Keramický strop jako plnohodnotná železobetonová konstrukce

Toto vnímání omezuje možnosti využití celého konstrukčního systému jako plnohodnotné železobetonové konstrukce s půdorysnou členitostí a atypickým zatížením. Jak však ukazují příklady níže, tento přístup není odůvodněný.

Současná architektura si velmi oblíbila využívání rizalitů. Při jejich řešení se však objevují komplikace s řešením vynesení obvodového pláště, jenž je uložen na stropě. Řada projektantů nepracuje při navrhování s věnci jako s plnohodnotnou železobetonovou konstrukcí. Nemůže tak být využita možnost propojení výztuže věnce se skrytým průvlakem a následné změny schématu z prostého nosníku na nosník jednostranně či oboustranně vetknutý.

 

Využití rizalitu – obvodová zeď kolmo na osy trámečků

Obrázek 1 představuje dispoziční řešení domku s rizalitem. Jedná se o názornou ukázku špatného pochopení chování železobetonového stropu v návaznosti na okolní konstrukce. Projektant při návrhu správně zvolil variantu skrytého průvlaku ve stropě formou přivyztužení pruhu nad nízkými vložkami (obr. 2). Z příčného řezu je však zřejmé, že průvlak byl uvažován jako prostý nosník (7 Ø R12 při spodním povrchu a jen 2 Ø R10 při horním povrchu). Ačkoli projektant nezapomněl na věnec (navrženo stykování spodní i horní výztuže s výztuží věnce), možnosti vetknutí průvlaku do věnce již nevyužil.

Po rychlé realizaci domu došlo k nadměrnému prohnutí stropu zejména pod pilířem nad rizalitem a k popraskání zdiva nad průvlakem již v prakticky dokončeném domě. Jak je viditelné na obr. 3, zeď se tu jakoby odtrhává od podlahy, na obr. 4 se pak poklesem druhé podpory, tj.středního pilíře, překlad pootáčí.

Z posouzení daného stavu vyplynulo, že průvlak je sice schopen přenést zatížení pilířem (obr. 5), ale nikoliv však již přitížení dané hmotností stropu. Zcela však nevyhoví požadavkům pro 2. MS (obr. 6 – spočítaný průhyb 33,5 mm = 1/113 l). Z výše uvedeného je zřejmé, že statik navrhl vyztužení pouze na první mezní stav. A to i přesto, že průvlak nesplňoval podmínku vymezující ohybové štíhlosti pro umožnění vynechání výpočtu přetvoření.

V uvedeném případě měl však naštěstí keramický strop sám o sobě rezervu v únosnosti. Proto bylo možné po zajištění úprav, jimiž došlo k dodatečnému zesílení průvlaku, a po kontrole chování trhlin, předat objekt k užívání. Pro možnost srovnání jednotlivých variant v uvedeném případě bylo provedeno i posouzení tohoto průvlaku při stejném zatížení ve variantě oboustranně vetknutého nosníku. Jeho vetknutím do věnce (6 Ø R12 při horním a 5 Ø R12 při spodním okraji) bylo dosaženo rezervy v únosnosti nejen na 1. MS (obr. 7), ale i na 2. MS (obr. 8 – zde je průhyb 8,6 mm = 1/441 l – potvrzena platnost vymezující štíhlosti). Nárůst spotřeby výztuže při uvedeném řešení by byl jen minimální a zcela zanedbatelný vzhledem k rozsahu stavby.

 

Obrázek 9 představuje půdorys domku, kde se nacházejí případy vynášení štítových stěn zdí nad stropem soustavou rovnoběžných nosníků. U vynesení obvodového zdiva 2. NP u rizalitu (ale např. i nad zapuštěným vchodem) se zde využívá orientace nosníků rovnoběžně s osami nosníků (obr. 13). Pro lepší orientaci je konstrukce nad stropem značena čárkovanou bleděmodrou čarou.

Návrh pro uvedený dům počítal se stropem, jenž by byl celoplošně pokryt systémem POROTHERM, včetně vynesení sloupku od krovu (obr. 9 – modrý čtvereček – Q_d = 53,887 kN) a obvodových stěn. Při návrhu skrytého průvlaku P1 nad rizalitem (l_d = 3,1 m) bylo navrženo protažení železobetonového věnce až do skrytého průvlaku. Díky tomuto řešení mohl být uvažován jako oboustranně vetknutý. Při výšce stropu 250 mm pak již postačovalo jen doplnit tři trámečky POT 325/902 čtyřmi Ø R12 při horním povrchu (zataženy do věnce – krytí třmínků 30 mm – viz obr. 13).

Při daném přivyztužení vykazuje průvlak značné rezervy na ohybovou únosnost (u trámečků M_d = 18,78 kNm < M_u = 36,69 kNm) i na přetvoření (průhyb y = 2,4 mm = 1/1292 l). Zvětšení počtu trámečků je však nutné, aby mohlo být dosaženo dostatečné smykové únosnosti.

 

 

Pro změnu schématu na spojitý nosník hovoří i fakt, že u trámečkového POT stropu lze v tomto případě předpokládat vyšší smykovou únosnost. V místě nejvyšší posouvající síly (nad střední podporou) je totiž smyková výztuž (diagonála) kotvena v tlačené části průřezu (tlačena spodní část průřezu, tažena horní část). Možností započtení smykové výztuže dojde k výraznému zvýšení smykové únosnosti oproti variantě nevyztuženého průřezu (u prostých nosníků rozpětí do 6,25 m diagonály obvykle do tlačené části nezasahují a smyková výztuž je v tomto případě pro příčný smyk zanedbávána).

Argumentem pro zvýšení smykové únosnosti na podélnou posouvající sílu je skutečnost, že zatímco u kladného momentu (uprostřed rozpětí, kde je při rovnoměrném zatížení minimální smyková síla) je trámeček od dobetonávky „odtrhován“, u momentu záporného (v podpoře v místě maximálního smyku) je naopak přitlačován. Na základě zkušeností s navrhováním skrytých průvlaků pomocí znásobení počtu POT trámečků je zřejmé, že u spojitých nosníků je zvýšení počtu trámečků obvykle způsobeno potřebou dosažení dostatečné smykové únosnosti a nikoliv nutností zvýšit ohybovou únosnost. Kromě zvětšení počtu nosníků lze smykovou únosnost zvýšit i použitím vyšší třídy betonu. U příčného smyku je také možné dosáhnout vyšších hodnot přidáním smykové výztuže, u podélného smyku má tato výztuž ale nulový efekt. Pro posouzení smyku je nutné používat výhradně software výrobce, který je navržen i pro detailní určení podélné smykové únosnosti.

Pokud by byl pro uvedený průvlak uvažován prostý nosník, nebylo by vyhověno nejen požadavkům na jeho momentovou únosnost (M_d = 48,39 kNm > M_u = 36,69 kNm), ale ani na přetvoření (y = 17,1 mm = 1/181 l). Ačkoli by šlo dosáhnout zvýšení momentové únosnosti navýšením počtu nosníků, toto navýšení má minimální vliv na zmenšení průhybu posuzovaného prvku.

Jak je vidět z dispozice (obr. 9), skrytý průvlak P2 (l_d = 4 m, q_n= 22,6 kN/m´) lze uvažovat pouze jako jednostranně vetknutý. Pro dosažení dostatečné smykové únosnosti zde bylo nutné použít čtyři POT trámečky 425/902. K přenesení záporného momentu stačilo použít 6 Ø R12. Touto kombinací bylo opět dosaženo velké rezervy jak na ohybový moment v poli (u trámečků M_d = 23,43 kNm < M_u = 68,12 kNm), tak i na přetvoření (průhyb y = 5,2 mm = 1/769 l).

 

Obdobně jako u realizace průvlaků pod nosným zdivem je vhodné postupovat i při dimenzování průvlaků pod osamělými břemeny (sloupky krovu atd.). Základem přitom zůstává nalézt variantu spojitého nosníku.

Obrázek 10 představuje schematický půdorys domku se všemi možnými variantami zatížení stropu (modrá čárkovaná čára opět značí konstrukci nad stropem). Na obr. 11 je zřejmá nevhodná orientace trámečků při zastropení, protože pod sloupky krovu jsou nosníky uloženy jako prosté nosníky (světlé rozpětí 6 m). V tomto případě však nebylo možné ani přes veškerou snahu nadimenzovat průvlak pod středním sloupkem. Neřešitelný problém znamenal také průhyb – i při použití čtyř trámečků byla jeho hodnota 57 mm (= 1/111 l). Oproti tomu smyková i ohybová únosnost byla dostačující. Mezi trámečky bylo proto nutné vložit ocelový nosník I 220.

Mnohem snazším řešením však bylo již při návrhu změnit orientaci nosníků (obr. 12). To umožnilo nadimenzovat průvlak použitím 5 trámečků POT a následně ho přivyztužit při horním povrchu (síť Sz 8/100–8/100 + 5 Ø R12). Průhyb od celkového zatížení y = 20,1 mm = 1/310 l je po odečtení výrobcem předepsaného vzepětí 1/300 l prakticky nulový.

Další rezerva vzniká provedením ztužujícího žebra, na něž se použijí nízké vložky (červeně značené) a vloží se podélné výztuže. Dosáhne se tak rovnoměrnějšího roznesení zatížení od sloupku do celého stropu. Kromě finanční úspory napomáhá toto řešení i výrazně odlehčit průvlak nad vjezdem do garáže.

Pokud se vrátíme k rodinnému domku na obr. 9, i zde je skrytý průvlak pod sloupkem krovu (značen P3). Reakce od sloupku Q_d = 53,887 kN si vynutila použití 5 trámečků POT 375/902, a to opět pro dosažení dostatečné smykové únosnosti, neboť M_u = 60,63 kNm >> M_d = 19,31 kNm a průhyb y = 2,6 mm = 1/1423 l. K přenesení záporného momentu bylo třeba ještě doplnit síť Sz 8/100–8/100 na 4 Ø R12 při horním povrchu.

 

Keramobetonové konstrukce nabízejí velkou variabilitu. Názorný příklad podává opět průvlak označený jako P4 v obrázku č. 9. Původní návrh počítal s ocelovým průvlakem. Kvůli komplikacím při opláštění ocelové konstrukce a napojení na strop bylo původní řešení změněno na překlad s keramickým povrchem.

Díky tomu byl možný vznik oboustranně vetknutého průvlaku. Vzhledem k použití sítí při horním povrchu bylo navíc možné velice jednoduše realizovat jeho oboustranné vetknutí, a tak získat velmi únosný železobetonový průvlak spřažený s betonovou zálivkou stropu.

Obr. 13 ukazuje schematické konstrukční řešení stropu domku z obr. 9 (šedě je značena poloha sítí, modře pruty při horním povrchu pro přivyztužení skrytých průvlaků). Na obr. 14 je zřejmá konstrukce průvlaku P4. Z důvodu jednoduchého provedení, a tím i zajištění přesné polohy výztuže v místě „zhuštění“ konstrukčních prvků, byla smyková výztuž navržena formou spony. Nový keramobetonový průvlak, který vznikl zabetonováním POT trámečku, je dostatečně únosný pro přenesení veškerého zatížení. Klasické překlady POT 23,8 zde slouží především jako ztracené bednění a podpora během montáže včetně betonování. Jejich samotnou únosnost lze vnímat jako rezervu.

 

Jak je z předchozích argumentů patrné, klasický železobetonový strop s vázanou výztuží lze naprosto plnohodnotně nahradit keramobetonovým stropem POROTHERM. Při samotné realizaci přitom toto řešení navíc snižuje i požadavky na využití odborných stavebních profesí.

Z uvedených příkladů je zřejmé, že mnozí projektanti dosud neumějí využívat široké možnosti keramických stropů. Nelze popřít, že některé návrhy jsou z projektantského pohledu zpočátku časově náročnější. Nepopiratelnou skutečností však zůstává, že v důsledku mohou být právě tato řešení pro stavbu přínosem, a to jak z hlediska finančního, tak i co do jednoduchosti realizace a výsledné kvality finálního řešení.