Ke statice dřevěných staveb II

 

Požadavky na kolíkové spojovací prostředky pro použití v dřevěných konstrukcích jsou stanoveny v prEN 14592. V normě jsou uvedeny a definovány pouze kovové spojovací prostředky – hřebíky, sponky, vruty do dřeva, kolíky a svorníky – jsou zde pro ně specifikovány požadavky na materiál, geometrii, pevnost a ochranu proti korozi. Dále jsou zde rovněž zahrnuta ustanovení o prokazování shody a řízení výroby.

 

Hřebíky ČSN EN 10230-1:

Použití: připevňování kontralatí pod fasádu, dřevěných fasád, příložek, obkladů stěn a stropů, střešních latí, střešních krokví, spojování prutů složeného průřezu aj.

Pláště z desek na bázi dřeva je všeobecně účelné připojovat k dřevěnému rámu sponkami.

Rozměry (průměr x délka v mm):

● Stavební hřebíky se zapuštěnou hlavou (ČSN 02 2825): 2,5x50, 56, 60, 63; 2,8x60, 63, 70; 3,15x80; 3,1x90; 3,55x90; 4,0x100, 110, 120; 4,5x130; 5,0x140, 150; 5,6x160; 6,3x180, 200;

● Strojní hřebíky (ČSN 02 2811): 2,5x40, 45, 50, 56, 60, 63, 70; 2,8x55, 60, 63, 70, 80; 3,15x80; 3,1x90; 3,55x90.

● Hřebíky do krytiny s velkou hlavou (ČSN 02 2813): 2,5x16, 20, 25, 32, 36; 2,8x32, 36, 40;

● Šroubové hřebíky (DIN 68163): 2,8/3,1x30, 55, 60, 65, 70, 80; 3,1/3,5x50, 60, 65, 70, 80, 85, 90; 3,4/4,0x65, 70, 80, 85, 90; 3,6/4,2x60, 70, 80, 90, 100; 4,0/5,2x70, 90;

● Konvexní hřebíky (DIN 68163): 2,8/3,1x32, 40, 42, 50, 55, 60, 70; 3,1/3,5x32, 35, 38, 40, 42, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 90; 3,4/4,0x70, 90; 3,6/4,2x38, 40, 42, 45, 50, 60, 70, 80, 90, 100;

● Kroužkové hřebíky dle DIN 1052 (BMF-SIMPSON^® / air hamer, s. r. o., Odolena Voda [6]): 4,0x35, 40, 50, 60, 75, 100; 6,0x60, 80, 100;

● Hřebíky do krokví dle DIN 1052 (BMF-SIMPSON^® / air hamer, s. r. o., Odolena Voda [6]): 6,0x80, 110, 150, 180, 210, 230, 260, 280, 300, 330, 360.

 

Sponky:

Sponka je dvojitě ohnutý prvek tvaru U z kruhového, obdélníkového nebo oválného drátu se zahrocenými dříky (obr. 2), které jsou nejméně na polovině délky opatřeny vhodným povlakem (pro zvýšení odolnosti proti vytažení). Oba dříky sponky jsou vzájemně spojeny krčkem, který je po osazení sponky (nastřelení pneumatickou pistolí) buď zapuštěn (nejvýše 2 mm), nebo je v jedné úrovni s povrchem připojovaného prvku. Šířka sponky (vzdálenost mezi vnějšími okraji dříků) musí být nejméně 6 d, kde d je průměr dříku sponky, nejvýše však 15 mm. Délka dříku nesmí překročit padesátinásobek průměru sponky.

 

Průměr dříku d se uvažuje pro sponky s obdélníkovým průřezem jako druhá odmocnina ze součinu obou rozměrů a pro sponky s kruhovým nebo kruhovým deformovaným průřezem jako nejmenší rozměr průřezu. Dřík sponky musí vykazovat průřezovou plochu A_s nejméně 1,7 mm² a nejvýše 3,2 mm².

Rozměry a údaje o materiálu sponek podle podkladů dodavatele (průměry 1,5…2,0 mm, šířka sponky je obvykle v rozmezí ~ 10,6…13,0 mm). Sponky mohou být dodávány volně uložené nebo v zásobnících.

Příklad označení: 1,83x11,4x50 (průměr dříku x šířka sponky x délka sponky v mm).

– připevňování desek na bázi dřeva (do tloušťky 30 mm) k dřevěnému rámu, zejména pro plošné nosné prvky (např. stropní a střešní výztužné tabule); doporučený průměr sponek ~ 1,8 mm (vždy při tloušťce připevňovaných desek ≥ 18 mm);

– připevňování desek z vrstveného dřeva k dřevu (hloubku zasahování zvětšit o 25 %);

– pro připevňování střešních latí, desek z vrstveného dřeva a také materiálů s nízkou hustotou (měkké vláknité desky, izolační desky) použít sponky s průměrem ≥2 mm;

– pro dlouhodobé namáhání na vytažení musí mít sponky speciální osvědčení.

 

 Sponky určené pro nosné spoje dřevěných konstrukcí musí být chráněny proti korozi (pozinkováním nebo použitím nerezavějící oceli). Minimální požadavky na ochranu proti korozi pro sponky používané v nosných dřevěných konstrukcích jsou uvedeny v EN 1995-1-1 v závislosti na podmínkách použití.

 

Pro dřevěné konstrukce jsou dostupné vruty mnoha různých tvarů a za předpokladu, že jsou splněny minimální požadavky prEN 14592, jsou vruty vhodné pro použití.

 Vruty používané pro nosné spoje musí mít vnější průměr závitu d₁ nejméně 2,4 mm a nejvíce 24 mm.

Vnitřní průměr závitu d₂ nesmí být menší než 60 % a větší než 90 % vnějšího průměru závitu d₁ (tj. 0,6 d₁ ≤ d₂ ≤ 0,9 d₁, (viz obr. 3).

Vruty musí mít závitovou část na délce l_gnejméně 6 d (tj. l_g ≥ 6 d, viz obr. 4).

Minimální požadavky na ochranu proti korozi pro vruty používané v nosných dřevěných konstrukcích jsou uvedeny v EN 1995-1-1 v závislosti na podmínkách použití.

 

Příklady geometrie a rozměrů (obr. 5–7, průměr x délka v mm):

 

U samořezných vrutů osazovaných bez předvrtání otvorů musí být délka závitu omezena na tloušťku prvku, do kterého se vrut připojuje, aby nedocházelo ke spáře mezi spojovanými prvky.

Vruty se šestihrannou hlavou se v montovaných domech na bázi dřeva používají např. na připojování stropních panelů ke stěnám, kotvení stěnových panelů/stěn, připojování obkladů venkovních stěn aj.

Kolík je válcový kovový spojovací prostředek, který nemá pevnou hlavu (obr. 8).

Poznámka: kolíky mohou mít závit a na kterémkoli konci může být připojena matice.

 

Kolíky musí být vyrobeny z ocelových tyčí podle ČSN EN 10025, ČSN EN 10113 nebo ČSN EN 10149. Nejnižší jakost oceli musí být S235 podle ČSN EN 10025 a nejmenší procentuální poměrné protažení (A₈₀) musí být 16 %.

Kolíky musí mít válcový tvar se stálým kruhovým nebo drážkovaným průřezem a průměrem nejméně 6 mm a nejvýše 30 mm. Pokud je průřez drážkován, nesmí být vnitřní průměr d_i menší než 95 % vnějšího průměru. Tolerance průměru kolíku musí být 0/+1 mm.

Standardní průměry kolíků v mm: 6, 8, 10, 12, 14, 16, 18, 20, 22, 24, 26, 28, 30.

Minimální požadavky na ochranu proti korozi pro kolíky používané v nosných dřevěných konstrukcích jsou uvedeny v EN 1995-1-1 v závislosti na podmínkách použití.

 

 Svorníky:

Svorník je válcový kovový spojovací prostředek s pevnou hlavou na jednom konci a závitovou částí pro matici na druhém konci (obr. 9).

 

Materiály musí vyhovovat požadavkům uvedeným v tabulce (podle prEN 14592).

 

Hlava a matice svorníků musí být buď šestihranného tvaru, nebo není-li tomu tak, musí vykazovat ekvivalentní technické vlastnosti jako u svorníku stejného rozměru se šestihrannou hlavou a maticí.

Průměr svorníků musí být nejméně 6 mm a nejvýše 30 mm.

Standardní průměry v mm: 6, 8, 10, 12, 14, 16, 18, 20, 22, 24, 26, 28, 30.

Poznámka: Požadavky na nejmenší rozměry podložek používaných se svorníky jsou uvedeny v EN 1995-1-1.

Minimální požadavky na ochranu proti korozi pro svorníky používané v nosných dřevěných konstrukcích jsou uvedeny v EN 1995-1-1 (tab. 4.1) v závislosti na podmínkách použití.

Použití: V montovaných domech na bázi dřeva například pro vzájemné spojování stropních panelů do výztužné tabule, kotvení výztužných stěn aj.

 

Požadavky na speciální hmoždíky a styčníkové desky používané v dřevěných konstrukcích jsou stanoveny v prEN 14545. V normě jsou zahrnuty kovové hmoždíky (prstencové, talířové a ozubené), dále kovové styčníkové desky s prolisovanými trny a kovové hřebíkové desky (s otvory pro hřebíky nebo vruty).

Rozměry a materiály speciálních hmoždíků jsou definovány v ČSN EN 912.

V ohledu styčníkových desek s prolisovanými trny lze odkázat např. na katalog BOVA, spol. s r. o., Březnice [4] nebo na podklady MiTek Industries, spol. s r. o., Brno-Slatina.

Údaje o hřebíkových deskách jsou např. v katalogu BOVA, spol. s r. o., Březnice [4], v katalogu BMF-SIMPSON^® Stavební systém pro spojování dřeva (air hamer, s. r. o., Odolena Voda [3]).

 

Pro spoje a přípoje prvků dřevěných konstrukcí je dostupná řada tvarových a jiných ocelových součástí (např. třmenů, úhelníků, kotevních prvků apod.). Pro bližší informaci lze odkázat např. na katalog BOVA, spol.s r. o., Březnice [4], katalog BMF-SIMPSON^® Stavební systém pro spojování dřeva (air hamer, s. r. o., Odolena Voda [3]) nebo na podklady MiTek Industries, spol. s r. o., Brno.

 

 

Při zavádění Eurokódů do ČSN byly revidovány některé užívané odborné termíny: dosavadní název „výpočtový“ (např. výpočtové zatížení, výpočtová pevnost) byl změněn na „návrhový“ (návrhové zatížení, návrhová pevnost).

 

 

Návrhová hodnota X_d pevnostní vlastnosti se vypočte ze vztahu:

 

                       X_k

X_d = k_mod ––––––––– ,

kde:

X_k je charakteristická hodnota pevnostní vlastnosti,

γ_M je dílčí součinitel spolehlivosti materiálu,

k_mod je modifikační součinitel, kterým se uvažuje vliv trvání zatížení a vlhkosti.

 

 

a) Navrhování podle ČSN 73 1701:

● ČSN 73 0035 Zatížení stavebních konstrukcí (včetně změn),

b) Navrhování podle Eurokódu 5:

● ČSN EN 1991-1-1: Zatížení konstrukcí – Část 1-1: Obecná zatížení – Objemové tíhy, vlastní tíha a užitná zatížení pozemních staveb;

● ČSN EN 1991-1-2: Zatížení konstrukcí – Část 1-2: Obecná zatížení – Zatížení konstrukcí vystavených účinkům požáru;

● ČSN EN 1991-1-3: Zatížení konstrukcí – Část 1-3: Obecná zatížení – Zatížení sněhem;

● ČSN EN 1991-1-4: Zatížení konstrukcí – Část 1-4: Obecná zatížení – Zatížení větrem;

● ČSN EN 1991-1-5: Zatížení konstrukcí – Část 1-5: Obecná zatížení – Zatížení teplotou;

● ČSN EN 1991-1-6: Zatížení konstrukcí – Část 1-6: Obecná zatížení – Zatížení během provádění.

 

Zatížení nosných prvků montovaných domů na bázi dřeva

Na stěnové prvky mohou působit zatížení podle obr. 10 nebo jejich kombinace.

Požadavky na nosné prvky montovaných domů na bázi dřeva 

Příklad typické skladby stropního panelu montovaných domů na bázi dřeva je na obr. 11.

Svislé normové zatížení prvků stropu nebo ploché střechy, které jsou zpravidla uloženy jako spojité nosníky, obvykle nepřekračuje (u rodinných domů) 3,5 kN/m². Pro celkovou tuhost budovy je důležité výztužné působení celého stropu, přičemž jsou možná vodorovná zatížení F_h,|| = 0,4 kN/m.

Únosnost stropních panelů může v závislosti na tloušťce (nosného) pláště a výšce žeber značně kolísat, v praxi se však z různých důvodů požadují jednotné celkové výšky panelu. Například průřez s průřezem, popř. osovou vzdáleností žeber 40/180 mm, popř. 625 mm, a tloušťkou oboustranného pláště (třísková deska) 16 mm může vyhovovat pro spojitý panel rodinného domu s rozpětím 2x5,0 m.

 

Strop musí zajišťovat výztužný účinek. Horním pláštěm (např. deska na bázi dřeva jako OSB nebo třívrstvá deska) se přenášejí vodorovné smykové síly. Pro připojení pláště hřebíky je potřebné statické posouzení.

 

● Styky plášťů se musí vždy umístnit na žebrech z rostlého dřeva (popř. z jiného materiálu). Pokud nejsou jiné statické požadavky, musí šířka žebra vyhovovat součtu nejmenších vzdáleností od okrajů spojovacích prostředků kolmo ke směru vláken dřeva.

● Protože v praxi často dochází k poměrně velkému zapuštění spojovacích prostředků, doporučuje se předepsané tloušťky pláště zvýšit asi o 2 mm.

● Žebra z rostlého dřeva se mají navrhovat/provádět s tloušťkou nejméně 30 mm.

● Konstrukční (nenosné) spojovací prostředky mají být rozmístěny v rozteči nejvýše 150 mm.

● Horní a dolní práh mají být připojeny k plášti spojovacími prostředky v počtu nejméně odpovídajícím počtu spojovacích prostředků krajního sloupku nebo sloupku ve styku desky.

● Sponky se zarážejí s polohou krčku kolmo ke směru vláken dřeva; jinak se musí návrhová zatížení redukovat v souladu s technickým schválením.

 

Stěny se zpravidla dimenzují pro přenos těchto zatížení (obr. 6.1): svislá zatížení (F_v) ze stropu a střechy, vodorovná zatížení účinkem větru kolmo k ploše stěny (F_h,^), na horním okraji vodorovná zatížení v rovině stěny (F_{h, ||}) od stropní nebo střešní výztužné tabule uložené na stěně. Vnitřní nosné stěny jsou naproti tomu zatíženy převážně pouze svisle. Přibližné krajní hodnoty normových zatížení jsou řádově: Vnější stěny F_v = 8 kN/m (plochá střecha) až 24 kN/m (strop + šikmá střecha); vnitřní stěny F_v = 16 kN/m (ze stropu) až 24 kN/m (z ploché střechy). Na horním okraji vodorovné zatížení (F_{h, ||}) z podpor stropních tabulí podle rozpětí stropní tabule A_|| = 20 kN (l_s = 10 m) až 30 kN (l_s = 15 m) na vnější stěnu.

Pro přenos svislých zatížení stěny se obvykle uvažují ve výpočtu pouze sloupky. Při dané výšce průřezu sloupku je pro dimenzování směrodatná tloušťka sloupku b₁. Zpravidla je rozhodující návrhová únosnost vodorovného prahu v tlaku kolmo k vláknům dřeva v patním bodě. Pláště ve skutečnosti přispívají k značnému odlehčení namáhání vodorovného prahu kolmo k vláknům.

Pláště jsou naproti tomu rozhodující pro výztužný účinek stěnových panelů. Normové vodorovné zatížení stěnového panelu se šířkou 1,25 m je obvykle asi F_{h, ||} ≈ 5 kN. Tato hodnota není určena druhem a tloušťkou pláště, ale především omezenou možností kotvení stěnového panelu do spodní konstrukce. Pro běžné velikosti rodinných domů je však vyhovující, když jsou v každé vnější stěně 3 až 4 výztužné panely s jedním rastrem.

Pro nosné stěny je prakticky běžná tloušťka sloupků b₁ = 40 mm. Výšky průřezu sloupků jsou pro vnější stěny zpravidla mezi 90 až 140 mm, pro nosné vnitřní stěny asi d₁ = 80 až 100 mm. Vzdálenost sloupků je nejčastěji ≈ 625 mm.

Upřednostňovaný materiál plášťů je TD nebo OSB, na významu získávají sádrové materiály pro vzpěrné vyztužení a pro výztužné tabule. U dvouvrstvé kombinace TD – sádrová deska, která je stále více oblíbená např. z hlediska zvukové izolace, se používají sádrokartonové desky 9,5 mm nebo sádrovláknité desky 10 mm. Vzhledem k riziku deformace (boulení) pláště stěnových panelů účinkem klimatických změn má být světlá vzdálenost sloupků/žeber b ≤ 50 d, kde d je tloušťka pláště.

Pro spojení pláště se sloupky převládají mechanické spojovací prostředky (u třískové desky nebo OSB hřebíky a sponky, u desek na bázi sádry také vruty). Podíl lepených stěnových prvků je malý, protože účinnost plášťů při svislém zatížení je výrazně menší než u stropních panelů.

Pokud jsou ve stěně otvory (např. okna, dveře), musí být překryty překlady patřičně dimenzovanými z hlediska únosnosti i použitelnosti; zejména u delších překladů je posouzení použitelnosti důležité, aby vlivem průhybu nedocházelo k sevření oken nebo dveří. Zatížení z překladů musí být přeneseno do spodní stavby stěnovými sloupky. Překlady mohou mít plný průřez z rostlého nebo lepeného dřeva (obr. 14), složený průřez spojovaný mechanickými spojovacími prostředky (nízká statická účinnost) nebo nejčastěji skříňový průřez (obr. 15), jehož pásy odpovídají prvkům dřevěného rámu stěny a stojina (na obrázku 15 není znázorněna) odpovídá nosnému plášti stěnového prvku, nebo se na stojinu použije deskový materiál vyhovující pevnosti (např. OSB, třísková deska nebo překližka).

 

Pozornost vyžaduje návrh mechanických spojovacích prostředků mezi pásy a stojinou skříňového průřezu (obr. 16 a 17). Při použití sponek nemá být průměr dříku menší než 1,83 mm.

 

Prostorová tuhost montovaných domů na bázi dřeva se nejčastěji zajišťuje pomocí vodorovných a svislých výztužných systémů (stropních/střešních tabulí a výztužných stěn), které jsou součástí nosné soustavy budovy (obr. 21). Přitom se vodorovná zatížení (od účinku větru působícího na povrchové plochy budovy) přenáší pomocí vodorovných výztužných tabulí v rovině stropu popř. střechy do svislých výztužných stěn a těmito do spodní stavby (základů). Prostorová tuhost musí být obecně posouzena statikem.

Dále je uveden pro informaci zjednodušený postup zajištění prostorové tuhosti malých jednopodlažních budov na bázi dřeva s délkou vnějších a vnitřních výztužných stěn do 12 m, který byl dříve součástí německých předpisů. Vzdálenost vnitřních výztužných stěn smí být nejvýše 6 m. V každé stěně musí být nejméně 3 výztužné stěnové panely o šířce nejméně 1 m, k tomu ve vnějších stěnách po jednom výztužném panelu v rozích budovy.

Stropní konstrukce musí vykazovat dostatečnou pevnost a tuhost jako výztužná tabule, vytvořená buď z náležitě stykovaných stropních panelů nebo z nosného bednění z desek na bázi dřeva, náležitě připojeného k stropním podélným i příčným žebrům.

 

ČSN 73 1701 Navrhovanie drevených stavebných konštrukcií: Tato norma bude od 30. 6. 2008 nahrazena ČSN 73 1702;

ČSN EN 1995-1-1 Eurokód 5: Navrhování dřevěných konstrukcí – Část 1-1: Obecná pravidla – Společná pravidla a pravidla pro pozemní stavby (73 1701);

ČSN 73 1702 mod. DIN 1052:2004 Navrhování, výpočet a posuzování dřevěných stavebních konstrukcí – Obecná pravidla a pravidla pro pozemní stavby: Tato norma obsahuje podrobný seznam souvisejících norem a předpisů. Vydání listopad/prosinec 2007.

BOHUMIL KOŽELOUH

 

Tento příspěvek byl zčásti přednesen na konferenci Dřevostavby v praxi, pořádané společností Rigips, s. r. o., ve dnech 8. a 9. listopadu 2007.

 

1) Moderner Holzhausbau in Fertigbauweise. Vydalo BDF, WEKA MEDIA, duben 2001.

2) Josef Kolb: Holzbau mit System. 2007, Holzwirtschaft Schweiz, Zürich a DGfH – Deutsche Gesellschaft für Holzforschung, München. Birkhäuser Basel – Boston – Berlin.

3) BMF-SIMPSON Stavební systém pro spojování dřeva 2002. Česká verze air hamer, s. r. o., Odolena Voda.

4) BOVA Katalog kování na dřevěné konstrukce. BOVA, spol. s r. o., Březnice.

5) Dřevěné konstrukce podle Eurokódu 5 – STEP 1 – Navrhování a konstrukční materiály. Český překlad evropské učebnice, Bohumil Koželouh, 1999.

6) Timber frame housing structural recommendations. TRADA Publication CI/SfB 81 UDC 69.02 Hughenden Valley, TRADA, England.