Nosné konstrukce železobetonové montované (skelety)

7.4.2.2

Nosné konstrukce železobetonové montované (skelety)

Montované železobetonové skeletové soustavy se vyznačují výhodami společnými pro všechny montovan é konstrukce a navíc v porovnání s panelovými stavbami ještě tím, že se až na výjimky skládají pouze z tyčových prvků, které se snadněji vyrábějí, dopravují i montují než velkoplošné stěnové panely. Prvky skeletu se mohou při výrobě předpínat zabetonovanými strunami (předem předpjaté prvky) nebo na stavbě spínat kabely, protaženými kanálky, vytvořenými při jejich výrobě (dodatečně předpínané prvky). V porovnání s konstrukcemi monolitickými přistupuje jeden zásadní problém – styky jednotlivých prvků, které musí zajistit nejen požadované statické vlastnosti konstrukce, ale podílejí se značnou měrou na životnosti celé konstrukce a její ekonomice. Právě v těchto třech kategoriích si montované skelety hledají své postavení v porovnání s monolitickými konstrukčními systémy.

Z tohoto hlediska také můžeme sledovat filosofii vývoje montovaných konstrukčních systémů – od maximální univerzálnosti (spojené mnohdy s nevhodným modulovým řešením, neekonomickým a neforemným tvarem prvků i neodpovídajícím vyztužením) k účelově navrženým konstrukcím, využívajícím vyspělých výpočetních metod, možností současné prefabrikace a ochoty výrobců ke tvořivé spolupráci.

Z obecného hlediska se pozornost zaměřuje na hledání vhodného tvaru a druhovosti prvků, zjednodušení jejich styků a zvětšení rozponů při snížení výšky a hmotnosti horizontálních konstrukcí (průvlaků a stropních prvků).

Skeletový systém je rozšířen hlavně v občanské výstavbě, vícepodlažní skelet lze použít z konstrukčního hlediska pro všechny druhy staveb a jejich uspořádání, rozpony, zatížení i počty podlaží. Při rozhodování o jeho použití rozhodují především hlediska ekonomická a způsobilost zhotovitele k efektivnímu provádění navrženého konstrukčního systému.

 NahoruVýhody montované konstrukce

Montované konstrukce odstraňují některé nevýhody monolitických konstrukcí (pracné bednění, vliv počasí atd.), ale zároveň vytvářejí nové problémy, které jsou však v dnešní době téměř minimalizovány. Jedním z nich je nutnost nasazení těžké mechanizace (k dopravě a manipulaci), avšak oproti monolitickým konstrukcím mají montované konstrukce tyto výhody:

• Průmyslová výroba dílců je nezávislá na klimatických vlivech.

• Dílce z výrobny mají předpoklad být kvalitnější (standardní postupy, podmínky, vybavení, zapracovaná obsluha). Betonáž v optimálních podmínkách umožňuje výrobu betonu nejvyšších tříd.

• Hromadná tovární výroba umožňuje dokonalé zmechanizování výrobního procesu a využití nejvýhodnějších výrobních technologií (vibrování, lisování, válcování, propařování, vakuování apod.).

• Odpadají problémy spojené s bedněním včetně podpůrných konstrukcí a lešení.

• Bednění tvarově složitých průřezů je ve výrobně snadnější než na stavbě.

• Prefabrikované dílce mohou mít staticky výhodnější průřezy.

• Smršťování, které provází tuhnutí a tvrdnutí betonu, proběhne z větší části ve výrobně.

• Prefabrikované systémy umožňují optimalizovat výpočetní model vzhledem k vnějším zatěžovacím účinkům prostřednictvím statických vlastností styků (tzn. vhodnou volbou spojovacích vazeb dosáhnout vyšší efektivnosti využití materiálu a konstrukce).

• Odstranění mokrého procesu ze stavby zkrátí dobu výstavby o odbedňovací lhůty. Urychlení výstavby znamená úsporu nákladů.

 NahoruNevýhody montované konstrukce

Naproti tomu mají montované konstrukce nevýhody:

• Prvky je třeba z ekonomického hlediska vyrábět sériově ve velkém množství. Vede to mnohdy k jednotvárnosti řešení montovaných staveb.

• Obtížnost dopravy dílců na staveniště je závislá na konkrétních podmínkách, což omezuje rozměry a hmotnost prvků a ovlivňuje modulové řešení objektů.

• Spoje prvků jsou nejchoulostivější částí konstrukce. O únosnosti konstrukce rozhoduje pevnost spojů a průřezy prvků mohou být ze statického hlediska nevyužity.

• Dílce musí být vyztuženy nejen pro plánované zatížení, ale také s ohledem na přepravu, která vyvozuje zcela odlišná namáhání.

Z tohoto výčtu však nelze jednoznačně rozhodnout, zda je výhodnější monolitická nebo montovaná skeletová konstrukce či jejich kombinace (např. filigránové stropní konstrukce). Traduje se, že montované dílce, jako jsou stropní desky, trámy, stěny, sloupy, překlady, se uplatní u staveb, kde se využije větší počet těchto dílců (obchodní centrum, výšková budova atd.), ale i v těchto případech to neplatí obecně.

Je třeba vždy srovnávat, jak celý stavební proces splňuje podmínky, které jsme mu nastavili. Optimální konstrukční systém vícepodlažních budov musí mít dostatečně širokou variabilitu konstrukčně skladebného řešení nosné konstrukce – především rozponů stropní konstrukce, tvaru, řešení a uspořádání svislé i vodorovné nosné konstrukce jak v půdorysu, tak i po výšce budovy.

Rozhodující podíl na celkovém objemu dílců mají dílce vodorovné konstrukce (cca 70 – 90 %), z toho představují stropní dílce asi 50 až 80 %. U systémů s průvlaky tvoří objem průvlaků a vodorovných ztužidel asi 15 až 25 %, 10 až 20 % tvoří objem dílců svislé konstrukce. Z toho je patrné, že rozhodující úlohu v ekonomii systému z hlediska materiálu (beton, výztuž) má především způsob řešení vodorovných stropních konstrukcí.

V současné stavební praxi se klade velký důraz především na rychlost, cenu, kvalitu a případně výjimečnost dodávaných stavebních objektů. V případě rekonstrukcí, přístaveb a podobně jsou požadavky rozšířeny o "přizpůsobivost“ stávajícím konstrukcím. Cena stavebních děl dnes úzce souvisí především s produktivitou práce přímo na staveništi, neboť tato složka je relativně vysoká vzhledem k celkovému objemu finančních nákladů a významně ovlivňuje celou rentabilitu zakázky. Ostatní složky ceny (projekt, materiál, technické vybavení, zisk atd.) jsou většinou předem známé nebo dobře předvídatelné.

Hotová konstrukce musí být po dokončení používána podle předpokladu dokumentace stavby, plánovitě kontrolována a udržována tak, aby bylo dosaženo předpokládané návrhové životnosti a byly odhaleny nedostatky nebo případné neočekávané chování.

VYBRANÉ NORMY Z OBLASTI MONTOVANÝCH KONSTRUKCÍ

 NahoruVybrané normy

ČSN 72 3000
Výroba a kontrola betonových stavebních dílců. Společná ustanovení

Datum schválení: 18. 3. 1986, datum účinnosti od 1. 2. 1987. Nahrazuje ČSN 72 3000 z 21. 3. 1973.

Tato norma platí pro výrobu, kontrolu a dodávání stavebních dílců z hutného cementového betonu prostého, železového, předpjatého, popř. speciálně vyztuženého (např. beton s vlákny). Pro stavební dílce z jiných betonů, pro které jsou vydány zvláštní normy, platí ustanovení této normy jen v rozsahu, který je příslušnými normami vymezen.

ČSN 73 2480
Provádění a kontrola montovaných betonových konstrukcí

Datum schválení: březen 1994, datum účinnosti od 1. 4. 1994. Změny a opravy: Z1 12.03t.

Norma platí pro provádění a kontrolu montovaných konstrukcí z betonových a keramických dílců stavebních objektů pro bydlení, objektů občanského vybavení a objektů pro průmyslovou, rostlinnou a živočišnou výrobu. Provádění a kontrola montovaných betonových konstrukcí zahrnuje dodávání a přejímku dílců, dopravu dílců na staveniště, skladování na staveništi, montáž, ochranu proti korozi, kontrolu montážních prací a smontovaných objektů při přejímce a opravy vad. Pro výrobu dílců platí příslušné předmětové normy. Norma platí rovněž pro montované betonové konstrukce, které podpírají ocelové konstrukce nebo jsou jimi podpírány, popř. které doplňují monolitické betonové konstrukce. Tato norma se nevztahuje na provádění a kontrolu pórobetonových konstrukcí.

ČSN 73 2401
Provádění a kontrola konstrukcí z předpjatého betonu

Datum schválení: 16. 8. 1986, datum účinnosti od 1. 1. 1989. Nahradila ČSN 73 2401 ze 17. 12. 1969. Změny a opravy: Za 1.88, Z2 4.95t, Z3 4.98t, Z4 1.06t.

Norma platí pro provádění a kontrolu konstrukcí z obyčejného hutného předpjatého betonu, navržených podle ČSN 73 1201 Navrhování betonových konstrukcí. Pro konstrukce z jiných druhů předpjatého betonu a pro konstrukce a dílce z předpjatého betonu, pro které platí zvláštní normy, popř. předpisy, platí tato norma jen v rozsahu vymezeném normami, popř. předpisy, platnými pro tyto konstrukce. Velmi podrobná norma obsahuje požadavky na beton, injektážní maltu a předpínací výztuž, bednění, výrobu a ukládání betonové směsi, ukládání výztuže, předpínání, injektování, dopravu a skladování dílců, kontrolu jakosti materiálu a konstrukcí a další. Upozorňujeme zejména na změnu 3/1998, kterou se mění ustanovení asi 11 článků v souvislosti s vydáním ČSN EN 445 (73 2408) Injektážní malta pro předpínací kabely – Zkušební metody, ČSN EN 446 (73 2409) Injektážní malty pro předpínací kabely – Postupy injektování a ČSN EN 447 (73 2410) Injektážní malta pro předpínací kabely – Požadavky na běžnou maltu.

ČSN P ENV 13670-1 (732400)
Provádění betonových konstrukcí – Část 1: Společná ustanovení

Datum schválení: červenec 2001, datum účinnosti od 1.8. 2001. Změny a opravy: Z1 12.03t. Tato norma nahradila ČSN 73 1209 Vodostavebný betón , ČSN 73 2400 Provádění a kontrola betonových konstrukcí a ČSN 73 2402 Provádění a kontrola konstrukcí z lehkého betonu z umělého pórovitého kameniva .

Tato norma zahrnuje ustanovení pro provádění a kontrolu betonových konstrukcí z obyčejného betonu, z lehkého betonu s pórovitým kamenivem a z předpjatého betonu. Definuje požadavky vedoucí od návrhu k realizaci betonové konstrukce. Stanovuje požadavky na provedení jednotlivých výrobků, jako je čerstvý beton, výztuž, prefabrikované betonové dílce apod., které jsou použity pro zhotovení konstrukce. Ustanovení normy zajišťují předpokládanou úroveň mechanické odolnosti a stability betonové konstrukce, vytvořené z těchto komponentů. Norma obsahuje soubor technických požadavků na provádění, které je třeba splnit při objednávce betonové konstrukce a dává projektantovi podklad k tomu, aby zhotoviteli stavby poskytl všechny potřebné technické informace, nezbytné pro provádění konstrukce.

Tuto normu lze používat jako alternativu k normám ČSN 73 2401 Provádění a kontrola konstrukcí z předpjatého betonu a ČSN 73 2480 Provádění a kontrola montovaných betonových konstrukcí, které jsou ponechány v platnosti.

ČSN 27 0140-1
Jeřáby a zdvihadla. Projektování a konstruování. Společná ustanovení

Datum schválení: 18. 8. 1986-08, datum účinnosti od 1. 11. 1987. Změny a opravy: Za 4.89t, Zb 5.91, Zc 9.91. Spolu s částí 2 až 6 ČSN 27 0140 a částí 1 a 2 ČSN 27 0141 z 11. 7. 1986 nahradila ČSN 27 0140 z 5. 12. 1978.

Tato první norma ze souboru šesti částí ČSN 27 0140 vymezuje pravidla platnosti jak z pohledu druhu mechanizmů, tak z horizontu časového a legislativního. Všechny další části se na tuto část odvolávají. ČSN 27 0140-2 obecně stanoví a blíže specifikuje volné vzdálenosti (vůle), které umožní bezpečný pohyb jeřábu a bezpečný pohyb pracovníků, kteří se nacházejí v pracovním dosahu jeřábu. Všechny tyto vzdálenosti jsou znázorněny graficky.

 NahoruPRVKY MONTOVANÝCH SKELETŮ

Prvky montovaných skeletů

Prostorově působící nosný prefabrikovaný systém budovy je z jednotlivých prefabrikovaných dílců vytvořen prostřednictvím styků. Únosnost a tuhost styků mají zásadní význam pro vzájemné spolupůsobení prefabrikovaných dílců, redistribuci namáhání mezi jednotlivými prvky systému a zajištění tuhosti a stability systému. Styky dílců musí být navrženy tak, aby se montovaná konstrukce co nejúčinněji zmonolitnila a vyrovnala se po statické stránce konstrukci monolitické, případně ji předčila (při konstrukci předpínané). Konstrukční řešení styků je proto závažným problémem, při kterém se střetávají mnohdy protichůdné požadavky: spojení musí být jednoduché a málo pracné, a přitom musí vykazovat potřebnou pevnost, tj. být schopné bezpečně přenášet síly, které na ně působí a současně musí vyhovovat i požadavkům estetickým a uživatelským.

Pro posouzení statické bezpečnosti prefabrikovaných systémů je rozhodující výstižné určení statických vlastností styků nosných dílců, zejména jejich tuhosti a únosnosti. Styky jsou zpravidla nejslabším článkem nosného systému a místem nejčastějších poruch. Hlavní příčinou je proměnlivá a nízká pevnost v soudržnosti (adhezi) mezi zálivkovým stykovým betonem a betonem prefabrikovaných dílců, zpravidla menší pevnosti i odlišné ostatní fyzikální a mechanické vlastnosti zálivkového betonu vzhledem k jeho odlišnému složení (zejména větší podíl jeho kapalné složky, drobnější kamenivo), odlišnému zpracování (prefabrikované dílce jsou řádně zhutněny, vakuovány apod. a tuhnou a tvrdnou za optimální a řízené teploty a vlhkosti) a porušení spojitosti výztuže v místě styků.

Ze statického hlediska může být spojení dílců tuhé, kloubové nebo s různým stupněm tuhosti. Spojení se provádí za mokra (zálivkami), za sucha (svařováním) nebo kombinací (svařováním i zálivkou), případně spínáním ocelovými kabely. Ověřovány byly i jiné možnosti, jako je např. lepení tyčových prvků i jejich spojení VP šrouby. Použitý způsob spojení vychází ze statického řešení konstrukce a je výrazně motivován hledisky výrobními a montážními.

 NahoruStyky průvlaků

Styky průvlaků

Konstrukce styku průvlaků závisí na druhu a velikosti namáhání (posouvajících sil popř. momentů), které má styk přenášet.

Obr. č. 1: Styky různé tuhosti

Při stykování krátkých krakorcovitě přečnívajících průvlaků (např. u středních chodbových traktů), přenáší styk nepatrné svislé síly a může být konstrukčně řešen prostým srazem konců průvlaků a jejich spojením svařením pomocí příložek. Pokud má jeden průvlak podporovat druhý, používá se styk s uložením na ozub. Vzájemnou polohu prvků spoje je třeba zajistit svařením pomocí příložek na horní nebo boční ploše průvlaků. Při velkém zatížení vloženého pole na podporový průvlak se používají ozuby ocelové, vytvořené ocelovými botkami, kotvenými do průvlaku.

Obr. č. 2: Montážní styky průvlaků

Pokud to namáhání průvlaku vyžaduje, musíme konstrukčními úpravami zajistit návaznost vyztužení spojovaných dílců. K nejpoužívanějším způsobům spojování podélné výztuže dílců ve styku patří spoj oky (smyčkami) a spoje používající svařování. Dodatečné zabetonování nebo zálivka cementovou maltou styk zmonolitní a chrání ocelové spojovací součásti před korozí.

Spoj s oky (smyčkami) a betonovou zálivkou, vycházející z praxe monolitických konstrukcí, využívá odporu oka, zakotveného do betonové zálivky, proti vytržení. Vytržení oka ze zálivky brání pevnost betonu zálivky ve smyku (beton ovinutý smyčkou) a v tlaku (sevření betonu v prostoru protilehlých ok). Zvýšení tuhosti lze dosáhnout vložením prutu anebo čepu (závlače) do ok protilehlých smyček. Prostor styku musí být dostatečně velký, aby umožňoval řádné uložení a zpracování betonové zálivky.

Obr. č. 3: Stykování dílců oky výztuže

Spojování dílců svařováním patří k nejrozšířenějším a současně k nejspolehlivějším způsobům spojování. Zpravidla se stykují pruty rovné a způsob jejich svařování vychází z technologie svařování (přístupnost, pracnost). Nejčastěji se používají koutové sváry, ojediněle sváry na tupo. Málo vhodné jsou zejména jednostranné sváry. Jednotlivé pruty se stykují obvykle pomocí příložek (z páskové oceli, betonářské oceli, úhelníků apod.), které snižují výstřednost připojení, řeší vyrovnání výrobních tolerancí a vytvářejí prostředí pro exaktní provedení sváru i následné zálivky. Svařování tažených prvků bez pomocných spojovacích prostředků je pracnější a klade vysoké nároky na přesnost výroby.

Obr. č. 4: Příklady stykování tahové výztuže

Pro spojování většího počtu výztužných vložek v jednom místě se používá podkladních spojovacích destiček. Spojovací deska musí mít dostatečnou tuhost a je vhodné ji opatřit otvory pro dokonalé zaplnění styku zálivkou.

Pro úplnost se zmíníme o některých méně obvyklých způsobech spojování tažené výztuže. Výztužné prvky lze stykovat přesahem vyčnívající výztuže nebo kotevní rohoží a zálivkou (např. při stykování průvlaků uložených na konzolách sloupu apod.), šroubovými, svorníkovými a klínovými spoji. Všechny tyto spoje jsou poměrně pracné, vyžadují zvláštní úpravu vložek a tvarování prefabrikovaných dílců. Jsou náročnější na spotřebu oceli. Výhodou spojů šroubových, svorníkových a klínových je možnost případné demontáže, resp. dodatečné rektifikace konstrukce. Umožňují také vyloučit z montáže mokré procesy a je možné předpokládat jejich využití u dočasných a přemístitelných staveb.

 NahoruTvar průvlaků

Tvar průvlaků

Rozměry příčného průřezu průvlaku jsou závislé na celkovém řešení systému, především styku se sloupem, na jeho rozponu a zatížení. Ze statického hlediska je vhodný obdélníkový průřez s větším rozměrem ve směru výšky (cca 3:2). Nevýhodou tohoto řešení je viditelný průvlak, který ovlivňuje koncepční řešení vnitřního prostoru objektu. Omezuje dělení a variabilitu vnitřních prostorů a zpravidla se dotýká druhovosti kompletačních prvků. Tvary viditelných průvlaků se v průběhu vývoje ustálily na profilu obráceného T, který je konstrukčně i staticky optimální. Umožňuje vhodné uspořádání výztuže, stykování sloupů i uložení všech typů stropních prvků. Lze ho využít pro všechny velikosti zatížení i rozpětí. Krajní průvlaky (a také krajní ztužidla) mohou mít nesymetrický průřez tvaru L. Při současném přístupu k řešení interiérů není dělení prostoru vystupujícími průvlaky podstatnou nevýhodou.

Obr. č. 5: Tvar průvlaků a vztah k obestavěnému prostoru

Konstrukčním řešením se skrytými průvlaky, rozšířeným především v občanské výstavbě, snížíme konstrukční výšku podlaží a získáme rovný podhled nosné konstrukce v celém podlaží. V přiměřené míře dosáhneme i zvětšení modulové vzdálenosti podpor (např. při průvlacích šířky 1200 – 1500 mm rozpětí pole 7,20 m u běžných a 9,0 m u předpjatých stropních prvků). Je to ovšem vyváženo vyšší náročností na dimenzování stropních prvků (větší spotřeba oceli průvlaků), a tím je toto řešení směrováno na konstrukce odpovídajícího zatížení (lehké skelety pro občanskou vybavenost).

Zvláštním případem jsou průvlaky spřažené se stropní deskou, spínané nebo vytvořené ze žeber stropních dílců.

Obr. č. 6: Méně obvyklé řešení průvlaků

Délky průvlaků jsou určovány přípustnou hmotností z hlediska výroby, přepravy a montáže, řešením styků se sloupy a statickým uspořádáním. Různé způsoby styků v jednom systému zvyšují druhovost prvků. V klasických obdélníkových průvlacích nelze provádět prostupy, s výjimkou rozměrově velmi malých otvorů.

Při návrhu průvlaku je třeba uvážit obě stádia statického působení:

• montážní stadium, kdy jsou průvlaky staticky určité nosníky,

• provozní stadium, ve kterém jsou součástí staticky neurčité rámové konstrukce.

U průvlaků v krajních polích je nutné uvážit vliv kroutících momentů od nesymetrického zatížení stropních dílců.

Obr. č. 7: Kroucení krajních průvlaků

Ze statického hlediska je výhodné dělit průvlaky na dílce v místech minimálního namáhání, provozní a montážní požadavky mnohdy vyžadují kompromisy. Z montážního hlediska je snaha, aby zdvihací prostředky byly optimálně využity a konstrukce byla dělena na co nejméně dílů. Při řešení koncepce systému je třeba si uvědomit, že průvlaky vzhledem ke své funkci vycházejí vzhledem k ostatním prvkům systému hmotnostně nejhůře. Např. sloup 400 x 400 mm pro k. v. 3300 mm má hmotnost cca 1230 kg, dělený průvlak pro rozpětí 6000 mm má hmotnost cca 3300 kg. Obdobně je tomu v porovnání se stropními dílci. Varianty dělení průvlaků se nabízejí zejména při nestejných modulových rozměrech rámových polí.

 NahoruStyky sloupů

Styky sloupů

Sloupy přenášejí účinky svislých a vodorovných namáhání. K obecné problematice návrhu zde přistupují otázky jejich vzájemných styků a styků s vodorovnými konstrukcemi, zejména ve vztahu k technologii výroby a montáže. Používání omezeného počtu (např. jednoho, výjimečně dvou druhů sloupů v rámci jedné konstrukční soustavy) vyvolává potřebu sjednocení řešení rámových styčníků a zmenšení druhovosti dílců. Změnou kvality betonu, jakostí a množstvím vyztužení lze dosáhnout i při jednom rozměru sloupu přijatelného odstupňování v únosnosti sloupů v závislosti na průběhu namáhání sloupů po výšce konstrukce. Jednotlivé sloupy shodného tvaru s různou únosností je třeba řádně označit, aby nedošlo při montáži k jejich záměně. Součástí označení musí být i datum výroby.

Nejčastěji jsou používány sloupy obdélníkového nebo čtvercového průřezu rozměru (300 až 600) mm x (300 až 900) mm. Větší rozměr je zpravidla situován ve směru průvlaku (rámu), aby byla využita jeho větší ohybová tuhost. Délka sloupů (např. u soustav s průběžnými sloupy) je omezena pouze přepravními a montážními možnostmi. Nejmenší rozměr prefabrikovaného sloupu je podle ČSN 150 mm, poměr menší strany obdélníkového průřezu k většímu rozměru větší než 0,25. Pro manipulaci jsou sloupy opatřeny kruhovými otvory, případně jinými prostředky (např. kotvami, závěsy, háky).

V případě použití sloupů s různým průřezem jsou zpravidla sloupy po obvodě objektu situovány tak, aby vnější plochy nad sebou uložených sloupů lícovaly. V těchto případech je třeba uvážit též důsledky zvýšené výstřednosti svislého zatížení.

Sloupy se stykují čelním srazem. Horní zhlaví je obvykle rovinné s vyčnívající hlavní podélnou výztuží, dolní je opatřeno stykovacími profily nebo otvory pro připojení hlavní výztuže sloupu spodního. Mezi čely sloupů je zálivka (obvykle z cementové malty, případně ze speciálních tmelů a pryskyřic), volně nanášená na stykovanou plochu nebo dodatečně vtlačovaná injektážním způsobem po uložení horního sloupu. Přenesení ohybových momentů rámové konstrukce zajišťují spojovací prostředky, například:

• pruty betonářské oceli vyčnívající z hlavy sloupů, navléknuté do otvorů v patě sloupu vyššího podlaží. Styk je třeba dodatečně injektovat cementovou maltou,

• hlavy a paty sloupů okované úhelníkovými rámečky, které se po osazení navzájem svaří,

• rohové pruty betonářské výztuže, vyčnívající z hlavy sloupů a výztuž v patě horního sloupu (obvykle ve formě úhelníků), které se vzájemně svařují. U sloupů většího průřezu (obvykle nad 500 x 500 mm) se používá více styků. Výztuž v patě horního sloupu může být ve formě úhelníků nebo plné kovové desky.

Obr. č. 8: Tuhé montážní styky sloupů

Obr. č. 9: Kloubové montážní styky sloupů

 NahoruZÁKLADNÍ TYPY MONTOVANÝCH SKELETŮ

 NahoruZákladní typy

Charakteristickým znakem montovaného železobetonového skeletu jsou prefabrikované tyčové prvky (sloupy, průvlaky), případně již ve výrobě vytvořené části rámů, které se na stavbě spojují v příčné nebo podélné rámy. Možností dělení konstrukce na konstrukční prvky, volba jejich tvarů a řešení konstrukčních spojů (a také jejich třídění) je celá řada. Uvedeme je v následujícím členění:

1. Rámové (průvlakové) skelety

   • s probíhajícími viditelnými průvlaky,

   • s probíhajícími skrytými průvlaky,

   • s probíhajícími sloupy a viditelnými průvlaky,

   • s probíhajícími sloupy a skrytými průvlaky,

   • s plošnými dílci z tyčových prvků s viditelnými příčlemi (podle tvaru tzv. H-rámy, Π-rámy, T,L-rámy apod.).

2. Hlavicové (hřibové) skelety.

3. Deskové skelety.

Každá varianta má v určitých oblastech využití své přednosti i nevýhody, které je třeba zohlednit při řešení návrhu konkrétní aplikace.

Pro uvedené soustavy je charakteristický tzv. stavebnicový systém, jehož základem je unifikované řešení stykových uzlů a tvaru nosných průřezů dílců. Sloupy jsou umísťovány v modulové osnově, nejčastěji (n x 50) mm x (n x 50) mm. Poloha sloupů vzhledem k modulové osnově může být v podstatě trojí:

• středy os sloupů se kryjí s průsečíky čar osnovy,

• čáry osnovy leží v lící obvodových sloupů,

• je použita modulová osnova s vložkou.

Málo častým případem je posunutí průsečíku čar osnovy od těžiště sloupu o rozměr menší, než je polovina rozměru sloupu. Ve skladbě nosné konstrukce je vhodné použít jednoho způsobu skladby. Volbu ovlivňuje zejména druhovost, rozměry a konstrukční úprava doplňkových konstrukcí, zejména obvodových plášťů. K vzájemné nezávislé skladbě doplňkových dílců a vnitřní nosné konstrukce (především sloupů) dochází při posunutí modulových osnov (nosné a kompletační), přičemž toto posunutí nemusí být o celý násobek rozměru základní modulové osnovy. Při tomto řešení se snižuje druhovost dílců jak rozměrová, tak konstrukční.

Osa výškové skladebné modulové soustavy se umísťuje do horního líce stropní konstrukce nebo čisté podlahové konstrukce. Rozměrově je to zpravidla násobek 300 mm.

Aby bylo možné umístit dílec do projektované modulové osnovy, nesmějí jeho výrobní rozměry překročit určité dovolené tolerance, vymezené tzv. skladebným rozměrem dílce. Vyrobený dílec musí vyhovovat také tvarovým a plošným tolerancím (mezním odchylkám rovinnosti, přímosti, rovnoběžnosti, pravoúhlosti, popř. jiným, předem definovaným tvarovým a povrchovým úpravám). Je samozřejmé, že s těmito odchylkami musí korespondovat i přesnost vytyčení půdorysné a výškové osnovy objektu, osazení dílce a jeho urovnání do projektované polohy.

Rámové skelety
Skelety s průběžnými viditelnými průvlaky

 NahoruPrůběžné viditelné průvlaky

Základním nosným prvkem konstrukce jsou rámy složené z jednopodlažních sloupů a průvlaků. Tyčové prvky těchto skeletů umožňují jednoduchou výrobu i montáž. Nevýhodou je v klasickém provedení viditelnost průvlaků a malá délka sloupů v porovnání s délkou průvlaků (zdvihací mechanizmus navržený na tíhu nejtěžšího prvku není optimálně vytížen). Na příruby průvlaku jsou prostě uloženy stropní panely. V běžném případě (např. při stejné modulové vzdálenosti sloupů rámu) se průvlaky stykují v ose vnitřních sloupů.

 NahoruČapkův spoj

Standardem pro stykování sloupu s průvlakem se u nás stal spoj, využívající ke stykování vyčnívající výztuže z hlavy sloupů, provlečené otvory v průvlaku. Podle autora patentu se nazývá Čapkův spoj. Jeho řešení je vhodné jak pro výrobu prefabrikátů, tak pro montáž dílců na stavbě. Umožňuje vyrovnání výrobních a montážních tolerancí, snadný přístup ke stykovaným prvkům i zmonolitnění spoje. Pokud se týká tuhosti tohoto spoje, je třeba ji posuzovat vždy v konkrétních podmínkách (tvar a výztuž prvků). Kromě stykovaných prvků výztuže a betonové zálivky přispívá tuhosti spoje též stlačování tíhou konstrukce, působící v horním sloupu. Tato tíha se směrem k horním patrům zmenšuje, aby ve střešní části zcela vymizela (výztuž sloupu je zde kotvena do ocelové desky). Z teoretického hlediska se proto tuhost spoje směrem k vyšším patrům zmenšuje. V běžných případech dispozičního řešení objektu obvykle považujeme tyto spoje jako dokonale tuhé, při výjimečných aplikacích užijeme některý ze způsobů ztužení (např. zavětrovací stěny).

Obr. č. 10: Konstrukční řešení styku průvlaku nad sloupem

Průvlaky jsou obvykle navrhovány ve dvou základních tvarech – průřezu T pro rámy uvnitř objektu a průřezu L jako průvlaky obvodové. Vyložení příruby musí odpovídat požadavku na uložení stropního prvku – panelu (obvykle 100 mm). Obdobně tomu je při návrhu snížení příruby, kdy musíme počítat s výškou panelu a vrstvou cementového tmelu (např. 260 mm pro předpjaté panely SPIROLL nebo železobetonové panely dutinové výšky 250 mm). U obvodového průvlaku musíme řešit kotvení obvodového pláště.

 NahoruDělení průvlaků u vícetraktových soustav

 NahoruDělení průvlaků

Průběžné průvlaky se dělí u pravidelných rámových polí (např. 6 + 6 m, 6 + 6 + 6 m) zpravidla nad sloupy Průvlaky mohou být u krajních sloupů konzolovitě prodlouženy do průčelí – fasádní stěna je pak od sloupů odsazena a může být volně členěna. Obdobně může být průvlak prodloužen ve vnitřním poli – umožňuje vhodné překlenutí středního traktu nebo vložení dalšího průvlakového dílu.

Obr. č. 11: Příklad dělení průběžných průvlaků

Dělení průvlaků na montážní díly je třeba zvážit nejen z hlediska statického. Spoj průvlaků nad sloupem je výrobně i montážně složitější, a proto časově a nákladově náročnější.

Obr. č. 12: Porovnání variant stykování sloupu a průvlaku

 NahoruZtužení proti vodorovnému namáhání

 NahoruZtužení

Vodorovnou tuhost skeletové konstrukce ve směru rámu zajišťují zpravidla samotné rámy. Ve směru kolmém na rámy musíme do konstrukce vkládat ztužující prvky, které se sloupy (případně mezisloupy) vytvoří plošné konstrukce (rámy, příhradové nosníky) vzdorující očekávaným namáháním. V běžných případech jsou to tyčové prvky – ztužidla – vkládané do stropní roviny, které mohou být v případě potřeby doplněny ztužujícími stěnami, vloženými mezi sloupy a průvlaky nebo ztužidla. Tuhost vlastní stropní konstrukce se zajišťuje zmonolitněním stropní konstrukce zálivkami, vloženou kleštinovou výztuží do spár mezi panely, ztužidla a průvlaky v případě potřeby doplněnou i křížovými táhly.

Obr. č. 13: Prvky ztužení tyčového skeletu

Prefabrikovaná ztužidla mají na obou koncích upravená zhlaví pro uložení na příruby průvlaků. Ve spodní části boční strany zhlaví jsou umístěny kotevní desky, sloužící k přivaření k odpovídající kotevní desce na přírubě průvlaku. Vyčnívající výztuž z čela ztužidla slouží ke stykování s průvlakem v jeho horní části i propojení se ztužidlem protilehlým. V případě použití delších ztužidel a mezisloupů (např. pro moduly 7200 nebo 8400 mm) prochází výztuž mezisloupu otvory ve ztužidle. Výška ztužidel obvykle odpovídá výšce průvlaku (např. 440 mm), šířka vnitřních vložených ztužidel se obvykle navrhuje 290 mm a obvodových vložených 390 mm. Uvedený příklad vloženého ztužidla umožňuje variantní polohu ztužidla vzhledem k ose sloupu.

Obr. č. 14: Příklad styku vloženého ztužidla

Ztužidla mají kromě své prvotní statické funkce i funkci konstrukční v tom smyslu, že po obvodě objektu zasahují do koncepčního řešení fasády. Pro tradiční obvodové pláště (vyzdívané, keramické panely apod.) se vyráběla řada ztužidel pro pláště v úrovni sloupů, předsazené i na konzolovém vyložení. Tomu odpovídaly i náročné požadavky na krytí čel průvlaku a na jejich únosnost. Z tohoto hlediska je při současném návrhu montovaného objektu snaha snížit druhovost obvodových prvků skeletu využitím možností systémového řešení fasádních plášťů.

Ztužující stěny, vkládané mezi tyčové dílce, vytvářejí ze statického hlediska ideální ztužující prvek (doporučované jsou v obou směrech), z ostatních hledisek tak výhodné nejsou. Rozdělují nevratným způsobem dispozici. Musí mít pro svou funkci určitou tloušťku (např. 200 mm), a tím je spolu s dopravními a montážními omezeními dána nutnost dělit stěny na menší montážní díly. Narůstá pracnost výroby (stěnových prvků, ale také sloupů a průvlaků) i montáže. Kromě cca 20 konstrukčních svárů je třeba zalít betonovou směsí hmoždiny svislých styků. Nakonec všechny kotevní styky a spáry zapravit. Do ztužujících stěn je možné navrhnout za cenu zvýšení druhovosti prvků otvory. Proto je třeba vyhodnotit, zda je použití ztužujících stěn ekonomicky přijatelné a zvážit možnost výhodnějšího řešení, které splní zdůvodněné statické požadavky (např. i konstrukce jiného systému, případně samostatné zavětrovací konstrukce).

Stěny, jako součást skeletové konstrukce, je vhodné navrhovat tam, kde mají současně funkci dělicí, zvukově izolační, ochrany proti vlivům vnějšího prostředí a další (např. zdi štítové, schodišťové, dilatační stěny, instalační a ventilační šachty, popř. i stěny obvodové).

 NahoruDilatace nosné konstrukce

 NahoruDilatace

Nutnost dilatovat části objektu vytváří potřebu řešit též řadu konstrukčních otázek, souvisejících s úpravou tvaru prvků v místě styku dilatovaných sekcí a jejich styků. Často se zvyšuje tvarová druhovost prvků, komplikuje se ztužení objektu a je třeba individuálně navrhovat řadu konstrukčních detailů. Proto musíme již ve stadiu návrhu koncepce zodpovědně zvážit vlivy, které nutnost dilatace podmiňují (případně učinit opatření, která dilataci nosné konstrukce vylučují) a koncepci objektu navrhnout tak, aby nezbytná dilatace byla z konstrukčního hlediska co nejjednodušeji řešitelná.

Obr. č. 15: Příklad řešení dilatace nosné konstrukce

 NahoruŘešení schodišť a svislých prostupů

 NahoruSchodiště a prostupy

Umístění schodišť situovaných do půdorysu montované stavby a rozměrných svislých prostupů vždy znamená citelný zásah do koncepce řešení montovaného skeletu. Zvyšuje se druhovost tyčových i plošných prvků, zvyšuje se náročnost montážních prací a komplikují se i základové práce. Při navrhování schodišť je proto třeba současně zvažovat možnosti, které montovaná soustava pro požadovaný typ schodiště z konstrukčního hlediska nabízí, a hledat řešení, které by výhody montované konstrukce co nejméně ovlivnily. A naopak – využít konstrukce schodiště pro plnění dalších funkcí (např. ztužení objektu, vedení svislých instalací, architektonické ztvárnění fasády, vnitřní dělení prostoru apod.). Je samozřejmé, že do objektu montovaného ze železobetonových prefabrikátů lze vložit schodiště jiného konstrukčního systému – například schodiště železobetonové monolitické nebo ocelové. V této kapitole však zůstaneme u řešení klasického.

Pomineme-li exkluzivní architektonické záměry, nabízí se v podstatě dva směry situování schodišťových ramen a řada variant umístění pro dvou i víceramenné provedení.

Z konstrukčního hlediska je možno navrhovat

• schodiště s vlastní konstrukcí, která je nezávislá na konstrukci skeletu budovy,

• schodiště využívající nosnou konstrukci budovy.

 NahoruSchodiště s vlastní konstrukcí

Schodiště s vlastní konstrukcí

Jak plyne z principu řešení, schodišťová ramena mohou být situována rovnoběžně nebo kolmo k rámům. V rámci modulové sítě objektu může být celá konstrukce schodiště relativně volně posunována. Je třeba zejména kontrolovat řešení stropní konstrukce, aby nebyla narušena zásada skladby prvků a nedocházelo např. k nesmyslným "dobetonávkám“.

Jako příklad řešení tohoto typu schodiště uvádíme schodiště navrhované a vyráběné pro stavebnicovou soustavu skeletů s průběžnými viditelnými průvlaky.

Obr. č. 16: Schodiště s vlastní konstrukcí

Schodišťové panely jsou v úrovni podlaží uloženy na schodišťovém trámu, v úrovni mezipodlaží na mezipodestovém panelu. Mezipodestový panel je podepírán schodišťovými bloky. Schodišťový průvlak, který podepírá schodišťové trámy, leží jedním koncem na schodišťových blocích a druhým koncem na sloupu schodišťové konstrukce.

 NahoruSchodiště využívající konstrukci rámu

 NahoruSchodiště využívající NK

U schodiště s rameny kolmými k rámům jsou schodišťové panely uloženy z jedné strany přímo na průvlaky nosného rámu, z druhé strany leží na mezipodestě, podporované schodišťovými bloky. Bloky jsou v tomto případě samostatnou nosnou konstrukcí. Ve stropní konstrukci vzniká mezi schodištěm a schodišťovými bloky mezera (prostup), kterou je třeba konstrukčně dořešit.

Obr. č. 17: Schodiště kolmé k průvlakům využívající konstrukci skeletu

 NahoruDalší konstrukční řešení

V případě, že nám nevyhovuje situování schodišťového ramene při rámovém průvlaku, je třeba použít schodišťový trám, resp. podestový panel, uložený na ztužidlech, případně přiměřeně nadimenzovaných instalačních panelech.

Obr. č. 18: Konstrukce se ztužidly a instalačními panely

Pokud navrhneme schodišťová ramena rovnoběžně s rámy, ukládáme je v místě podesty na schodišťové trámy uložené na příruby průvlaků a na mezipodestu, podporovanou schodišťovými bloky, které jsou ukládány na průvlaky nosného rámu.

 NahoruTolerance!

Schodiště, zejména skládané z prefabrikovaných dílců, je konstrukční částí stavby, která je velmi citlivá na dodržení výrobních a montážních tolerancí. Setkává se zde několik konstrukčních a technologických fází stavby (montáž nosné konstrukce, montáž schodiště, podlahové konstrukce), které je třeba zvládnout projekčně, při výrobě prefabrikovaných dílců a jejich montáži i při řešení navazujících konstrukčních částí. Na povolené tolerance v přesnosti montáže i výroby železobetonových konstrukcí jsme odkazovali v kapitole Navrhování a provádění železobetonových skeletových konstrukcí monolitických, kde je též uvedena řada ČSN, touto problematikou se zabývajících. S příslušnou tolerancí je nutno v projektu počítat a navrhnout související konstrukce (např. skladbu podlahy) tak, aby bylo možno nepřesnosti v rámci povolené tolerance eliminovat.

 NahoruProblém prvního stupně

V praxi jsou vady vyplývající z podcenění této problematiky časté a koncentrují se do výškových úrovní nástupního a výstupního stupně. Při dokončování povrchových úprav se "neočekávaně“ zjistí, že některé stupně schodišťového ramene nelze provést v projektované výšce. Pomineme-li nedostatky ve výrobě a kontrole dílců, většina příčin spočívá v neznalosti konkrétního řešení skladby podlahových konstrukcí a povrchových úprav schodiště, případně v dodatečných změnách těchto řešení. I v těchto případech platí zásada, že jednotlivé části projektu (např. statika, stavební řešení) musí někdo koordinovat a požadované "drobné“ změny posuzovat ve všech souvislostech. Zejména v případě již vyrobených dílců jsou dopady těchto případů většinou fatální.

Obr. č. 19: Problém prvního stupně

 NahoruKonstrukční systém LOB

Konstrukční systém LOB

V současnosti není ze strany výrobců podporována hromadná výroba unifikovaných skeletů, odstupňovaných podle parametrů únosnosti a rozpětí, v podobě, kterou známe z období bouřlivého rozvoje montovaných konstrukcí v minulém století. Neznamená to však, že nelze skelety vycházející z ověřených principů uvedených soustav v současných podmínkách uplatňovat. Jen se mění přístup k jejich realizaci. Namísto výběru prvků z katalogu vyráběných dílců přichází nabídka optimálního technicko-ekonomického řešení konstrukce od výrobce. Úkolem stavebníka či spíše projektanta zůstává pouze vyhledat výrobce, který je schopen vyhovět jeho požadavkům.

Jako příklad uvedeme firmu, prezentující se skelety LOB. Jedná se o otevřený konstrukční systém, vycházející z klasického principu skeletů s průběžnými průvlaky. Celý cyklus realizace, od koncepčního návrhu, projektu, výroby dílců až po jejich montáž je zajišťován individuálně pro konkrétní zakázku. Přestože je tento konstrukční systém zaměřen (zejména z ekonomických důvodů) na občanskou a průmyslovou výstavbu, lze ho s výhodou použít v celém spektru staveb (např. u staveb v prolukách stávající zástavby, při realizování přístaveb nebo střešních nadstaveb).

Při ekonomickém návrhu tvaru prvků a jejich vyztužení pokrývá všechny kategorie zatížení i rozpětí. Pro konstrukce stropů využívá běžně vyráběné stropní desky, stropní panely, případně filigránové prvky (viz dále). Dílce nosné konstrukce jsou opatřeny ocelovými konstrukčními prvky v závislosti na použitém obvodovém plášti. Konstrukci doplňují ztužidla, montované základy a základové trámy a dílce schodiště.

Výroba probíhá v certifikovaných výrobnách se součinností projektanta a montáž je svěřena kvalifikovaným pracovníkům, kteří mají odpovídající vybavení a s realizací uvedeného typu konstrukcí dostatek zkušeností.

 NahoruFiligránové stropní konstrukce

Filigránové stropní konstrukce

Pro vytvoření stropní konstrukce skeletu s průběžnými viditelnými průvlaky (ale též u dalších konstrukčních systémů) je možné použít konstrukce sestávající z části prefabrikované, tvořené tenkou železobetonovou deskou s vyčnívající výztuží pro spřažení a z části monolitické, vzniklé dobetonováním vrstvy stropní konstrukce. Tyto subtilní prefabrikované prvky, nazývané "filigrány“, slouží jako ztracené bednění monolitické stropní tabule. Vyrábějí se ve dvou základních variantách, pro náš účel jsou vhodné prvky s vyčnívající výztuží při uložení na horní plochu průvlaků a s hladkými čely pro uložení na jejich konzoly.

S ohledem na řešení rámových konstrukcí soustavy nás především zajímá způsob uložení stropních prvků a potřebné úpravy nosné konstrukce, zajišťující příslušné statické požadavky. Vzhledem k charakteru konstrukce vyžaduje návrh vždy individuální statické posouzení, které navazuje na technické řešení prvků, poskytované výrobcem.

Dílce se vyrábějí zpravidla do rozponu 8 m a maximální šířky cca 3,5 m, ekonomická šířka je 2,4 m. Hmotnost při tloušťce prefabrikované desky 60 mm činí 150 kg/m². V deskách je zabudována spodní nosná i rozdělovací výztuž a jsou v nich zakotveny prostorové příhradové nosníky, které zajišťují spřažení prefabrikované a monolitické části v konečném stavu. Od technických parametrů se odvozuje též doporučená šířka uložení (min. 100 až 130 mm u desek s hladkými čely), kterou je třeba respektovat při řešení tvaru průvlaku. Uložení desky s výztuží vyčnívající z čel musí být na podpoře alespoň 40 mm (jinak je musíme při montáži podepřít i v líci průvlaku) a je třeba dbát zásad kotvení výztuže. Filigránové desky se ukládají do vrstvy ložné cementové malty minimální tloušťky 10 mm.

Spřaženou stropní konstrukci tvoří prefabrikovaná deska tl. 50 až 70 mm s nadbetonovanou monolitickou částí obvyklé tloušťky 100 až 240 mm. Podle způsobu uložení na podporách (resp. tuhosti styku v místě podpory) posuzujeme staticky konstrukci jako prostě uloženou nebo spojitou. Pokud navrhujeme desku prostě uloženou bez horní výztuže, je nutné navrhnout v ose průvlaku separační spáru (vytvořenou např. vložením pásu lepenky nebo polystyrenu). Obvykle navrhujeme stropní desku jako spojitou s horní výztuží a výztuž průvlaku upravujeme tak, aby se stropní konstrukcí vytvořil požadovaný funkční celek.

Obr. č. 20: Úprava výztuže průvlaku

Při použití filigránových desek jako součásti montované konstrukce je třeba zajistit, aby "mokrým procesem“ s nimi spojeným nebyla narušena plynulost montáže nosných částí skeletu. Uvádíme princip jednoho z možných řešení tohoto problému.

Obr. č. 21: Úprava kotvení sloupu

 NahoruPříklady dalších řešení

Příklady dalších řešení

Při realizaci montovaných konstrukčních soustav nezůstávají konstruktéři u zavedených způsobů řešení styků rámových soustav a pod tlakem požadavků (montážních, technologických i uživatelských) zkoušejí možnosti jiných řešení vytváření rámů tohoto typu konstrukce. Uvedený příklad kombinuje klasické spojení jednopodlažního sloupu s připojením průvlaků…