Monolitická stropní konstrukce vylehčená hranoly z pěnového polystyrenu

6. 3. 2008

Snahy architektů, projektantů a stavitelů navrhovat a budovat prostorově uvolněné stavby jsou snad stejně staré jako sama stavební činnost lidstva. Bohužel vlastnosti a možnosti stavebních materiálů kladou limity jen těžko překročitelné. Takovým omezením je i vlastní hmotnost vodorovných nosných konstrukcí. Limity použitelnosti železobetonových monolitických konstrukcí výrazně posunuje myšlenka vylehčování nosných stropních konstrukcí. Jednou z možností je využití materiálů s velmi malou objemovou hmotností.

Všeobecné výchozí předpoklady a úvahy

Při navrhování a následné výstavbě každého stavebního díla je nutné zajistit stabilitu a dostatečnou tuhost nosné konstrukce tak, aby plnila všechny požadované funkce stavebního díla, a to pokud možno po celou dobu jeho životnosti. U vodorovných nosných konstrukcí jsou pro tyto účely nejčastěji hodnoceny:

● nosnost – schopnost přenášet svislé zatížení působící na vodorovnou konstrukci (vlastní hmotnost a další zatížení odpovídající funkci) do dalších nosných prvků stavebního díla,

● tuhost – tvarová stálost konstrukce při daném zatížení. U vodorovné konstrukce je nejčastěji vyhodnocován průhyb. U stavebního díla pak průhyb konečný, po dotvarování.

Nosnost

Nosnost vodorovné konstrukce je dána schopností přenášet vnitřní síly vznikající v konstrukci, a to po celou dobu její životnosti. Jedná se o momenty a smykové síly. Základní vztah pro posouzení momentu na mezi únosnosti u železobetonových vodorovných konstrukcí je:

kde je M_u ... moment na mezi únosnosti,

Z_b ... rameno vnitřních sil, které je závislé na pevnosti betonů a na tloušťce konstrukce,

F_a ... síla tahová, kterou lze namáhat nosnou ocelovou či jinou výztuž v konstrukci a která je nezávislá na betonu.

K vyhodnocení dalších (např. smykových) sil je třeba více vztahů, ale protože pro další úvahy a hodnocení nejsou důležité, nejsou zde tyto vztahy uvedeny. Je zřejmé, že pro vyhodnocení (statický výpočet) nosnosti vodorovné nosné konstrukce je rozhodující tloušťka konstrukce, významně však přispívá i pevnost betonů.

Tuhost

U vodorovných nosných konstrukcí je pro hodnocení kvality a použitelnosti konstrukce nejčastěji používán průhyb. Základní vztah pro výpočet pružného průhybu vodorovných konstrukcí je:

kde je

w ... vypočtený pružný průhyb,

q ... celkové zatížení konstrukce; je závislé i na vlastní hmotnosti nosné konstrukce,

l ... vzdálenost podpěr (ve čtvrté mocnině!),

E ... modul pružnosti základního nosného materiálu (betonu); je částečně závislý na pevnosti betonu, jeho velikost se však mění podle příměsí a přísad použitých při výrobě betonu dané pevnosti,

I ... moment setrvačnosti průřezu, který je nejvíce závislý na výšce průřezu (tloušťce konstrukce).

Pro vyhodnocení (výpočet) průhybů vodorovných nosných konstrukcí ze železobetonu je při daném zatížení a způsobu podepření rozhodující tloušťka konstrukce a pak (na rozdíl od nosnosti) také modul pružnosti betonu. Ze základního výpočtového vztahu pro pružnou deformaci, tak jak je výše uveden, plyne pro praktické použití a pro udržení průhybů v přijatelných mezích následující:

a) Moment setrvačnosti průřezu se musí zvětšovat rychleji než vzdálenost podpor.

b) Je žádoucí, aby modul pružnosti také nabýval větších hodnot.

c) Je žádoucí, aby se vlastní hmotnost nosné konstrukce zvětšovala co možná nejméně.

d) Je třeba vhodně kombinovat a)–c).

Pro hodnocení nosnosti i tuhosti a k dalším úvahám nad chováním stropních konstrukcí uvádím jen jednoduché výpočtové vztahy. Výpočet celkové konečné deformace stropních konstrukcí je poněkud náročnější, avšak převážně je závislý na výše uvedených veličinách. U praktických příkladů, v grafech a u realizací jsou vždy počítány deformace konečné, tedy po dotvarování. Podobně jsem pro jednoduchost uvažoval jen vyhodnocení podle ČSN, a to přesto, že dnes postupně přecházíme na EN.

Obr. 1: Půdorysné schéma zatížení stropní desky

Výsledky srovnávacích výpočtů

Sledoval jsem chování obdélníkové stropní konstrukce ze železobetonu podepřené na jejích delších stranách a na jedné straně kratší. Pro jednoduchost je konstrukce zatížena jen jedním typem zatížení, a to stálým o velikosti 6 kNm^–2.Poměr stran a poloha sledovaného bodu je vyznačena na obr. 1. Protože vlastní hmotnost vodorovných nosných konstrukcí tyto konstrukce výrazně ovlivňuje až při větším podílu na celkovém zatížení, jsou v textu uvažována jen větší rozpětí vodorovných nosných konstrukcí ze železobetonu.

Na grafu č. 1 je vyznačeno chování 240 mm tlusté stropní konstrukce při zachování stejné tloušťky a stejné kvality betonu B30 (pevnost a E). Je zřejmé, že nutné množství oceli poměrně rychle roste současně s velikostí průhybu. Zvolíme-li jako kritérium pro konečný průhyb 1/200 rozpětí, pak vyhoví prostě uložená stropní deska jen na rozpětí do 6 m. A to je konstatování věru neradostné.

Na grafu č. 2 je vyznačeno chování stejné konstrukce, kdy se při zvětšující se vzdálenosti podpor postupně zlepšují i vlastnosti (pevnost a E) betonu. Je zřejmé, že se opět zvětšuje nutné množství oceli i průhyby. Průhyby se však zvětšují pomaleji. Potřebné množství oceli je v podstatě stejné pro tento i předchozí zatěžovací model. Přidáním výztuže lze výsledný konečný průhyb také částečně zmenšit, např. přidáním 50 % výztuže navíc vypočtený průhyb poklesne asi o 25 %, přidáním 100 % výztuže navíc zmenšíme průhyb asi o 35 %. Bez významného přidání výztuže je zvolené kritérium pro konečnou deformaci (1/200 rozpětí) splněno opět jen pro rozpětí do 6 m. U větší vzdálenosti podpor již nikoli. A to je uvažován u větších rozpětí opravdu hodně kvalitní beton a opravdu velké množství výztuže. Beze změny momentu setrvačnosti průřezu (zvětšení tloušťky nosné konstrukce) tedy nelze uvažovat o významnějším zvětšení vzdáleností mezi podporami.

Graf 1: Průhyb konstrukce v geometrickém středu stropní desky, konstrukční tloušťka konstantní 240 mm, beton B30 (E = 32,5 GPa)

Graf 2: Průhyb konstrukce v geometrickém středu stropní desky, konstrukční tloušťka konstantní 240 mm, u betonu postupně roste pevnost a odpovídající E

Vedle toho je na grafu č. 3 vyznačeno chování konstrukce stejně podepřené a stejně zatížené s tím, že poměr vzdálenosti podpor a tloušťky konstrukce (tedy štíhlost) je konstantní, a to 1 : 25. Vlastnosti betonu B30 (pevnost i E) jsou také beze změny. Absolutní velikost průhybu se sice také parabolicky zvětšuje, avšak pomaleji než u předchozího zatěžovacího případu. Zvětšuje se však i vlastní hmotnost konstrukce. Nutné množství výztuže roste také, avšak pomaleji než při konstantní tloušťce. Pro odpovídající vzdálenost podpor a odpovídající průhyby je proto potřeba menší množství oceli. Zvolené kritérium pro konečný průhyb (1/200 rozpětí) je plněno pro vzdálenosti podpor až o 1 m větší než u dříve uvedených zatěžovacích schémat.

A konečně na grafu č. 4 je vyznačeno chování konstrukce opět stejně podepřené, zatížené a zhotovené z betonu B30 stejných vlastností (pevnost i E). Konstrukci je však přisouzena konstantní vlastní hmotnost a také konstantní poměr vzdáleností podpor a tloušťky konstrukce (štíhlost), a to 1 : 25. Aby bylo možné toho dosáhnout, je nutné provést nějaký způsob vylehčení (a přitom také přiměřeně redukovat moment setrvačnosti průřezu – při výpočtu například zmenšit tloušťku). Je zřejmé, že u tohoto uspořádání se průhyby zvětšují nejpomaleji, podobně i nutné množství oceli narůstá nejpomaleji ze sledovaných zatěžovacích případů. Zvolené kritérium (1/200 rozpětí) pro konečný průhyb je plněno pro vzdálenost podpor téměř 8 m.

Graf 3: Průhyb konstrukce v geometrickém středu stropní desky, konstrukční tloušťka v poměru 1 : 25 ke vzdálenosti podpor, beton B30 (E = 32,5 GPa), vlastní hmotnost odpovídá konstrukční tloušťce

Graf 4: Průhyb konstrukce v geometrickém středu stropní desky, konstrukční tloušťka v poměru 1 : 25 ke vzdálenosti podpor, beton B30 (E = 32,5 GPa), odlehčení takové, aby vlastní hmotnost zůstala konstantní 500 kg/m2

Je známo mnoho způsobů vylehčování nosných železobetonových stropních konstrukcí, počínaje dřevěnými bedničkami a konče speciálními tvarovkami z různých materiálů, umístěnými uvnitř objemu nebo u spodního líce stropních konstrukcí. Předchozí úvahy jsou univerzálně platné pro každý z těchto postupů, jen redukce momentu setrvačnosti průřezu je pro každý způsob vylehčování rozdílná.

V následujícím textu Vám představím další, nový způsob vylehčování stropních konstrukcí. Při svých podrobnějších ekonomických rozborech jsem dospěl ke zjištění, že cena 1 m³ „vylehčení“ je u níže popsaného způsobu nejnižší. Je totiž nižší než cena „odebraného“ betonu, což se mi u ostatních způsobů nepodařilo.

Obr. 2: Axonometrie stropní konstrukce; 1 – bednění stropní konstrukce ošetřené separačním postřikem nebo nátěrem, 2 – nosná síťovina, 3 – odlehčovací hranoly z polystyrenu, 4 – lepicí hmota, fasádní lepidlo, 5 – hlavní nosná výztuž, 6 – průmyslově vyráběná prostorová výztuž: diagonální pruty tvoří smykovou výztuž, horní prut plní konstrukční funkci, spodní dva pruty jsou uvažovány jako nosná výztuž v jednom směru, 7 – rozdělovací výztuž – výztuž ve druhém směru, 8 – další konstrukční výztuž, 9 – distanční prvky spodní výztuže, 10 – distanční prvky horní výztuže, 11 – horní nosná síť KARI nebo jiná o průměru 5 nebo 6 mm, 12 – připevnění horní ocelové sítě k prostorové výztuži, 13 – další horní nosná výztuž, 14 – beton

Stropní monolitická konstrukce vylehčená hranoly z pěnového polystyrenu

Právě pro železobetonové stropní konstrukce na velká rozpětí, ale také pro nepravidelné podepření stropních desek velkých rozpětí nebo pro silně zatížené stropní konstrukce jsme v naší firmě vyvinuli a prakticky vyzkoušeli nový způsob fixace polohy vylehčovacích hranolů ve spodní části konstrukce. Lze tak získat velmi lehkou, únosnou a tuhou stropní konstrukci s rovným podhledem, která je připravena pro povrchovou úpravu omítkou. To vše za velmi příznivou cenu. Pracovně tomuto způsobu vylehčování říkáme bestr.

Podstata a popis vylehčené stropní konstrukce

Po statické stránce se jedná o kazetovou železobetonovou stropní konstrukci, kdy vylehčovací kazety jsou tvořeny hranoly z materiálu s velice malou objemovou hmotností. Vytvořená nosná žebírka v obou staticky významných směrech zajišťují vysokou tuhost a nosnost takové konstrukce. Směna úbytku vlastní hmotnosti konstrukce za její tuhost je tedy po statické stránce nejvýhodnější.

Obr. 3: Podélný řez stropní konstrukcí; 1 – bednění stropní konstrukce ošetřené separačním postřikem nebo nátěrem, 2 – nosná síťovina, 3 – odlehčovací hranoly z polystyrenu, 4 – lepicí hmota, fasádní lepidlo, 5 – hlavní nosná výztuž, 6 – průmyslově vyráběná prostorová výztuž: diagonální pruty tvoří smykovou výztuž, horní prut plní konstrukční funkci, spodní dva pruty jsou uvažovány jako nosná výztuž v jednom směru, 7 – rozdělovací výztuž – výztuž ve druhém směru, 8 – další konstrukční výztuž, 9 – distanční prvky spodní výztuže, 10 – distanční prvky horní výztuže, 11 – horní nosná síť KARI nebo jiná o průměru 5 nebo 6 mm, 12 – připevnění horní ocelové sítě k prostorové výztuži, 13 – další horní nosná výztuž, 14 – beton

Obr. 4: Příčný řez stropní konstrukcí; 1 – bednění stropní konstrukce ošetřené separačním postřikem nebo nátěrem, 2 – nosná síťovina, 3 – odlehčovací hranoly z polystyrenu, 4 – lepicí hmota, fasádní lepidlo, 5 – hlavní nosná výztuž, 6 – průmyslově vyráběná prostorová výztuž: diagonální pruty tvoří smykovou výztuž, horní prut plní konstrukční funkci, spodní dva pruty jsou uvažovány jako nosná výztuž v jednom směru, 7 – rozdělovací výztuž – výztuž ve druhém směru, 8 – další konstrukční výztuž, 9 – distanční prvky spodní výztuže, 10 – distanční prvky horní výztuže, 11 – horní nosná síť KARI nebo jiná o průměru 5 nebo 6 mm, 12 – připevnění horní ocelové sítě k prostorové výztuži, 13 – další horní nosná výztuž, 14 – beton

Technologická podstata spočívá v tom, že se na zabedněnou plochu rozprostře síťovina, na kterou se lepicí hmotou připevní vylehčovací prvky – hranoly z pěnového polystyrenu (nebo jiného materiálu žádaných vlastností). Vhodným rozmístěním těchto hranolů se vytvoří síť žebírek ve významných nosných směrech. Do takto vytvořených žebírek je vložena prostorová, nosná, rozdělovací a konstrukční výztuž. Celá plocha je překryta ocelovou sítí a nad podporami i další přídavnou nosnou výztuží. Při betonáži jsou pak betonem vyplněna nosná žebra a vše nad vylehčovacími hranoly je překryto tenkou vrstvou betonu. Po odbednění se získá stropní konstrukce s rovným podhledem, opatřená na spodním líci nosnou síťovinou. Na tu lze nanášet podhledové omítky nebo podhled jinak upravit.

Konstrukční výšku konstrukce, šířku a výšku žebírek, tloušťku horní krycí vrstvy nebo hustotu a směry nosných žebírek určí statik podle způsobu podepření a zatížení. Variabilita systému je omezena opravdu jen velmi málo. Na příkladu na obrázcích č. 2, 3 a 4 je výhodně použita průmyslově vyráběná prostorová výztuž.

Možnosti praktického použití

Podle uvedených úvah, zatěžovacích studií a zde neuvedených ekonomických rozborů lze přibližně stanovit hranici pro použití této technologie. Tam, kde rozhoduje jen ekonomické hledisko (a malé deformace mají také svoji cenu), je touto pomyslnou hranicí pro přechod na popsanou vylehčenou stropní desku ekvivalentní plná železobetonová deska tlustší než 250 mm. Tam, kde je stanoven limit vlastní hmotnosti stropní konstrukce, je rozsah použití ještě větší a záleží právě na konkrétním limitu. Vlastní hmotnost vylehčené stropní konstrukce se při použití běžných betonů pohybuje od 350 kg/m² a dalšího vylehčení lze ještě dosáhnout použitím betonů s menší objemovou hmotností, například liaporbetonu. Takto lze dosáhnout i hmotnosti pod 300 kg/m² stropní konstrukce při zachování dostatečné nosnosti a tuhosti.

Takto vylehčená konstrukce je vhodná všude tam, kde je požadována poměrně malá hmotnost a velká tuhost stropní konstrukce. U novostaveb, ale také u rekonstrukcí. Vzhledem k univerzálnosti použití a jednoduchosti provedení lze uvažovat jako vylehčovací prvky nejen hranoly z polystyrenu, ale i jiná tělesa z různých lehkých materiálů, různě vrstvených a tvarovaných podle dalších zvláštních požadavků projektanta. V neposlední řadě se otevírá značný prostor pro použití různých odpadních či recyklovaných hmot.

Zvýšenou pracnost a možná trochu vyšší cenu je nutno pokaždé vyhodnotit případ od případu ve vztahu k dosažené tuhosti a hmotnosti.

Obr. 5: Schematický řez nosnou konstrukcí hotelu v Dolních Kounicích

Obr. 6: Zatěžovací schéma, vypočtený konečný průhyb a schematický řez stropní konstrukcí s vyznačením základních charakteristik lehčeného betonu

Obr. 7: Srovnání vypočtených deformací plné betonové stropní desky a stropní desky zhotovené z liaporbetonu v kombinaci s vylehčením polystyrenovými hranoly a dále srovnání vlastních hmotností těchto stropních desek

Experimentální realizace

Pro ověření technologické spolehlivosti a statické funkčnosti této vylehčovací technologie jsme experimentálně provedli několik stropních konstrukcí v Brně a okolí. Poslední zajímavou realizací byla stropní konstrukce nad sály hotelu v Dolních Kounicích (obr. 5). Tento hotel procházel celkovou rekonstrukcí a špatné základové podmínky neumožňovaly provést nový těžký železobetonový strop. Původně navržený ocelobetonový spřažený strop nezajišťoval dostatečnou tuhost stropní konstrukce a navíc i výrobní cena byla velmi vysoká. Proto jsme v tomto případě navrhli stropní konstrukci z liaporbetonu vylehčenou právě polystyrenovými hranoly. Statik Ing. Stanislav Peša na základě výstupů a poznatků z výzkumného projektu Ministerstva průmyslu a obchodu ČR č. FI-IM 184 Vývoj samozhutnitelných betonů s využitím průmyslových odpadů a jejich využití pro monolitické stavby a prefabrikované dílce a ve spolupráci s doc. Ing. Rudolfem Helou, CSc., z ústavu technologie stavebních hmot a dílců z FAST VUT v Brně stanovil základní požadavky na lehčený beton a vypracoval prováděcí projekt.

Obr. 8: Vylehčení stropní konstrukce čtvercovými hranoly (50x50 cm) z polystyrenu

Obr. 9: Vylehčení stropní konstrukce obdélníkovými hranoly (100x50 cm) z polystyrenu

Ing. Peša navrhl stropní konstrukci z liaporbetonu s konstrukční výškou 340–350 mm vylehčenou polystyrenovými hranoly a vypočetl konečnou deformaci po dotvarování menší než 12 mm. Vlastní hmotnost této konstrukce je přibližně 320 kg/m² a konečná vypočtená deformace nedosahuje ani 1/700 rozpětí. K betonáži byl předepsán a také použit liaporbeton s objemovou hmotností do 1700 kg/m³, s pevností v tlaku více než 28 MPa a s modulem pružnosti větším než 19 GPa, čerpatelný, samozhutnitelný. Pro zatěžovací schéma podle obr. 6 je na obr. 7 pro srovnání uvedeno i chování odpovídající plné železobetonové desky z běžného konstrukčního betonu. Aby bylo dosaženo dostatečně malého průhybu, bylo by zapotřebí více než 2,3násobku vlastní hmotnosti konstrukce. Potřebu výztuže nehodnotím.

Již dříve jsme provedli experimentální betonáže vylehčených stropních konstrukcí z běžného konstrukčního betonu. Stropní konstrukce budovy sídla firmy Emuge v Brně je na části půdorysu vylehčena čtvercovými hranoly (obr. 8), v jiné části hranoly obdélníkovými (obr. 9). Na obr. 8 je navíc patrné zesilující žebro. Další experimentální betonáže jsme pak provedli na RD ve Vranově u Brna, na RD v Želešicích, ve Svinošicích a v Moravanech u Brna. Vždy k plné spokojenosti zákazníka.

Technologický postup při zhotovení je zachycen postupně na obr. 10 a)–e).

Obr. 10a: Postup zhotovení vylehčené stropní konstrukce, rozvinutá nosná síťovina

Obr. 10b: Postup zhotovení vylehčené stropní konstrukce, rozložená hlavní nosná a prostorová výztuž

Obr. 10c: Postup zhotovení vylehčené stropní konstrukce, mezi hlavní nosnou a prostorovou výztuž jsou lepeny vylehčovací hranoly

Obr. 10d: Postup zhotovení vylehčené stropní konstrukce, na prostorovou výztuž a na distanční prvky nad vylehčovacími hranoly je položena síťovina a je připevněna k prostorové výztuži

Obr. 10e: Postup zhotovení vylehčené stropní konstrukce, po doplnění horní nosné výztuže je provedena betonáž

Závěr

Podaří-li se jakýmkoli způsobem zastavit nebo přibrzdit nárůst vlastní hmotnosti a přitom udržet dostatečnou tuhost stropní konstrukce, lze dosáhnout větších vzdáleností mezi podporami. Této skutečnosti si byli vědomi už dávní stavitelé, a tak dokázali překlenout opravdu velké prostory. Typickým příkladem jsou monumentální klenby v některých barokních katedrálách.

Jakékoli odebrání vlastní hmotnosti umožní současně zvětšit konstrukční tloušťku, a tím i celkovou tuhost nosné konstrukce. Směna vlastní hmotnosti nosné konstrukce za její tuhost je tedy správnou cestou vedoucí ke zvětšování tuhosti stropních konstrukcí ze železobetonu pro větší vzdálenosti podpor. Navíc u velkých rozpětí je možná velmi zřetelná úspora základního materiálu – betonu. U vylehčených konstrukcí pak s ohledem na snížené množství betonu může být výhodné uvažovat i použití betonů vyšších pevností. Podle grafu č. 2 tak lze počítat s dalším poklesem velikosti průhybů.

Graf 5: Průhyb konstrukce v geometrickém středu stropní desky při použití různých betonů a odlehčení, deska obdélníková 8x16 m, podepřeny obě delší strany a jedna kratší, tloušťka 320 mm

Na grafu č. 5 je zachyceno chování naší modelové stropní konstrukce zhotovené jako plná železobetonová deska z betonu běžného B40, z betonu samozhutnitelného SZB40 se sníženým modulem pružnosti a z betonů lehčených (liaporbetonů) LB28 s různými moduly pružnosti (19 a 23 GPa). Na stejném grafu je pro srovnání zachyceno chování stropní konstrukce vylehčené (způsobem vylehčení bestr) při použití běžného konstrukčního betonu B30 a B40. I při použití běžného betonu B30 jsou vypočtené průhyby vylehčené desky srovnatelné s plnými deskami, ale z betonu výrazně pevnějšího (B40, SZB40) nebo dražšího (LB28). Při použití srovnatelných betonů (B40) jsou průhyby výrazně menší.

Bohužel, jak už to v životě bývá, každá „legrace“ něco stojí. Podobně i u železobetonových konstrukcí je každé zvýšení celkové tuhosti vyváženo nějakým dalším nákladem. U vylehčených konstrukcí obvykle pracností, u plných konstrukcí větším množstvím základního materiálu (betonu) nebo výrazně vyšší potřebou výztuže (oceli). A také ovšem zvýšením celkové hmotnosti stavby. Přitom je rozhodně levnější a účinnější tuhost konstrukce zvětšovat pomocí tloušťky konstrukce než zvětšujícím se množstvím výztuže. Na zkušenostech a umu projektanta pak záleží, aby správně posoudil vhodnost případného použití vylehčených konstrukcí a navrhl takovou nosnou konstrukci, kde by případná směna úbytku vlastní hmotnosti konstrukce za její celkovou tuhost byla co nejefektivnější.

Při své loňské cestě podél jižního pobřeží Španělska jsem sledoval mohutnou, až gigantickou stavební činnost. A samozřejmě jsem si všímal nejvíce železobetonových monolitických konstrukcí. Všechny, opravdu všechny stropní konstrukce s rozpětím řádově nad 6 m, ať už se jednalo o stropy budoucích hotelů, garáží, nádražních hal nebo rodinných domů, měly na svém spodním líci zřetelnou čtvercovou kresbu. Při bližším zkoumání se pak mé „podezření“ potvrdilo. Španělský projektant, vědom si významu směny vlastní hmotnosti za tuhost, důsledně navrhuje kazetové stropní konstrukce. Vylehčovací kazety však vyrábí jako duté betonové tvárnice; i malá, takto získaná úspora vlastní hmotnosti směněná za tuhost je v konečném důsledku velmi cenná.

Jsem přesvědčen, že i naši projektanti, investoři a uživatelé význam této směny v dohledné době náležitě docení. Zvláště když způsobem popsaným v tomto příspěvku lze při velmi malém až nulovém zvýšení nákladů získat poměrně velkou úsporu vlastní hmotnosti stropních železobetonových konstrukcí při zachování nebo i zvýšení jejich celkové tuhosti i nosnosti.

Softwarovou podporu pro výpočet kazetových stropních konstrukcí lze nalézt v programu ESA PT. Všichni, kteří uvažují o realizaci stropní konstrukce podle popsaného způsobu vylehčení, nechť se informují o možnosti spolupráce s autorem textu, protože tento způsob vylehčování stropních konstrukcí je předmětem průmyslové ochrany.

A ještě malá poznámka nakonec

Po celou dobu vývoje výše popsaného způsobu vylehčování, během příprav experimentálních betonáží a také při psaní tohoto textu jsem se stále většími obavami zjišťoval, že moduly pružnosti prodávaných betonů jen zřídka dosahují hodnot podle normy ČSN 73 1201. Týmy technologů se předhánějí v úsporách cementů, v dosahování úžasných pevností, ve využívání průmyslových odpadů a kdoví v čem ještě. Bohužel jsem se ještě nesetkal s výrobcem betonů, který by pro betony ve třídě zpracovatelnosti S3 – čerpatelné betony, garantoval pro danou třídu pevnosti modul pružnosti tak, jak předpokládá uvedená ČSN. Jestliže však pro danou třídu betonu není dodavatel schopen dodržet základní modul pružnosti, v jakém stavu jsou pak ostatní výpočtové a deformační charakteristiky betonů ovlivňující tuhost konstrukcí uvedené v tab. 1 ČSN 73 1201?

Ten, kdo už dnes přechází na statické výpočty podle norem EN, pracuje s nižšími předpokládanými moduly pružnosti, ani to však ještě nemusí znamenat soulad s realitou. Nárůst velikosti modulů pružnosti u betonů vysokých pevnostních tříd je sice podle EN pomalejší, ale například u samozhutnitelných betonů, u betonů se směsnými cementy nebo u betonů s popílkem je často nedosažitelný i tento nižší standard. Výpočtové pevnostní a deformační charakteristiky například pro samozhutnitelné betony nejsou navíc v normách obsaženy, a lze tedy jen odhadovat jejich hodnoty podle pevnostních a deformačních charakteristik betonů obyčejných hutných, uvedených v normách.

Při porovnání některých našich výsledků výpočtů podle EN a ČSN jsem pozoroval, že při použití metodiky EN jsou vypočtené deformace železobetonových konstrukcí větší a větší je i vypočtená potřeba výztuže. Je možné, že tento rozdíl je dán buď lepším popisem pevnostních a deformačních charakteristik betonů, nebo přísnější metodikou výpočtu. Jsou-li příčinou právě jen lépe popsané pevnostní a deformační charakteristiky betonů (horší než předpokládá ČSN), lze očekávat, že deformace vypočtené podle metodiky ČSN budou mírně řečeno optimistické. A nejen deformace.

Při používání betonů vyšších pevnostních tříd (C25/30 a více) a u betonů zvláštních vlastností doporučuji proto vždy ověřit dosahované moduly pružnosti i ostatní pevnostní a deformační charakteristiky, a to přímo u výrobců v místě stavby.

Všechny výpočty zmíněné v tomto textu provedl Ing. Stanislav Peša pomocí programů Nexis a ESA PT.

Příspěvek vznikl s pomocí výstupů výzkumného projektu Ministerstva průmyslu a obchodu ČR č. FI-IM/184 Vývoj samozhutnitelných betonů s využitím průmyslových odpadů a jejich využití pro monolitické stavby a prefabrikované dílce a firmy Stappa mix, s. r. o., Brno.

PETR JASAŇ

foto a obrázky autor

Ing. Petr Jasaň (*1960) absolvoval FAST VUT v Brně v r. 1986 (obor pozemní stavby, specializace programování vědeckotechnických výpočtů). Problematice stropních konstrukcí ze železobetonu se věnuje již více než 15 let. Je majitelem specializované stavební firmy.