Nová mapa zatížení sněhem a související změny norem

Jak je uvedeno např. ve [2], odpovídaly hodnoty základní tíhy sněhu s₀ v Mapě sněhových oblastí (Příloha 4 ČSN 73 0035 [3]) přibližně hodnotám zatížení sněhem, které může být dosaženo nebo překročeno jedenkrát za deset let. To je doba poměrně krátká a pro zatížení staveb s životností 50 let a více zřejmě nedostačující. Navíc došlo v posledních desetiletích ke změně klimatických podmínek ve střední Evropě a charakteristiky zatížení sněhem byly zahrnuty do nových statistických zpracování meteorologických údajů.

 

Téměř 10 let platila souběžně s ČSN 73 0035 Zatížení stavebních konstrukcí předběžná evropská norma ČSN P ENV 1991-2-3 Zatížení sněhem [4]. Od června 2005 platí také pro zatížení sněhem definitivní evropská norma ČSN EN 1991-1-3 [5]. Po událostech popsaných v úvodu došlo od 1. listopadu 2006 ke změně. Byla vydána změna Z3 [6], kterou byla zrušena celá kapitola pro zatížení sněhem včetně Mapy sněhových oblastí v ČSN 73 0035 [3]. Zároveň byly vydány změny Z1 k oběma evropským normám zatížení sněhem [7, 8], kterými se i u nich nahrazuje původní mapa sněhových oblastí novou mapou. Od 1. listopadu tedy v ČR platí pouze nová sněhová mapa, o které bude dále řeč.

Evropské normy (eurokódy) pro zatížení sněhem byly přejaty do soustavy českých technických norem na základě členství ČR v evropském výboru pro normalizaci (CEN). Právem (ale i povinností) každého člena je zavést ve své zemi evropské normy do soustavy národních norem a normy, které jsou s evropskými normami v rozporu, je nutno zrušit nejpozději do března 2010.

 

Evropské normy nejprve existovaly jako předběžné, určené především k ověření a připomínkám. V CEN byla vydána během devadesátých let minulého století celá soustava předběžných norem pod označením ENV 199X a všechny tyto normy byly postupně přejaty do soustavy českých technických norem pod označením ČSN P ENV 199X. Nyní nastává druhá fáze, kdy přicházejí z CEN definitivní evropské normy, postupně u nás přebírané jako ČSN EN. Nacházíme se tedy v situaci, kdy se stavební konstrukce v ČR mohou navrhovat podle

● starých ČSN,

● předběžných norem ČSN P ENV,

● definitivních norem ČSN EN (pokud už jsou k dispozici).

 

Důležitou zásadou ale zůstává, že jednu konstrukci lze vždy navrhnout pouze podle jednoho „balíčku“ norem. „Přebíhat“ mezi normami z více důvodů nelze.

Jak už bylo řečeno, tento nepřehledný stav skončí na počátku roku 2010, kdy zůstanou jen ČSN EN. Je dokonce možné, že to v ČR bude dříve, protože zájmem ČNI (a jistě i všech projektantů) je starat se jen o jeden systém norem.

Pokud bychom měli ještě jednou zopakovat, jak navrhovat konstrukce zatížené sněhem, bude to následovně:

1. Pokud se konstrukce navrhuje podle definitivních evropských norem ČSN EN, stanoví se zatížení sněhem podle ČSN EN 1991-1-3 [5] a podle změny Z1 [8].

2. Při navrhování podle předběžných evropských norem ČSN P ENV se stanoví zatížení sněhem podle ČSN P ENV 1991-2-3 [4] a podle změny Z1 [7].

3. Pokud se dnes konstrukce navrhuje podle původních českých norem, stanoví se zatížení sněhem v souladu se zněním změny Z3 [6]. Změna Z3 k ČSN 73 0035 [6] zejména ruší oddíl A Zatížení sněhem kapitoly V. Klimatická zatížení, uvádí, že zatížení sněhem se stanoví podle ČSN EN 1991-1-3 [5], uvažuje hodnotu součinitele zatížení γ_f = 1,5, ruší Mapu sněhových oblastí na území ČSSR (Příloha 4) a nahrazuje ji Mapou sněhových oblastí na území ČR (obr. 1) uvedenou v samostatné příloze ČSN EN 1991-1-3/Z1:2006 [8]. To znamená, že zatížení se určí z eurokódu ČSN EN 1991-1-3 [5] s použitím nové mapy sněhových oblastí uvedené ve změně Z1 [8]. Ostatní pravidla, např. kombinace zatížení, se stále řídí ČSN 73 0035.

 

Obecně se může způsob provedení změny zatížení sněhem v ČSN 73 0035 zdát poněkud radikální. Byl ale veden praktickými pohnutkami. Pokud by se do ČSN 73 0035 zavedla pouze nová mapa, vycházely by hodnoty zatížení sněhem příliš vysoké. A to z toho důvodu, že tvarové součinitele μ_s jsou v ČSN pro nejběžnější typy střech o 20 % vyšší než v eurokódu a pro lehké střechy se navíc zavádí součinitel κ, který má hodnotu až 1,2. Kromě toho, jak už bylo zmíněno, bude ČSN 73 0035 platit pouze do března 2010. Poté by k zavedení eurokódu stejně došlo.

 

Vznik nové mapy sněhových oblastí ČR

V evropské normě je definována základní hodnota zatížení sněhem jako tzv. charakteristická hodnota zatížení sněhem na zemi s_k. Je to zatížení sněhem vycházející ze statistického zpracování souboru ročních maxim tíhy sněhu pro pravděpodobnost překročení 0,02, což znamená přibližně střední dobu návratu 50 let (tedy že hodnota zatížení bude dosažena nebo přestoupena jedenkrát za 50 let).

Český hydrometeorologický ústav (ČHMÚ) dlouhodobě shromažďuje data zatížení sněhem ve stovkách lokalit na celém území České republiky. Pro zpracování nové mapy sněhových oblastí bylo zvoleno období od roku 1961 do roku 2006 (včetně), tj. soubor 45 ročních maxim v každé lokalitě. Takto vzniklé soubory jsou pro statistické zpracování vhodné (minimální počet ročních maxim stanoví eurokód na 20), zahrnují poslední období ovlivněné změnami klimatu a byly získány modernějšími a lepšími způsoby měření vodní tíhy sněhu než dřív. Pomocí ověřeného počítačového programu bylo z těchto dat vytvořeno několik verzí mapy sněhových oblastí pro střední dobu návratu 50 let. Mapy se lišily počtem oblastí, úrovní zatížení v jednotlivých oblastech a mírou tzv. shlazení, tedy průměrováním.

Pracovní verze map pro 5 a 10 sněhových oblastí jsou na obrázcích 2 a 3. Z těchto obrázků je vidět, že při rozčlenění do pěti oblastí, přičemž pátá oblast má charakteristickou hodnotu s_k v rozmezí 2,25–10,0 kN/m², jsou hodnoty zatížení sněhem v hustě obydlených oblastech hor a podhůří, zejména v oblasti Krkonoš a Jizerských hor, blíže neurčitelné a bylo by třeba zjišťovat hodnoty zatížení přímo dotazem v ČHMÚ. Pro účely projektování byla proto nakonec vybrána mapa s osmi oblastmi charakteristického zatížení v rozmezí s_k od 0,7 kN/m² až po > 4,0 kN/m². Mapa, jejímž autorem je RNDr. Luboš Němec z ČHMÚ, je uvedena na obrázku 1.

 

Mapa v normě z roku 1986 obsahuje základní tíhy sněhu v pěti sněhových oblastech při střední době návratu 10 let. Byla zpracována ze souborů 25 ročních maxim tíhy sněhu stanovených v období do roku 1965. Nová mapa z roku 2006 má osm oblastí stanovených pro střední dobu návratu 50 let. Z definice je zřejmé, že zatížení pro dobu návratu 50 let bude vyšší, ale zároveň se bude lišit i místně, protože pro novou mapu se použily údaje z měření vodní tíhy sněhu z pozdějšího období (1961–2006).

 

 

V ČSN 73 0035 Zatížení stavebních konstrukcí [3] se výpočtové (návrhové) zatížení sněhem vypočítávalo ze vzorce

s_d = γ_f . μ_s . s₀ . κ.

 

Ve vzorci je γ_f součinitel zatížení, který měl pro sníh hodnotu γ_f = 1,4.

Tvarový součinitel μ_s se lišil pro jednotlivé tvary střech. Tvarové součinitele pro nejběžnější tvary střech byly uvedeny v tabulkách normy. Pro pultovou střechu má součinitel μ_s stejný zatěžovací obrazec jako součinitel μ₁ z obrázku 4 a hodnoty jsou uvedeny v tabulce 1.

Základní tíha sněhu s₀ se určila z mapy sněhových oblastí.

Součinitel κ mohl nabývat hodnot z intervalu 1,0 až 1,2 podle vlastní tíhy střešní konstrukce. Pro lehké střechy platila hodnota κ = 1,2.

 

V eurokódech [4] i [5] má základní vzorec pro návrhové zatížení sněhem tvar

s_d = γ_fs . μ_i . C_e . C_t . s_k.

 

Součinitel zatížení γ_fs má v evropských normách jednotnou hodnotu pro všechna proměnná (nahodilá) zatížení, tedy i pro sníh, tj. γ_fs = 1,5. Tato hodnota byla přijata i změnou Z3.

Tvarové součinitele střech μ_i jsou definovány v tabulkách. Pro pultovou střechu má součinitel μ_i zatěžovací obrazec uvedený na obrázku 4 a jeho hodnoty v závislosti na sklonu střechy jsou uvedeny v tabulce.

Součinitel C_e se nazývá součinitel expozice a bere v úvahu možné ovlivnění výšky sněhové pokrývky větrem. Součinitel C_t je tepelný součinitel a jeho hodnota je ovlivněna možností odtávání sněhu vlivem prostupu tepla střechou. Oba součinitele jsou pro běžné střechy zpravidla rovny jedné. Pro účely porovnání budeme proto předpokládat C_e = C_t = 1.

Pro charakteristickou hodnotu zatížení sněhem s_k použijeme novou mapu sněhových oblastí.

 

Stanoví se návrhová hodnota zatížení sněhem s_d podle staré ČSN 73 0035 [3] a podle nové ČSN EN 1991-1-3 [5] u lehké pultové střechy se sklonem 25 ° v Praze.

Podle staré ČSN:

γ_f = 1,4

μ_s = 1,0

s₀ = 0,5 kN/m²

κ = 1,2

 

s_d = γ_f . μ_s . s₀ . κ = 0,84 kN/m²

 

Podle nové ČSN EN a nové mapy:

γ_fs = 1,5

μ_i = 0,8

C_e = C_t = 1

s_k = 0,70 kN/m²

 

 

Z výsledků vyplývá, že ačkoli se hodnota zatížení sněhem podle nové mapy zvýšila o 40 %, vlivem odlišných hodnot součinitelů zatížení γ, tvarových součinitelů μ a součinitele pro lehké střechy κ, ke zvýšení návrhového zatížení podle nové ČSN EN u lehkých střech nedošlo.

 

Úhel sklonu střechy α	≤ 25 o	>60 o
μs	1,0	0,0

Pokud však provedeme podobný výpočet např. pro Trutnov, kde bylo ve staré mapě s₀ = 1,5 kN/m ² a v nové mapě je s_k = 2,5 kN/m ², dostaneme zvýšení zatížení o 18 %. Pro Vrchlabí (s₀ = 1,5 kN/m², s_k = 4,0 kN/m²) vychází zvýšení návrhového zatížení o 90 %.

Pro jiné tvary střech je zvýšení návrhového zatížení podobné, např. u střech plochých a sedlových, naopak u válcových střech jsou jiné zatěžovací obrazce a přímé srovnání možné není (je nutné porovnávat pouze účinky zatížení).

Lze tedy obecně říci, že nahrazením výpočtu zatížení sněhem podle původní ČSN výpočtem podle evropské normy ČSN EN, se zvýší návrhové hodnoty zatížení sněhem nevýrazně. K výraznému zvýšení zatížení dochází v těch oblastech, kde v průběhu minulých 45 let došlo k nárůstu zatížení sněhem vlivem klimatických změn.

 

Použitím nové mapy zatížení sněhem na území ČR a výpočtem podle změny Z3 k ČSN 73 0035 bude ve většině případů hodnota zatížení sněhem větší než dosud. Projektant má možnost snížit hodnotu zatížení sněhem v odůvodněných případech několika následujícími způsoby:

● Může si vyžádat hodnotu charakteristického zatížení sněhem s_k přímo pro danou lokalitu u ČHMÚ. Může také s ohledem na místní podmínky použít hodnotu zatížení s_k v místě obvyklou. Místní úřad může např. od ČHMÚ zjistit hodnotu zatížení s_k pro příslušnou obec, kterou pak na požádání bude sdělovat projektantům a dalším zájemcům.

● Podle ČSN 73 0031 lze také aplikovat zásady diferenciace spolehlivosti podle kapitoly 5 a využít součinitele účelu γ_n menšího než 1.

Úhel sklonu střechy α	0 o ≤ α ≤ 30 o	30 o < α < 60 o	α ≤ 60 o
μs	0,8	0,8 (60 – α) /30	0,0