnosť a rozpätie stropnej konštrukcie. Sústava prievlakov vyčnieva zo spodnej plochy stropu (stropných panelov). Súvisí to s rozmermi prievlakov, ich výškou. Na zvýšenie ohybovej tuhosti v smere kolmom na rámy sa v krajných, či koncových polohách vkladajú stužidlá. Konzola je len v smere rámov, obojsmerný systém je totiž málo reálny z dôvodu náročného riešenia styku stĺpa s pozdĺžnym a priečnym prievlakom súčasne. 76
Montovaný skelet S 1.2 (obr. 69 72) Skelet II. kategórie, unifikovaný viacpodlažný žb s osovou vzdialenosťou rámov od 2,4 do 12,0 m, konštrukčných výšok od 2,7 do 6,0 m. Vhodne sa uplatňuje pre budovy priemyselné, občianske a pôdohospodárske s užitočným zaťažením od 2,8 do 20 kn/m2. Nosný systém tvoria rámy montované z jednopodlažných stĺpov a priebežných prievlakov. Stropné panely sú uložené na prírubách prievlakov. Nosnú konštrukciu možno riešiť ako priečny alebo pozdĺžny systém. Vodorovná tuhosť vyšších budov je zabezpečená výstužnými stenami. Založenie 77
objektu je na pätkách a na ich kalichoch sú uložené základové trámy. Boli rozpracované varianty pre modul : M1 v smere kolmom na smer prievlakov (osová vzdialenosť rámov) 2,4 / 3,0 / 3,6 / 4,8 / 6,0 / 7,2 / 8,4 / 9,0 / 9,6 / 10,8 / 12,0 m. M2 v smere prievlakov krajný 3,0 / 4,8 / 6,0 / 7,2 m, M2 krajný s konzolou 1,9 m, M2 vnútorný 3,0 / 6,0 / 7,2 m, KV podlaží 2,7 / 3,6 / 4,2 / 4,8 / 6,0 m, Obr. 70 Skladba skeletu S 1.2 78
Stĺpy na výšku jedného podlažia, štvorcový / obdĺžnikový prierez 290/390 (medzistĺpy), 390/390 a 390/590 ako nosné. päty stĺpu majú zabudovanú oceľovú bodku a obvodové stĺpy oceľové platničky alebo pásovinu pre uchytenie kotiev pre osadenie obvodového plášťa. Prievlaky tvar obráteného"t" (vnútorné) / "L" pre obvodové rámy. Stropné panely predpäté Spiroll 250 a 300 mm, dutinové žb. 250 mm, rebrové žb. prierez "TT" výšky 440, šírky 1500, 1800 a 2400 mm. Stužidlá obdĺžníkový prierez 390/440 mm obvodové a 290/440 mm vnútorné. Tieto majú zabudované oceľové platničky pre kotvenie obvodového plášťa. Výstužné steny hrúbky 200 mm pre všetky konštrukčné výšky od 3,0 do 4,2 m so skladobnými šírkami 1200, 1800, 1900, 2000 a 2400 mm. Základové trámy obdĺžníkový prierez 190/590 mm. Na nárožiach alebo v kútoch objektov, prípadne pri dilatáciách sa zmonolitňujú. Obvodový plášť keramický, pórobetónový alebo kovoplastický Obr. 71 Uloženie stužidla na prievlak a stĺp 79
Obr. 72 Rohový styk základových trámov uložených na pätke Montovaný skelet S 1.3 (obr. 73 77) Jedná sa o skelet III. kategórie a je unifikovaný železobetónový s osovou vzdialenosťou rámov od 2,4 do 12,0 m. KV podlaží od 3,6 do 7,2 m. Pre budovy jednopodlažné alebo pre posledné podlažia viacpodlažných objektov je možné osovú vzdialenosť rámov zväčšiť na 15,0 a 18,0 m. Skelet je vhodný pre budovy občianske, priemyselné alebo poľnohospodárske s užitočným zaťažením od 2,8 do 30,0 kn/m2. Prípustné zaťaženie bude závislé od navrhnutých rozpätí rámov a stropných panelov. Počet podlaží závisí od použitého rozpätia, zaťaženia a spôsobu vodorovného vystuženia konštrukcie. Nosný systém tvoria rámy montované zo stĺpov na výšku jedného podlažia a prievlakov na ktoré sa ukladajú stropné panely Spiroll 300 alebo predpäté rebrové "TT" panely. Stropné panely sú uložené na prírubách prievlakov. Vodorovná tuhosť vyšších budov sa zabezpečuje výstužnými stenami. Nosný systém sa zakladá na pätkách (rošte, doske). Po obvode sa ukladajú na kalichy pätiek základové trámy. Boli rozpracované varianty pre modul : M1 v smere kolmom na prievlaky v osovej vzdialenosti rámov 2,4 / 3,6 / 4,8 / 6,0 / 80
7,2 / 8,4 / 9,0 / 9,6 / 10,8 / 12,0 m a pre jednopodlažné objekty 15,0 a 18,0 m. M2 smere prievlakov 3,0 / 6,0 / 7,2 / 9,0 m. M1=6,0 m a väčší je možné deliť medzistĺpmi a stužidlami na menšie moduly (hlavne po obvode objektu na M3 3,0 / 3,6 / 4,2 / 4,8 / 6,0 m), KV podlaží 3,6 / 4,2 / 4,8 / 5,4 / 6,0 / 7,2 m Obr. 73 Skladba skeletu S 1.3 V jednej budove je možné uplatniť rôzne kombinácie rozmerov M1, M2 a po výške budovy meniť KV podlaží. Stĺpy na výšku jedného podlažia, 290/390 mm pre medzistĺpy a 390/590 a 390/890 mm pre nosné stĺpy. 81
Pätky stĺpov majú zabudovanú oceľovú bodku pre stykovanie rámových styčníkov. Prievlaky tvar obráteného"t" s výškou 590 mm prípadne tvaru "L" s výškou 590 mm alebo kríža s výškou 890 mm. Stužidlá obdĺžníkový prierez 390/440 mm obvodové alebo 290/440 mm vnútorné. Stropné panely predpäté Spiroll 3000 mm, šírky 1200 mm alebo rebrové prierezu zdvojeného "TT" s výškou 590 mm šírky 1500 mm, 1800 a 2400 mm. Výstužné steny hrúbka 200 mm. Obvodový plášť keramický, pórobetónový alebo kovoplastický. Obr. 74 Uloženie stropných panelov na prievlaky Obr. 75 Uloženie schodiska na prievlakoch 82
Obr. 76 Skladba skeletu S 1.3 s rebrovými stropnými panelmi Obr. 77 Styk prievlaku nad stĺpom a styk koncového prievlaku so stužidlom Montovaný skelet revidovaný Priemstav MS RP (obr. 78 79) V rokoch 1963 až 1965 bol najrozšírenejším typom montovaného skeletu na Slovensku, ktorý vyvinul n.p. Priemstav. V rokoch 1974 a 1975 dochádza k revízii nosnej konštrukcie a konštrukčného riešenia schodiska a obvodového plášťa. 83
Konštrukčná sústava MSRP je určená pre budovy administratívno prevádzkové, sociálne, pre priemyselnú výrobu, občiansku a bytovú výstavbu. Pri pôvodnom skelete náhodilé zaťaženie stropu sa uvažovalo 1,5 kn/m2, 3,0 kn/m2 a 5,0 kn/m2 a pri revidovanom type bolo zvýšené na 5,00 kn/m2 a 7,5 kn/m2. Skeletová konštrukcia je zostavená z nosných prvkov stĺpov, rámových priečlí a rámových vložiek, obvodových stužidiel, stropných panelov a stropných stužidiel, schodiskových a výstužných stien, schodísk, predpätých stropných panelov Spiroll a doplnkových vložiek. Obr. 78 Osadenie obvodového plášťa na stužidlo a na konzolu prievlaku Nosnú konštrukciu môžno vytvoriť z priečnych a pozdĺžnych rámov ktoré tvoria stĺpy a prievlaky. Skladobné možnosti 6+6+6 / 6+3+6 / 6+2,4+6 / 5,4+2,4+5,4 / 6+6 / 4,8+2,4+4,8 / 6+2,4 (s konzolou) a pri revidovanom skelete bola rozšírená skladba o moduly 7,2 a 9,0 m v priečnom aj pozdĺžnom smere. Konštrukčná výška podlažia je 3,3 / 3,6 / 4,2 m. Maximálna výška zástavby je 12 NP. 84
Prvky montovaného skeletu MSRP : stĺpy 400/400 a 500/500 mm, prievlak obráteného"t" 500/500 mm s konzolou 1200 mm, stropné panely žb dutinové o hrúbke 240 mm a šírke 600, 1200 mm, stužidlá žb rozmerov 250/500 a 500/500 mm, schodiskové podesty, medzipodesty a ramená šírky 1500 mm, výstužné stny hrúbky 100,140, 240 mm, Prvky revidovaného montovaného skeletu MSRP : prievlaky sú zosilnené v tvare pôvodného prievlaku s konzolou 1800 mm, stropné panely doplnené o Spiroll šírky 1200 mm v dĺžkach 6900 a 8700 mm, Obr. 79 Axonometria uloženia prievlaku na stĺp a uloženia obvodového stužidla Pre MSRP bolo vytvorených 7 typov schodísk v moduloch 4,8/6,0 m a konzola, 6,0/6,0 m, 6,0/7,2 m so šírkou ramena 1,2 / 1,5 a 2,4 m. Stuženie nosnej konštrukcie tvoria jednak vodorovné výstužné prvky ako aj montované výstužné steny. Obvodový plášť je pórobetónový, keramický alebo kovoplastický. Obvodový plášť musí mať dodržané zaväzné rozmery, tvar, umiestnenie a spôsob montáže. Obvodový panel je uložený na oceľovú konzolu a kotvený k stĺpu v hornej časti. Pri obvodovom murive z klasických materiálov sa muruje priamo na obvodové stužidlo. 3.4.6.3 Ťažké rámové skelety Ťažké rámové skelety sú určené pre budovy so zvláštnymi požiadavkami na únosnosť stropných konštrukcií a veľkopriestorovými nárokmi (budovy pre šport, obchod, priemysel a pod.). Rozpätie stropných panelov je až do dĺžky 12 15 m, pri konštrukčnej výške až do 6,0 m. Prievlaky sa používajú najčastejšie predpäté, združené do dvojíc. 85
Predpäté stropné panely sú zosilnené rebrami. Pre obmedzenie počtu montovaných prvkov je možné, pri tomto type skeletov, použiť stĺpy cez viac podlaží bez toho, aby bolo nutné prerušiť prievlaky pri ich vzájomnom krížení (v styku). Z tejto skupiny systémov si spomenieme konštrukčný systém Integro. Montovaný skelet INTEGRO (obr. 80 82) Jedná sa o strednorozponový otvorený prvkový prefabrikovaný nosný systém na silikátovej báze, určený pre výstavbu jedno a viacpodlažných občianskych, priemyselných a poľnohospodárskych budov. Strednorozponovosť stropných konštrukcií nosného systému Integro je určená rozponmi nosníkov v rozmedzí od 6,0 do 12,0 m a stropných panelov v rozmedzí od 7,2 do 18,0 m pri súčasnom splnení podmienky veľkosti plochy jedného poľa stropnej konštrukcie od 50 do 225 m2. Princíp otvorenosti je založený na dôslednej unifikácii prierezov nosných prvkov a ich stykov. Dĺžky a šírky prvkov sú voliteľné v násobkoch a kombináciach základového modulu 1200 mm, vedľajšieho modulu 300 mm a doplnkového modulu 100 mm a modulov 300 respektíve 150 mm pre výšky prierezov horizontálnych prvkov a stĺpových dielcov. Nosný systém a jeho prvky Nosný systém sa vyznačuje použitím dvoch druhov stĺpov rozdielnych technických parametrov a funkčných vlastností, zdvojenými od seba odsadenými nosníkmi na ktoré sa ukladajú vopred predpäté rebrové alebo doskové stropné panely. Dva druhy stĺpov sa od seba líšia tvarom, rozmermi, spôsobom výroby, dopravy a montáže, funkčnými, statickými a úžitkovými vlastnosťami. Delené stĺpy prierezu "H" sú vpísané do modulového štvorca o strane 1200 mm a zostavujú sa nad seba z jednotlivých dielcov výšok 1050 mm + 150 mm do 2100 mm. Vhodnými zostavami dielcov je možné voliť konštrukčne výšky stĺpov v nasobkoch 150 mm. V koncoch prírub, v štvorcovom usporiadaní o stane 940 mm sú umiestnené priebežné zvislé kruhové dutiny, ktoré slúžia pre vzájomné zmonolitnenie dielcov ako aj s priečľami pomocou vkladaných výstužných prútov V32, dodatočne zainjektovaných expanzívnou zálievkou Vusokret 330. Pre výplň ložných škár sa doporučuje používať maltovinové zmesy Vusokret 330. Stĺpové dielce sa ukladajú na hornú plochu základov, v ktorých sú vopred zabetónované kotevné prúty alebo sa dodatočne osadzujú a zalievajú do vytvorených otvorov. Stĺpy v spojení so zdvojenými priečľami kladenými v smere prírub a zovretými medzi hornou plochou spodného a spodnou plochou horného stĺpa vytvárajú rámy. V smere kolmom na rámy pôsobia stĺpy ako sústava konzol votknutých do základov. Zaistením bočnej tuhosti pri použití stĺpov prierezu "H" až do výšky 5 NP je vlastnými prvkami v smere rámov i kolmo na rámy a tak sú plnené požiadavky na vnútornú flexibilitu. Prechodový dielec je doplnkovým prvkom stĺpa montovaného z dielcov "H" a umožňuje zmenu orientácie stĺpov a rámových priečlí stropnej konštrukcie o 90. Ďalej utnožňuje vytvárať konzoly pre uloženie obvodových, žeriavových alebo iných nosníkov, resp. ukončujúce dielce stĺpa určené pre uloženie oceľových strešných konštrukcií. Doplnkové dielce stĺpov prierezu "H" umožňujú uzatvárať priestor medzi priečľami nad stojinou stĺpa, nahradzovať jednu prírubu v prípade, že z konštrukčných a statických dôvodov nie potrebná jedna z dvoch priečlí. Priebežné stĺpy s konzolami Stĺpové dielce s konzolami pre uloženie strešných, stropných alebo 86
iných konštrukcií sa vyrábajú, dopravujú a montujú vcelku pre požadovaný počet podlaží. Z praktických dôvodov sa nedoporučuje používať dielce s dĺžkou nad 18,0 m. Stĺpy 600/600 mm a 600/300 mm s dvoma variatami vystuženia z betónov B30 a B40. Konzoly sú jednotného tvaru s rozmermi 600/600/300 mm alebo 300/600/300 mm pre všetky požadované zaťažovacie parametre. Votknutie do základov sa realizuje vložením drieku stĺpa do pripravených kalichov s postupným zaliatím expanzívnou zálievkou Vusokret 330. Priebežné stĺpy sa najviac používajú pre dvoj až trojpodlažné objekty. Okrem prenosu zvislého zaťaženia obyčajne sú schopné zabezpečiť pre tento typ objektov aj vodorovné zaťaženie a tým súčasne aj požadovanú bočnú tuhosť konštrukcie. Zo statického hľadiska fungujú ako konzoly votknuté do základov. Nosníky V nosnom systéme INTEGRO sa používa viac druhov nosníkov s výškou 600 alebo 750 mm. Pre stropné konštrukcie je charakteristické použitie zdvojených nosníkov lichobežníkového prierezu s medzipriestorom používaným pre vedenie technologických rozvodov. Pri strešných konštrukciách môžu byť zdvojené nosníky prirazené tesne ku sebe. Charakteristickým znakom obvodového nosníka štvorcového / obdĺžníkového prierezu je zabudovaná TI vrstva. Stropné a strešné panely Používajú sa rebrové panely obráteného "U" šírky 1190 mm / prierezu "TT" šírky 1490, 1790 a 2390 mm, s výškou 590 alebo 740 mm / panely Spiroll s výškou 250 a 300 mm. Panely sa vyrábajú na dlhých výrobných linkách z predbežným vzopätím s možnosťou zmien dĺžky po 10 mm. Základné moduly sú od 7,2 po 1,2 m do 14,4 a ďalej 15,0 / 18,0 / 24,0 m. Pre zabezpečenie tuhosti stropnej konštrukcie vo vodorovnom smere, zvýšenie únosnosti a požiarnej odolnosti dosiek panelov, ako aj vyrovnávanie ich absolútnych i relatívnych hodnôt vzopätí a zaistenie vodorovného podkladu pre podlahové vrstvy, vytvára sa vždy nadbetónovaním súvislá membrána hrúbky 50 mm pre náhodilé zaťaženie. Panely SPIROLL hrúbky 250 mm sa používajú do rozpätia 9,6 m a hrúbky 300 mm do rozpätia 12,0 m. Ukladajú sa na gumové pásy alebo do maltového lôžka. Schodiská a komunikačné jadrá Schodiská komunikačných jadier zodpovedajú princípu otvorenosti a modulačnému princípu nosného systému, z ktorého boli odvodené základné rozmery schodiskového stupňa so šírkou 300 mm a výškou 50 mm. Celomontované schodiská sú z dielcov pre KV od 3,0 do 6,0 m po 0,3 m, so základnými šírkami schodiskových ramien 1,2 a 1,8 m ako dvojramenné do KV 4,8 a trojramenné do KV 6,0 m. Obvodový plášť Široká škála použitia nosného systému INTEGRO vyžaduje použitie aj širokej škály obvodových plášťov rôznej materiálovej bázy. Princípom otvorenosti zodpovedá základný nosný prvok obvodového plášťa obvodový nosník, ktorý okrem splnení konštrukčnostatických funkcií plní aj požiadavku tepelnoizolačnú, pričom všetky tieto vlastnosti sú zabezpečené vo výrobnom procese. Počet podlaží Nosný systém INTEGRO je určený pre nižšiu a stredne vysokú zástavbu. Orientačné hodnoty maximálneho počtu podlaží pre rôzne pôdorysné moduly, náhodilé zaťaženia, oba druhy stĺpov v závislosti od modulovej osnovy a užitočného normového zaťaženia je možné realizovať objekty až do 10 podlaží. Použitelnosť systému Otvorenosť nosného systému umožňuje vytvárať jednopodlažné haly (výrobné haly, prekrytia nástupíšť), dvojpodlažné budovy kombinované s halami v druhom podlaží (dvojpodlažné výrobné haly, telocvične, obchody), viacpodlažné budovy (obchodné domy, školy, 87
administratívne objekty, viacpodlažné garáže, montážne výrobné objekty) a kombinácie uvedených typov. Obr. 80 Železobetónový montovaný skelet INTEGRO: a) skladba konštrukcie so stĺpmi montovanými z dielcov prierezu H, b) detail styku nosníkov s delenými stĺpmi, c) skladba konštrukcie s priebežnými konzolovými stĺpmi d) detail styku nosníkov s priebežnými stĺpmi e) základné prierezy nosných prvkov 88
Obr. 81 Pôdorys a rez železobetónovým montovaným skeletom INTEGRO s napojením pórobetónového plášťa na konštrukciu skeletu Obr. 82 Pôdorys a rez železobetónovým montovaným skeletom INTEGRO s napojením pórobetónového plášťa na konštrukciu skeletu 89
Ab Glosár k textu 2.4 Vymedzenie pojmov podľa STN EN 199211 Eurokód 2, STN 73 2480: (1) Prvky z prostého a slabo vystuženého betónu sú nosné betónové prvky, ktoré nemajú žiadnu výstuž (prostý betón), alebo majú menej výstuže, ako je minimálne množstvo, definované v norme (2) Stavebná poloha dielca je poloha dielca po jeho zabudovaní do budovy alebo konštrukcie (3) Spojovací prostriedok je konštrukčný prvok, príp. materiál sprostredkujúci prenášanie účinkov zaťaženia medzi dvoma alebo viacerými dielcami, príp. inými časťami konštrukcie (zvar, skrutka, styčníkový plech, zálievkový betón, hmoždinka) (4) Spoj je usporiadaná skupina spojovacích prostriedkov toho istého druhu pôsobiaca v styku. (5) Styk je konštrukčné zrealizovanie vzájomného spojenia dvoch alebo viacej dielcov alebo iných častí konštrukcie, zabezpečené jedným alebo viacerými spojmi (styk vodorovný, zvislý, stykový uzol). (6) Stykový (výplňový) betón je drobnozrnný betón s hornou hranicou frakcie kameniva spravidla 8 mm, vyplňujúci styk dielcov, realizovaný podľa rovnakých zásad ako betón monolitický. (7) Styková (výplňová) malta je cementová malta s hornou hranicou frakcie kameniva spravidla 4 mm pre stykovanie a škárovanie dielcov.? Samohodnotiace otázky 1. Ktoré sú hlavné kritériá klasifikácie montovaných stĺpových konštrukčných systémov? 2. Aké prvky tvoria nosnú konštrukciu jednotlivých typov montovaných stĺpových konštrukčných systémov? 3. Viete uviesť príklady viacpodlažných budov vo svojom okolí so skeletovým nosným systémom? 4. Čo patrí k rozhodujúcim článkom (rozhodujúcemu konštrukčnému riešeniu) celej prefabrikovanej skeletovej sústavy?, viete všeobecne charakterizovať danú problematiku? 5. Akým spôsobom sú realizované styky jednotlivých prvkov prefabrikovaných stĺpových systémov? 6. Popíšte a nakreslite montovaný skelet S.1.2. 7. Popíšte a nakreslite montovaný skelet S.1.3. 8. Popíšte a nakreslite montovaný skelet MSRP. 9. Popíšte a nakreslite montovaný skelet INTEGRO. 90
Σ Záver Skeletové prefabrikované systémy budov významne prispievajú k racionalizácii výstavby, k efektívnosti výstavby a k úspore nákladov. Vzhľadom na nízke investičné náklady, rýchli proces výstavby, priestorovú variabilitu, vysokú kvalitu realizácie a priaznivé energetické úspory sú stále častejšie používané vo výstavbe nebytových ale aj bytových budov. V porovnaní s drevenými alebo oceľovými systémami ponúka železobetónová prefabrikácia vďaka vysokej zaťažiteľnosti, dlhej životnosti a malej potreby údržby počas životnosti jednoznačne najlepšie hospodárne ukazovatele. K ich hlavným prednostiam patrí schopnosť prispôsobiť sa rôznym prevádzkovým požiadavkám, schopnosť adaptability v čase, a tým predpoklady pre uplatnenie takmer v celom rozsahu pozemných stavieb. Najčastejším problémom je spôsob spájania prefabrikovaných dielcov styky, ktoré musia prenášať akékoľvek namáhania. Týka sa to predovšetkým náročnosti postupov a následnej kvality spracovania. V dôsledku toho sa už aj v oblastiach, kde sa doteraz preferovali zaužívané, no nie vždy efektívne postupy, začínajú hľadať a používať inovačné riešenia na spájanie betónových prefabrikovaných prvkov pri výstavbe železobetónového skeletu. Pri návrhu montovaných železobetónových skeletov je potrebné brať do úvahy aj potrebu zdvíhacích a dopravných prostriedkov (± 5 ton), poškodzovanie komunikácií a výstavbu panelární. Aj napriek uvedeným nedostatkom sú výhody prefabrikovaných sústav a ich opodstatnené používanie vo výstavbe nesporné. Vzhľadom na to, že pri ich realizácii sa používajú na mieru vyrobené prefabrikované diely, zložité transportné manévre, či odlišné stavebné postupy, ktoré treba vopred detailne premyslieť, je potrebné pristupovať k riešeniu montovaných skeletových sústav veľmi individuálne. Pritom montáž môže niekedy trvať paradoxne oveľa kratšie než samotná príprava. Použitá a odporúčaná literatúra 1. Neumann, D., Weinbrenner, U., Hestermann, U., Rongen, L.: Stavebné konštrukcie I., Jaga group, ISBN 8080760179, Bratislava, 2005. 2. Hájek P. a kol.: Konstrukce pozemních staveb 10 nosné konstrukce I. skriptum ČVUT, ISBN 8001022439, Praha, 2004. 3. Adamská, G. Minarovičová, K.Vargová,A.: Konštrukcie pozemných stavieb I, STU Bratislava, 2004. 4. Lipták T.: Konštrukcie pozemných stavieb 2. časť. ES VŠT Košice 1990. 5. Horniaková, L. a kol.: Konštrukcie pozemných stavieb, Jaga, Bratislava, 1999. 6. Witzany, J., Kutnar, Z., Zlesák, J., Zigler, R.l.: Konstrukce pozemních staveb 20, skripta ČVUT, Praha, 2001. 91