1 Nosné konstrukce vícepodlažních panelových budov

Nosné konstrukce vícepodlažních panelových budov

1 Nosné konstrukce vícepodlažních panelových budov Rozsáhlá výstavba obytných domů panelovou technologií probíhala zejména v letech 1957 až 1992, přičemž největší intenzity dosahovala v 70. a 80. letech minulého století. V uvedeném období bylo postaveno více než 80. tisíc panelových domů, převážně čtyř až osmipodlažních a v menším rozsahu dvanáctipodlažních, výjimečně byly také realizovány výškové budovy s 20 podlažími. V těchto budovách bylo celkem postaveno 1,165 milion bytů, tj. cca 30 % všech bytů v ČR (obr. 1.1).

Obr. 1.1 Pohled na dvacetipodlažní panelovou budovu (T 06 B) po rekonstrukci obvodového pláště a deskový dvanáctipodlažní panelový bytový dům (T 08 B) Příčné uspořádání nosných stěn, které se uplatnilo v panelové výstavbě, otevřelo cestu novému pojetí a uspořádání nosného systému, vycházející z principu Le Corbusierova systému Domino (1914). Příčné uspořádání nosných stěn umožnilo, na rozdíl od tradičních zděných systémů s podélným uspořádáním nosných stěn, „otevření“ obvodových konstrukcí a vytváření průčelí s průběžnými pásy oken a parapetů. Současně však příčné uspořádání nosných stěn omezilo propojování sousedních travé, např. v rámci bytu pouze dveřními otvory. Tato vlastnost příčného uspořádání nosných panelových stěn je v současnosti do určité míry překážkou při modernizaci a dispozičních úpravách bytů v souladu se současnými individuálními požadavky na volnější dispoziční a provozní propojení sousedních travé (obr. 1.2).

Obr. 1.2 Schéma deskostěnové prefabrikované (panelové) konstrukce s příčným uspořádáním nosných stěn a ztužující stěnou v podélném směru 5


1.1 Základní charakteristiky vybraných panelových stavebních soustav Panelové budovy byly realizovány v 9 až 14 základních stavebních soustavách a v řadě tzv. krajských materiálových variant (cca 67). Stáří panelových domů se v závislosti na roku výstavby pohybuje cca od 20 let do 50 let, tzn., že dosahují cca 25 až 70 % předpokládané „účetní“ životnosti (75 až 85 let). Nejvyšší podíl na výstavbě vícepodlažních panelových staveb mají především stavební soustavy G 57, T 06 B, T 08 B, VVÚ ETA, Larsen-Nielsen, B 70, PS 69, HK 60, BANKS, jejichž stručná charakteristika a vybrané příklady konstrukčních detailů jsou uvedeny v následující kapitole. Nosná konstrukce prefabrikovaných stěnových systémů je vytvořena vzájemným spojením jednotlivých prefabrikovaných stěnových a stropních dílců ve stycích. Prostorovou tuhost a stabilitu systému zajišťují stěny rozmístěné v příčném a podélném směru. Charakteristickým prvkem konstrukčního systému je nosná stěna vytvořená z velkoplošných stěnových dílců. Nosné stěny jsou převážně uspořádané v příčném směru budovy. Systémy s podélně nebo obousměrně uspořádanými nosnými stěnami jsou méně častým případem (obr. 1.3).

Obr. 1.3 Charakteristické uspořádání svislé nosné konstrukce prefabrikovaných stěnových systémů

6

Nosné konstrukce vícepodlažních panelových budov Ze statického hlediska jsou prefabrikované stěnové konstrukce charakteristické relativně velkou tuhostí srovnatelnou s monolitickými konstrukcemi a relativně nižší pevností ve stycích nosných dílců. Malé deformace systému (jako celku, jednotlivých dílců nebo styků) jsou v pružném stavu provázeny vznikem vysokých hodnot namáhání. Z tohoto hlediska jsou zvláště závažné účinky vynucené deformace (přetvoření), způsobené především účinky změny tvaru základové spáry, účinky teploty, vlhkosti a dotvarování. Proto je nutné vhodným uspořádáním skladby, konstrukčním řešením dílců a styků snížit závažnost uvedených vlivů a účinků na přípustnou hodnotu. Funkci nosných stěn plní též štítové a dilatační stěny, případně i stěny průčelní (obvodové) nebo vnitřní podélné. Podélné stěny jsou zpravidla situovány do míst, kde přebírají současně i zvukoizolační funkci, tj. např. mezi jednotlivými byty, mezi schodištěm a ostatními prostorami. Počet podélných tzv. ztužujících stěn je závislý na výšce budovy, půdorysném tvaru a způsobu jejich spřažení – spolupůsobení s ostatní konstrukcí. Realizované prefabrikované stěnové konstrukce jsou charakteristické příčným uspořádáním nosných stěn, zpravidla umístěných v osové vzdálenosti 2 400 mm až 6 000 mm. Panelové soustavy s osovou vzdáleností příčných stěn 2 400 mm až 4 800 mm jsou označovány jako malorozponové soustavy, se vzdáleností příčných stěn 6 000 mm (výjimečně 6 600 mm) jako soustavy středněrozponové. Nedostatkem stěnových systémů s příčně orientovanými stěnami je obtížné sdružování sousedních travé, oddělených nosnou stěnou. Tato vlastnost omezuje použití stěnových systémů s příčně nosnými stěnami převážně na bytové stavby, popř. hotely, ubytovny, koleje apod., a představuje závažnou překážku při alternativním uspořádání vnitřních prostorů při změně funkce nebo provozu. Poloha nosných stěn vymezená rozpony stropní konstrukce současně určuje i dispoziční členění vnitřních prostorů. Zpravidla jakékoliv zásadní změny např. v uspořádání bytů, vytváření větších prostorů, sdružování sousedních travé vyžadují komplikované úpravy a zásahy do nosné konstrukce. Předností stěnového systému s příčným uspořádáním stěn je možnost využít plošné hmotnosti nosných stěn (min. 350 kg/m2) při zajištění vzduchové neprůzvučnosti dělicích konstrukcí (stěny) např. mezi sousedními byty. Nekvalitní dílce, nedodržování technologických pravidel a požadavků při výstavbě panelových domů spolu s projektovými vadami typových podkladů zapříčinily řadu vad a poruch, snižujících kvalitu realizovaných panelových domů (obr. 1.4). Řada vad a poruch panelových staveb byla také zapříčiněna nedostatečnými znalostmi o těchto konstrukcích, a v neposlední řadě zaostáváním teorie v oblasti konstrukčně statické a stavebně fyzikální problematiky. Největší podíl na řadě poruch panelových domů má vadné řešení obvodových konstrukcí, lodžií a zejména neznalost a podcenění nesilových účinků teploty a vlhkosti. Provedení oprav, sanace a regenerace panelových domů v závislosti na jejich stáří, rozsahu a výskytu vad a poruch umožňuje dosáhnout v současnosti požadované kvality bydlení, snížení energetické náročnosti, zlepšení architektonického výrazu a zejména vytvořit předpoklady pro dosažení plné životnosti panelových budov, tj. min. 75 až 85 let (obr. 1.5). Lze oprávněně předpokládat, že náklady na uvedenou sanaci a regeneraci v závislosti na jejich rozsah, přepočtené na jednu bytovou jednotku, se budou převážně pohybovat pod 20 % současné pořizovací ceny bytu odpovídající velikosti.

7


Obr. 1.4 Příklady nekvalitních dílců a provedení panelových konstrukcí a) prosekaný otvor ve stropním panelu, narušená krycí vrstva výztuže; b) poškození povrchové úpravy, velké tolerance rozměrů dílců obvodového pláště, poškozené rohy a okraje dílce; c) porušení panelu vnitřní konstrukce, způsobené neodbornou manipulací s dílcem; d) velký rozsah narušení zhlaví stěnových dílců; e) osazení narušeného stropního dílce, různý průhyb stropních dílců

8


Obr. 1.5 Příklad obnovy panelových domů

1.1.1 Základní panelové soustavy [1]  G 57 (severočeská varianta) Modulová vzdálenost příčných stěn – 3 600 mm. Konstrukční výška podlaží – 2 850 mm. Nosné vnitřní konstrukce – stěny ze škvárobetonových panelů tl. 200 mm, později betonové panely tl. 160 mm; stropní železobetonové plné dílce tl. 100 mm. Nosné štítové stěny – celostěnové vícevrstvé dílce tl. 240 mm ve skladbě venkovní omítka, nosná betonová, železobetonová nebo škvárobetonová vrstva tl. 140 mm, pazderobeton tl. 85 mm, vnitřní omítka; celostěnové sendvičové dílce tl. 240 mm ve skladbě venkovní železobetonová vrstva 50 mm, tepelně izolační vrstva (skelná vata nebo mofoterm) v tl. 60 mm, vnitřní nosná železobetonová vrstva tl. 130 mm; štíty byly u většiny staveb dodatečně zatepleny přizděním izolační přizdívky z pórobetonových tvárnic tl. 70 mm. Obvodový plášť průčelí – samonosný (částečně nosný), sestavený z celostěnových dílců tl. 240 mm ve dvou variantách skladby jako u štítových stěn, pouze s menší tl. pazderobetonu (60 mm) a větší tl. omítek. Lodžie – zapuštěné, ocelové zábradlí s drátosklem, lodžiová podélná stěna shodné skladby jako stěna štítová nebo lehké dřevěné konstrukce. Spodní stavba (suterén) – montovaná nebo monolitická, strop montovaný. Schodiště – dvouramenné, montované. Příčky – železobetonové tl. 80 mm. Bytová jádra – lehké sendvičové konstrukce se stěnami ze sololitu a jádra z lisovaného papíru. 9

Nosné konstrukce vícepodlažních panelových budov Období výstavby: 1959 – 1967

Obr. 1.6 Konstrukční řešení a charakteristické detaily stavební soustavy G 57 10

Nosné konstrukce vícepodlažních panelových budov  T 06 B (středočeská varianta) Výška zástavby – 4, 8 a 13 podlaží. Modulová vzdálenost příčných stěn – 3 600 mm. Konstrukční výška podlaží – 2 800 mm. Nosné vnitřní konstrukce – stěny ze železobetonových nebo betonových celostěnových dílců s konstrukční výztuží tl. 150 mm (řadové domy) nebo 200 mm (věžové domy); stropní železobetonové plné dílce tl. 120 mm. Nosné štítové stěny – jednovrstvé celostěnové keramzitbetonové dílce tl. 310 mm. Obvodový plášť průčelí – jednovrstvé celostěnové nenosné keramzitbetonové dílce tl. 270 mm; sendvičové celostěnové samonosné dílce tl. 320 mm; jednovrstvé parapetní křemelinové dílce tl. 200 mm, zavěšené na příčných nosných stěnách; sendvičové parapetní železobetonové dílce tl. 200 mm, zavěšené na příčných nosných stěnách; meziokenní vložky z dřevěných rámů a desek s tepelnou izolací. Lodžie – zapuštěné nebo polozapuštěné; balkony zavěšené. Spodní stavba (suterén) – montovaná. Schodiště – dvouramenné, montované. Příčky – železobetonové dílce tl. 60 mm a 80 mm. Bytová jádra – B 3 a B 10M. Střecha – plochá jednoplášťová nebo dvouplášťová. Realizace budov se zapuštěným suterénem montovaným (5 NP) nebo částečně zapuštěným suterénem montovaným (5, 9, 14 NP).  T 06 B (severočeská varianta) Od středočeské varianty se liší především: Nosné vnitřní stěny – betonové (u vyšších budov železobetonové) tl. 140 mm Nosné štítové stěny – vrstvené celostěnové dílce tl. 320 mm s tepelnou izolací z plynosilikátu; sendvičové celostěnové železobetonové dílce tl. 290 mm s tepelnou izolací z polystyrenu. Obvodový plášť průčelí – samonosné vrstvené celostěnové dílce tl. 240 mm s tepelnou izolací z plynosilikátu; sendvičové celostěnové železobetonové dílce tl. 220 mm (240 mm) s tepelnou izolací z polystyrenu. Schodiště – 14podlažní věžový dům stavěný podle typového projektu má jednoramenné ocelové schodiště. Střecha – plochá jednoplášťová s tepelnou izolací z plynosilikátových tvárnic nebo panelů, později dvouplášťová, tvořená železobetonovými deskami s tepelnou izolací z minerálních rohoží.  T 06 B (jihočeská varianta) Od středočeské varianty se liší především: Nosné vnitřní konstrukce – nosné stěny z železobetonových plných panelů o tloušťce 140 mm z betonu B II (B 170) nebo B III (B 250), stropní dílce jsou železobetonové plné tloušťky 120 nebo 140 mm. Obvodový plášť průčelí – dvouvrstvé parapetní keramické dílce tl. 300 mm; jednovrstvé parapetní křemelinové dílce tl. 200 mm, zavěšené na příčných nosných stěnách. Štítové stěny – křemelinové panely tloušťky 200 mm, zavěšené na železobetonové panely tl. 140 mm, keramické panely tl. 300 mm. Balkony – zavěšená ocelová konstrukce (keramický obvodový plášť) nebo vykonzolovaná (křemelinový obvodový plášť) železobetonová deska šířky 3 600 mm. 11

Nosné konstrukce vícepodlažních panelových budov  T 06 B (západočeská varianta – Karlovy Vary) Od středočeské varianty se liší především: Nosné vnitřní konstrukce – stěnové dílce tl. 150 mm pro příčné nosné stěny, stěny podélné zavětrovací a stěny štítové (pro dvouplášťové řešení štítů) tl. 150 mm, beton třídy III (B 250); stropní dílce jsou železobetonové, plné tl. 120 mm, od roku 1980 tl. 150 mm. Obvodový plášť – podélné celostěnové keramzitbetonové fasádní prvky tl. 320 mm jsou nesené ocelovými konzolami, nejsou samonosné.  T 06 B (západočeská varianta – Plzeň) Od středočeské varianty se liší především: Obvodový plášť – předsazený obvodový plášť KMV celostěnový, u deskových budov jako skládaný z parapetních pásů a meziokenních vložek. Štítové panely jsou jednovrstvé z keramzitbetonu tl. 290 mm, bez povrchových úprav; u bodových a řadových domů obvodový plášť ze zavěšených panelů z keramzitbetonu tl. 250 mm bez povrchových úprav.

Obr. 1.7-1 Konstrukční řešení a charakteristické detaily stavební soustavy T 06 B 12

Nosné konstrukce vícepodlažních panelových budov T 06 B

ROZPON 3 600 mm TL. STROPU 140 mm


Nosné konstrukce vícepodlažních panelových budov  T 08 B Středně rozponová soustava používaná v Praze, středních a severních Čechách Výška zástavby – 4 a 8 podlaží (řadové domy); 10 a 12 podlaží (domy věžové). Modulová vzdálenost příčných stěn – 6 000 mm. Konstrukční výška podlaží – 2 800 mm. Nosné vnitřní konstrukce – stěny z celostěnových železobetonových nebo betonových dílců s konstrukční výztuží tl. 190 mm; stropní předpjaté železobetonové dutinové dílce tl. 190 mm. Nosné štítové stěny – celostěnové dílce keramobetonové tl. 340 mm; celostěnové třívrstvé sendvičové dílce tl. 240 mm (v pozdějších letech výstavby). Obvodový plášť průčelí – sendvičové parapetní železobetonové dílce tl. 190 mm; meziokenní vložky sendvičové tl. 190 mm; jednovrstvé celostěnové spínané pórobetonové dílce (v pozdějších letech výstavby). Lodžie – předsazené nebo zapuštěné, zábradlí ocelové nebo železobetonové. Spodní stavba (suterén) – snížené montované technické podlaží. Schodiště – jednoramenné, montované, dvakrát lomené. Příčky – třískové desky; pórobetonové dílce tl. 80 mm; sádrokarton; zděné příčky tl. 100 mm a 125 mm. Bytová jádra – B 3. SKLADBA STĚNOVÝCH A STROPNÍCH PANELŮ




Nosné konstrukce vícepodlažních panelových budov  HK 60 (HK 65) Výška zástavby – 5 až 13 podlaží (řadové domy); 10 až 17 podlaží (bodové domy – HK 65). Modulová vzdálenost příčných stěn – 6 250 mm a 3 250 mm. Konstrukční výška podlaží – 2 850 mm. Nosné vnitřní konstrukce – stěny z celostěnových železobetonových dutinových panelů tl. 250 mm z betonu B 250 (B 330) mají dutiny průměru 190 mm (excentricky umístěné o 5 mm z osy panelu), krajní stěnové panely jsou o 300 mm delší než vnitřní, v kraji u obvodového pláště mají vytvořeno zhlaví s drážkou pro uložení obvodového panelu, skladebné šířky 1 200 mm a 2 400 mm; stropní železobetonové dutinové dílce tl. 250 mm z betonu B 250 mají podélné dutiny a šikmá čela, v horní polovině s větším sklonem čela. Stropní panely jsou vzájemně spojeny v místě závěsných ok spojovací výztuží průměru 12 mm, věncová výztuž je tvořena dvěma profily N10. Charakteristický svislý styk je tvořen hladkou styčnou plochou stěnového panelu. Nosné štítové stěny – železobetonové dílce a samonosné sendvičové panely tl. 200 mm. Obvodový plášť průčelí – parapetní panely tl. 200 mm; meziokenní vložky tl. 200 mm. HK 65 se od HK 60 liší zejména odlišnou koncepcí obvodového pláště – uložením parapetních dílců na ocelové konzoly.

Obr. 1.9-1 Konstrukční řešení a charakteristické detaily stavební soustavy HK 60 a HK 65

16


Obr. 1.9-2 Konstrukční řešení a charakteristické detaily stavební soustavy HK 60 a HK 65  VVÚ ETA Středně rozponová soustava odvozená od soustavy T 08 B. Výška zástavby – 4, 8 a 12 podlaží (řadové i bodové domy). Modulová vzdálenost příčných stěn – 3 000 mm a 6 000 mm. Konstrukční výška podlaží – 2 800 mm. Nosné vnitřní konstrukce – stěny z celostěnových železobetonových dílců tl. 190 mm; stropní předpjaté železobetonové dutinové dílce tl. 190 mm. Nosné štítové stěny – celostěnové sendvičové dílce tl. 290 mm ve skladbě vnější železobetonová vrstva 60 (50*) mm, polystyren 80 (40*) mm a vnitřní nosná železobetonová vrstva tl. 150 mm. Obvodový plášť průčelí – celostěnové spínané pórobetonové dílce; celostěnové sendvičové dílce tl. 240 ve skladbě vnější železobetonová vrstva 60 (50*) mm, polystyren 80 (40*) mm a vnitřní nosná železobetonová vrstva tl. 100 mm. Lodžie – předsazené a zapuštěné, zábradlí ocelové a železobetonové. Spodní stavba (suterén). Schodiště – jednoramenné nebo dvouramenné montované. Příčky – železobetonové dílce tl. 60 mm; pórobetonové dílce tl. 60 mm. Bytová jádra – B 6 a B 10. Poznámka: *tloušťka vrstev před revizí soustavy

17

Nosné konstrukce vícepodlažních panelových budov VVÚ ETA

ROZPON 3 000, 6 000 mm TL. STROPU 190 mm

Obr. 1.10 Konstrukční řešení a charakteristické detaily stavební soustavy VVÚ ETA 18

Nosné konstrukce vícepodlažních panelových budov  PS 69 (jihočeská a západočeská varianta) Výška zástavby – 5 až 9 a 13 podlaží. Modulová vzdálenost příčných stěn – 2 400 mm a 3 600 mm, později 4 800 mm. Konstrukční výška podlaží – 2 800 mm. Nosné vnitřní konstrukce – stěny z celostěnových železobetonových dílců tl. 150 mm; stropní plné železobetonové dílce tl. 150 mm. Nosné štítové stěny – celostěnové kompletizované sendvičové dílce tl. 290 mm. Obvodový plášť průčelí – parapetní kompletizované keramické dílce tl. 350 mm. Balkony (lodžie) – ocelové zavěšené, později nahrazeny předsazenými lodžiemi. Spodní stavba (suterén) – montovaná. Schodiště – montované dvouramenné železobetonové, v modulu 3 600 mm. Příčky – železobetonové tl. 80 mm, částečně z desek Orlen tl. 50 mm. Střecha – dvouplášťová – horní část je z keramických panelů na spádových klínech.

b)

Obr. 1.11-1 Konstrukční řešení a charakteristické detaily stavební soustavy PS 69 19

Nosné konstrukce vícepodlažních panelových budov PS 69

ROZPON 2 400, 3 600, 4 800 mm TL. STROPU 140 mm

Obr. 1.11-2 Konstrukční řešení a charakteristické detaily stavební soustavy PS 69 20

Nosné konstrukce vícepodlažních panelových budov Západočeská varianta PS 69 se liší zejména tím, že tl. stěnových dílců je 140 mm; nosné štítové stěny jsou sendvičové o tl. 240 mm, později 300 mm; obvodový plášť průčelí je tvořen parapetními jednovrstvými keramzitbetonovými dílci tl. 270 mm v kombinaci s meziokeními vložkami nebo jednovrstvými celostěnovými dílci z keramzitbetonu tl. 270 mm; lodžie jsou polozapuštěné a zapuštěné, podélné lodžiové stěny jsou dřevěné rámové konstrukce tl. 150 mm; příčky jsou též sádrokartonové tl. 86 mm. Střecha je dvouplášťová. Horní plášť střešní konstrukce je ze železobetonových spojitých desek tloušťky 80 mm, uložených na spádové trámky. V rámci západních Čech existovaly dvě varianty – Plzeňská varianta nepoužívala svařované styky na rozdíl od Karlovarské. Jihočeská varianta byla shodná s Karlovarskou variantou, co se týká svařování styků.  Larsen-Nielsen Výška zástavby – do 12 podlaží (řadové i bodové domy). Modulová vzdálenost příčných stěn – 2 400 mm, 3 600 mm a 4 800 mm (1. aplikace); 2 700 mm, 3 600 mm a 4 500 mm (2. aplikace). Konstrukční výška podlaží – 2 800 mm. Nosné vnitřní konstrukce – stěny z celostěnových železobetonových nebo betonových dílců s konstrukční výztuží tl. 150 mm; stropní plné železobetonové dílce tl. 160 mm. Nosné štítové stěny – celostěnové železobetonové sendvičové tl. 260 mm (290 mm v 2. aplikaci) ve skladbě vnější železobetonová vrstva tl. 60 mm, pěnový polystyrén tl. 50 mm (80 mm v 2. aplikaci) a vnitřní železobetonová vrstva tl. 150 mm. Obvodový plášť průčelí – celostěnové sendvičové dílce tl. 210 mm (1. aplikace) a 240 mm (2. aplikace); vodorovné i svislé spáry suché a větrané. Lodžie – předsazené a zapuštěné. Schodiště – dvouramenné montované. Příčky – železobetonové dílce tl. 65 mm. Bytová jádra – B 6, B 7 a B 9.

21

Nosné konstrukce vícepodlažních panelových budov Larsen-Nielsen ROZPON 2 400, 3 600, 4 800 mm TL. STROPU 160 mm

Obr. 1.12-1 Konstrukční řešení a charakteristické detaily stavební soustavy Larsen-Nielsen 22


Obr. 1.12-2 Konstrukční řešení a charakteristické detaily stavební soustavy Larsen-Nielsen  BANKS Výška zástavby – 4 a 8 podlaží (řadové domy); 12 podlaží (bodové domy). Modulová vzdálenost příčných stěn – 2 400 mm, 3 000 mm a 4 200 mm. Konstrukční výška podlaží – 2 800 mm. Nosné vnitřní konstrukce – stěny z celostěnových železobetonových nebo betonových dílců s konstrukční výztuží tl. 150 mm; stropní plné železobetonové dílce tl. 150 mm. Nosné štítové stěny – celostěnové železobetonové sendvičové tl. 290 mm ve skladbě vnější železobetonová vrstva tl. 60 mm, pěnový polystyrén tl. 80 mm a vnitřní železobetonová vrstva tl. 150 mm. Obvodový plášť průčelí – celostěnové sendvičové dílce tl. 290 mm ve stejné skladbě jako nosné štítové stěny. Lodžie – podélné kompletizované dřevěné lodžiové stěny v modulu 4 200 mm. Příčky – železobetonové dílce tl. 80 mm. Bytová jádra – B 3 a B 7. Výtahové šachty – prostorové železobetonové dílce. Střecha – dvouplášťová, ve složení: minerální plsť tl. 100 mm, střešní trámky, střešní desky železobetonové, živičná krytina. Po revizi tepelně technické normy, počátkem 80. let byla zvětšena tloušťka tepelné izolace na min. 140 mm. 23

Nosné konstrukce vícepodlažních panelových budov BANKS


Obr. 1.13 Konstrukční řešení a charakteristické detaily stavební soustavy BANKS 24

Nosné konstrukce vícepodlažních panelových budov  B 70 Modulová vzdálenost příčných stěn – 2 400 mm, 3 600 mm a 4 800 mm. Konstrukční výška podlaží – 2 800 mm. Nosné vnitřní konstrukce – stěny z celostěnových železobetonových nebo betonových dílců s konstrukční výztuží tl. 150 mm; stropní plné železobetonové dílce tl. 150 mm. Nosné štítové stěny – celostěnové železobetonové sendvičové tl. 270 mm ve skladbě vnější betonová vrstva vyztužená sítí tl. 60 mm, pěnový polystyren tl. 60 mm a vnitřní železobetonová vrstva tl. 150 mm. Obvodový plášť průčelí – celostěnové sendvičové dílce tl. 270 mm ve stejné skladbě jako nosné štítové stěny. Lodžie – zapuštěné v modulu 4 800 mm; kompletizované stropní dílce tl. 190 mm; podélné lodžiové celostěnové dílce tl. 200 mm. Příčky – železobetonové dílce tl. 80 mm. Bytová jádra – B 10. Schodiště – jednoramenné, nesené podestami. Soustava používaná v Severočeském kraji, od roku 1979 do roku 1986 výlučně v okresech Ústí nad Labem a Teplice. B 70


Obr. 1.14-1 Konstrukční řešení a charakteristické detaily stavební soustavy B 70

25


Obr. 1.14-2 Konstrukční řešení a charakteristické detaily stavební soustavy B 70

1.2 Charakteristika nosného prefabrikovaného systému vícepodlažních panelových budov Základním článkem nosného prefabrikovaného systému vícepodlažních panelových budov je nosná stěna, vytvořená ze stěnových dílců. Prefabrikované stěnové systémy jsou ze statického hlediska charakteristické relativně velkou tuhostí. Malé deformace stěnového systému v porovnání např. se sloupovým systémem, způsobené např. účinky vynucených přetvoření – nesilové účinky, účinky změny tvaru základové spáry, vodorovným zatížením větrem – jsou v pružném stavu provázeny vznikem vysokých hodnot zejména smykových namáhání ve stycích mezi stěnovými dílci (schéma prefabrikované stěnové konstrukce viz obr. 1.2). Poznámka: Časté povodně v posledních letech poukázaly na nežádoucí důsledky zamokření základového podloží při zatopení terénu povodňovou vlnou, jehož následkem dochází ke změnám geotechnických vlastností základové půdy. Dochází ke snížení výpočtové únosnosti základové půdy a posléze k dodatečnému sedání stavby. Zvláště intenzivní mohou být tyto procesy v oblastech bývalých skládek a úložišť, v oblastech se sprašovými zeminami a v oblastech zvýšeného pohybu povodňové vody vsáklé do podloží (zvyšování pórovitosti vymýváním jemných částic zeminy apod.). Na obr. 1.15 jsou zachyceny panelové stavby, u nichž došlo při povodních v roce 1997 k výraznému podemletí základů, aniž by došlo k havárii nebo významnému narušení celého systému. Uvedené příklady dokládají účinné spolupůsobení vrchní stěnové prefabrikované konstrukce a základové konstrukce. V důsledku tohoto spolupůsobení dochází k redistribuci namáhání přenášených stěnou z oblastí s porušenou kontaktní základovou spárou do oblastí funkčních základů. 26


Obr. 1.15 Narušená základová konstrukce čtyřpodlažní panelové budovy při povodních 2002 Pro prefabrikované stěnové systémy je charakteristický mechanismus přetváření a porušování, při němž se stěnové dílce posunují ve stycích porušených trhlinami, tj. v dotykových nebo tzv. kontaktních plochách. V rámci numerické analýzy většinou postačí uvažovat nelineárně pružné chování pouze ve stycích a chování dílců uvažovat jako lineárně pružné, neboť tlaková i smyková namáhání dílců jsou zpravidla podstatně nižší než jejich únosnost na mezi úměrnosti (únosnost v pružné oblasti). Vznik svislých tahových normálových napětí +σy, účinkem vodorovného zatížení, kterému zpravidla předchází překročení smykové únosnosti svislých styků stěnových dílců, je provázen „otevíráním“ ložných spár. Meznímu stavu konstrukce jako celku předchází porušování styků, konstrukce přechází z lineárně pružného chování do nelineárně pružného až plastického stavu, zpravidla překročením meze úměrnosti ve stycích (obr. 1.16). Spolehlivost a statická bezpečnost prefabrikovaných železobetonových stěnových systémů při působení mimořádných účinků (výbuch, požár, teroristický útok), dynamických a nízkocyklických účinků (technická a indukovaná seismicita, přírodní seismicita) jsou závislé na mechanismu plastického přetváření především styků nosných prefabrikovaných dílců při disipaci energie. V tomto stadiu působení prefabrikovaných nosných stěnových systémů, kdy dochází, zejména ve stycích s jistou mírou duktility, k absorpci energie (stadium plastického působení), je nutné, aby nedošlo k úplnému vyřazení příslušné statické vazby z nosného systému. To předpokládá, aby při disipaci energie převládal mechanismus plastického přetváření v kritických místech nosného systému. V případě prefabrikovaných stěnových systémů mají z tohoto hlediska zpravidla rozhodující úlohu svislé styky prefabrikovaných stěnových dílců namáhané především smykovými silami, vodorovné styky („stěna – strop – stěna“) namáhané převážně tlakovými silami a tuhost stropní desky, ve své rovině svazující jednotlivé svislé stěnové prvky v nosný prostorový systém. Z hlediska disipace energie je nutné, při uplatnění mechanismu plastického smyku a přetváření v těchto kritických oblastech, aby nedocházelo k podstatnému snížení tzv. vratné síly a k lokálním nestabilitám. Zásadní úlohu z hlediska disipace energie plastickým přetvářením styků prefabrikovaných dílců má duktilita styků. 27


Obr. 1.16 a) Experimentálně stanovené pracovní diagramy svislých styků T x y stěnových dílců při zatížení monotónně vzrůstající smykovou silou [2] a při zatížení opakovanou smykovou silou [3]; b) idealizované pracovní diagramy svislých styků; c) diskrétní a kontinuální vyztužení svislých styků; d) vyztužení v oblasti styku „stěna – strop – stěna“ Způsob, kvalita a množství vyztužení stropní desky a styků jsou rozhodující pro dosažení potřebné míry duktility nosného systému (obr. 1.17). Prefabrikovaná stěnová konstrukce nedostatečně vyztužená, zejména v rámci stropní tabule (podélné styky mezi stropními dílci, vodorovné 28

Nosné konstrukce vícepodlažních panelových budov styky stropních a stěnových dílců), má zpravidla malou oblast pružnoplastických a plastických deformací a není schopna absorbovat alespoň část přetvárné energie, vyvolané např. krátkodobým extrémním účinkem, aniž by došlo ke ztrátě její statické funkce a stability.

Obr. 1.17 a) Schéma vyztužení stropní desky výztuží vloženou do styků stropních dílců; b) schéma vyztužení stropní desky výztuží zabudovanou ve stropních dílcích

1.2.1 Prefabrikované svislé nosné konstrukce panelových budov Prefabrikované nosné stěny jsou charakteristickou konstrukcí panelových budov. Jsou vytvořeny z jednotlivých stěnových dílců vzájemně spojených svislými a vodorovnými styky, jejichž prostřednictvím dochází k vzájemnému spolupůsobení stěnových dílců. Prefabrikovaná stěnová konstrukce je v běžných případech vyztužena pouze v úrovni vodorovných styků tzv. věncovou výztuží, vloženou do styků stěnových a stropních dílců. Svislá výztuž je zpravidla, až na výjimky, „nahrazena“ podmínkou, podle níž nesmí vzniknout v ložných spárách svislé tahové normálové namáhání. V případě nedostatečné tuhosti svislých styků stěnových dílců, např. svislých styků porušených trhlinami, dochází v těchto stycích k dílčím posunům, které snižují ohybovou tuhost prefabrikované stěny. V těchto případech nelze vyloučit vznik tahových normálových napětí v ložných spárách, provázených vznikem vodorovných trhlin v ložných spárách (obr. 1.18). 29


Obr. 1.18 Schematické znázornění normálových napětí v patě panelové stěny v závislosti na tuhosti svislých styků [4] Stabilitu a prostorovou tuhost nosného systému zajišťují nosné prefabrikované stěny, umístěné ve dvou vzájemně kolmých rovinách – v příčném a v podélném směru – neposuvně spojené prostřednictvím svislých styků a stropních desek, zajišťujících spojitost vodorovné deformace nosného systému při působení vodorovných sil. Nedílnou součástí zajištění tuhosti a celistvosti nosného systému je výztuž vložená do styků stropních dílců a dodržení příslušných zásad skladby stropních a stěnových dílců. Stěnové dílce jsou nejčastěji plné, skladebné tloušťky 120 mm, 140 mm, 150 mm a 160 mm, popř. vylehčené kruhovými svislými dutinami skladebné tloušťky 190 mm a 200 mm. Výška stěnových dílců je závislá na konstrukční výšce podlaží a na řešení styku se stropními dílci. Konstrukční výška podlaží je v převážné většině případů realizovaných panelových budov 2 800 mm. Maximální rozměr stěnových dílců je omezený výrobními a přepravními možnostmi a především únosností montážních mechanismů. Nejčastěji se používaly dílce s hmotností cca do 5 tun, tj. obvykle šířky do 4,8 m. Stěnové dílce mohou být plné nebo s dveřním otvorem. V některých případech jsou opatřeny ve zhlaví tzv. montážními (osazovacími) šrouby a v patě zápustnými otvory pro osazovací šrouby nižších stěnových dílců. V dílcích mohou být zabudovány trubky pro elektrovodiče. 30

Nosné konstrukce vícepodlažních panelových budov Stěnové dílce tl. 140 mm, 150 mm, 160 mm a 190 mm jsou vyrobeny z betonu kvality nejméně B 15 (C 12/15). Ve stavební soustavě HK 60 jsou použity stěnové dílce tl. 250 mm vylehčené otvory 190 mm. V některých případech byly nosné stěnové dílce vyrobeny z lehkých betonů (škvárobeton, struskobeton). Tloušťka stěnových dílců z lehkých betonů je zpravidla větší než 200 mm. Po obvodě jsou stěnové dílce zpravidla vyztuženy svařovanými žebříčky (mřížovinou) z kruhové oceli E 6 – 12 mm. Pata a zhlaví stěnových dílců mohou být vyztuženy podle potřeby 2 – 3 žebříčky, vzdálenými od sebe maximálně 0,7 lh nebo 0,7 hj (stěna tl. 150 mm → 80 mm; stěnové dílce mohou být v řadě případů vyztuženy pouze po obvodě). Tato základní výztuž je v závislosti na rozměrech a požadované únosnosti dílce doplněna obdobnými svařovanými žebříčky, uloženými svisle a vodorovně max. ve vzdálenostech 400 mm, popř. trojnásobku tloušťky nosného dílce pro výztuž uspořádanou ve vodorovném směru (ČSN EN 1992-1, čl. 9.6.) (obr. 1.19a). Stěnové dílce jsou opatřeny dvěma zvedacími háky, popř. stavěcími šrouby, z nichž je každý dimenzován na tíhu dílce, zvýšenou dynamickým součinitelem. Nadpraží stěnových dílců s dveřními otvory je dimenzováno jako oboustranně vetknutý nosník. Výztuž nadpraží je oboustranná, řádně kotvená do obou pilířů dílce. Výztuž stěnových dílců panelových konstrukcí realizovaných po roce 1970 byla navrhována podle ČSN 73 1211.

Obr. 1.19 a) Schéma vyztužení stěnových dílců podle ČSN 73 1211; b) schéma vyztužení stěnových dílců podle ČSN EN 1992-1; c) vyztužení nadedveřních překladů Nadpraží působí jako krátký vysoký nosník, často vyztužený hustší armaturou z menších profilů, doplněnou přídavnou (smykovou) výztuží (obr. 1.19c). Podle ČSN EN 1992-1 čl. 97 je potřeba, aby ortogonálně uspořádaná výztuž byla uspořádána v osových vzdálenostech 300 mm (nejvýše dvojnásobek tloušťky stěnového nosníku – překladu). Kotevní délka výztuže překladu se uvažuje od hrany otvoru (např. dveřního). Šířka užšího pilířku stěnového dílce s dveřním otvorem je minimálně 250 mm. Pilířek je zpravidla silněji vyztužený (má vyšší procento vyztužení) v porovnání se širším pilířem a s dílcem bez otvoru. Pilířek s větším procentem vyztužení vykazuje zpravidla odlišné vlastnosti z hlediska reologických změn způsobených účinkem smršťování a dotvarování, v porovnání se slabě vyztuženým dílcem nebo širším pilířem. Při tuhém (neposuvném) spojení silně vyztuženého pilířku se slabě vyztuženým sousedním dílcem vznikají ve svislém styku a nadedveřním překladu přídatné smykové síly od reologických účinků (smršťování, dotvarování), které mohou být příčinou porušení přilehlého svislého styku, popř. překladu (obr. 1.20). 31


Obr. 1.20 Schéma vyztužení stěnového dílce s dveřním tvorem Poznámka: Podle ČSN 73 1201:2010, oddíl 9, čl. 9.3.3. a čl. 9. 4 se doporučuje vyztužit horní zhlaví dílců příčnou výztuží minimálně o průměru 6 mm ve vzdálenostech 25 podélných prutů, popř. nejvýše ve vzdálenosti rovné tloušťce stěnových dílců. Podélná obvodová výztuž má mít plochu minimálně 100 mm2. Svislé pruty mají mít  minimální tloušťky 10 mm. Vyztužení stěnových dílců stávajících panelových budov navržené podle dříve platných předpisů ČSN 73 1201 a ČSN 73 1211 nevyhovuje ustanovení současně platného Eurokódu 2, a to jak z hlediska požadované vzdálenosti výztužných prutů ve svislém a vodorovném směru, tak i požadovaném průřezu výztuže, a proto je nutné při posuzování těchto stávajících stěnových dílců, které nevyhovují těmto požadavkům, přistupovat k nim jako k dílcům nevyztuženým z prostého betonu.

Obvodové sendvičové dílce, které byly nejčastěji vyráběny v horizontálních formách, sestávají ze dvou železobetonových stěnových dílců – vnější ochranné stěny tl. 50 – 80 mm, vnitřní nosné stěny tl. 100 – 150 mm a střední tepelně izolační vrstvy tl. 40 – 80 mm převážně z pěnového polystyrenu. Tloušťka vnitřní betonové nosné stěny sendvičového dílce, způsob jejího vyztužení, závisí na funkci obvodového dílce (dílec zavěšený, dílec jako součást nosného systému), rozměrech, velikosti otvorů a způsobu spojení (zavěšení, podepření) s vnitřní nosnou konstrukcí. Příklad vyztužení sendvičového obvodového dílce je na obr. 1.21. Vnější železobetonová stěna sendvičového dílce tl. 60 až 80 mm (tzv. monierka) je zpravidla vyztužena sítí s oky 200 mm x 200 mm z profilů 6  8 mm. Její funkcí je ochrana tepelné izolace před mechanickým poškozením a pohledová funkce. Vnější stěna je zavěšena na vnitřní nosné stěně sendvičového dílce tak, aby jí byla umožněna „volná“ dilatace v závislosti na změně venkovní teploty. 32


Obr. 1.21 Schéma vyztužení sendvičového obvodového dílce Vnější a vnitřní betonová (železobetonová) stěna sendvičových dílců jsou vzájemně „posuvně“ spojeny pomocí speciálních kotevních prvků z antikorozní oceli (AK 1B nebo AKV). Antikorozní ocel je nutné použít vzhledem k tomu, že kotevní prvky procházejí prostorem kondenzační zóny a tepelnou izolací a je nebezpečí jejich koroze zejména v případech, kdy tepelná izolace je tvořena polystyrenovými deskami (působení kyseliny mravenčí). Příklady statických schémat (určitých i neurčitých) propojení vnější a vnitřní vrstvy, spolu s naznačením praktického provedení, jsou znázorněny na obr. 1.22. U panelových budov stavěných přibližně do poloviny 70. let byly ve velkém rozsahu aplikovány jednovrstvé obvodové dílce z lehkých tepelně izolačních materiálů, ze struskobetonu, škvárobetonu, křemeliny, pórobetonu, keramických tvarovek apod. Skladbou jednovrstvých obvodových dílců byly vytvářeny tzv. samonosné obvodové pláště, předsazené před nosný systém tvořený vnitřními stěnami a stropními deskami, s nimiž byly spojeny prostřednictvím tuhých styků, tvořených cementovou maltou. Dilatační pohyby jednovrstvých obvodových stěn způsobené cyklickými účinky změn vnější teploty a vlhkosti spolu s nedostatečnými tepelně izolačními vlastnostmi těchto dílců byly příčinou řady poruch na realizovaných domech. Poznámka: První velký rozsah oddělování jednovrstvých obvodových dílců tzv. samonosných od vnitřních nosných stěn byl řešen na konci 60. let, zejména v tzv. krajských variantách panelové soustavy T 06 B v západních Čechách, tj. přibližně 4 až 6 let po výstavbě.

33


Obr. 1.22 Statické schéma a schéma uspořádání kotevní výztuže vnější a vnitřní betonové desky sendvičového obvodového dílce

1.2.2 Prefabrikované stropní desky panelových budov Stropní dílce s rozponem 2 400 mm, 3 000 mm, 3 600 mm, 4 200 mm, výjimečně až 4 800 mm jsou plné, nejčastěji tloušťky 150 mm, výjimečně 120 mm u rozponu 3 600 mm, vyztužené svařovanou sítí a vyrobené z betonu B 250 (C 16/20) (obr. 1.23) Pro rozpon 6 000 mm a větší se používaly stropní dílce s výztuží předepjatou elektroohřevem nebo mechanicky, skladebné tloušťky 190 mm, 200 mm, popř. 250 mm. Tyto dílce jsou převážně vylehčené kruhovými otvory (soustavy T 08 B, VVÚ ETA) průměru 130 mm. Šířka stropních dílců je obvykle 1 200 mm až 2 400 mm, výjimečně 2 700 mm. Plné stropní dílce jsou zpravidla vyztuženy svařovanou sítí, uloženou při dolním povrchu dílce. Krycí vrstva výztuže je obvykle 10 mm.

34


Obr. 1.23 Schéma vyztužení stropního dílce (soustava T 06 B) Stropní dílce používané v prefabrikovaných panelových konstrukcích byly zpravidla převážně navrhovány jako prosté nosníky (podle ČSN 73 1201, resp. ČSN 73 2001), tzv. nosníkové stropní konstrukce kloubově uložené na příčných nosných stěnách. Výpočtový model nosníkové stropní desky, řešení a uspořádání výztuže stropních dílců nevystihuje skutečné působení stropní desky v závislosti na statických vlastnostech styků a způsobu podepření prefabrikovaných stropních dílců. Prefabrikované stropní desky jsou vytvořeny z jednotlivých stropních dílců, spojených ve stycích mezi bočními a čelními plochami dílců. Statické vlastnosti těchto styků určují zvláštnosti chování prefabrikovaných stropních desek. Nejčastějším případem je spojení stropních dílců prostřednictvím stykového betonu nebo cementové malty, uložené mezi čela a boky dílců. Hlavní, popř. rozdělovací výztuž bývá ve stycích spojena jen v ojedinělých případech. Zpravidla jsou spojeny prostřednictvím háků nebo příložek z betonářské oceli montážní oka sousedních – protilehlých stropních dílců (1.24 a, b).

35


Obr. 1.24 Schéma vyztužení stropní desky a) zálivková; b) věncová výztuž; c) stanovení plochy výztuže stropní desky podle dřívější ČSN 73 1211; d) a podle ČSN P ENV 1992-1-3 Prostřednictvím podélných styků mezi stropními dílci dochází k jejich vzájemnému spolupůsobení, jehož kvalita a velikost jsou především závislé na statických vlastnostech styků, tj. na tuhosti a únosnosti styků. Při posuzování styků mezi stropními dílci i dílců samotných je nutné vycházet z celkového uspořádání stropní desky, řešení stropních dílců a jejich styků statických vlastností styků, ze způsobu zatížení a podepření stropní desky. Ze statického hlediska lze styky mezi stropními dílci klasifikovat jako přímkové (liniové) klouby. Tomu odpovídá řešení, při němž jsou styčné plochy stropních dílců opatřené ozuby v podélných drážkách a výztuž uložená do styků, popř. zabudovaná do dílců a spojená ve stycích, zabraňuje vzájemnému oddalování stropních dílců (přenáší tahová napětí). Takto vytvořenou stropní desku lze posuzovat jako desku s přímkovými klouby v místech styků stropních dílců. Zatížení se spojitě přerozděluje mezi jednotlivé dílce. V místě styku mají stropní dílce stejný průhyb, avšak rozdílné natočení – deformační křivka v řezu procházejícím kolmo na podélné styky stropních dílců není plynule spojitá – styky staticky působí jako přímkové (válcové) klouby (my → 0), přenášejí ohybové momenty mx, krouticí momenty (ve směru podélných styků) a posouvající síly. Podle způsobu podepření stropní desky na svislou nosnou 36

Nosné konstrukce vícepodlažních panelových budov stěnovou konstrukci posuzujeme stropní desku jako kloubově uloženou, spojitou nebo částečně vetknutou na dvou, třech nebo čtyřech stranách. Čela stropních dílců jsou sevřená mezi zhlavím a patou stěnových dílců nižšího a vyššího podlaží; v důsledku toho zpravidla dochází k určitému omezení volného natočení koncových průřezů stropních dílců a vzniku podporových momentů, jejichž velikost je dána hodnotou momentu na mezi trhlin prostého betonu stropních dílců. Vyztužení stropní tabule je základním předpokladem pro zajištění její celistvosti a jí odpovídající tuhosti. Stropní tabule vytvořená z jednotlivých stropních dílců, jejichž styky zajišťují celistvost stropní tabule, vytváří ve své rovině, tj. v úrovni jednotlivých podlaží, vysoký vodorovný nosník, zajišťující redistribuci vodorovných účinků do jednotlivých svislých prvků a částí nosného systému v závislosti na jejich ohybové, popř. smykové nebo komplexní tuhosti. Vytvoření stropní tabule a zajištění požadované funkce styků mezi stropními dílci vyžaduje vyztužení stropní desky v obou směrech výztuží, vloženou do podélných a příčných styků stropních dílců, řádně kotvenou a provázanou. Věncová výztuž vložená mezi čela stropních dílců je součástí tzv. diskrétního vyztužení svislých styků stěnových dílců. Svislá výztuž stěnových dílců není zpravidla, až na výjimky, po výšce spojována, pouze v některých případech byla vložena do svislých styků stěnových dílců s přesahem do vyššího podlaží (především z hlediska odolnosti vzhledem k mimořádným účinkům havarijního rázu). Proto může dojít v případě nosné stěny, v níž svislé normálové tlakové napětí je menší než svislé tahové normálové napětí, k otevření ložných spár – stěna přenáší zatížení za vyloučeného tahu. Toto stadium působení nosného systému lze označit jako snížení statické bezpečnosti. Vyztužení stropní desky výztuží vloženou do styku stropních dílců, včetně řádného stykování výztuže z čel stropních dílců, nebyla v průběhu realizace panelových budov věnována vždy odpovídající pozornost. Proto je nutné v rámci možností při jakémkoli zásahu do nosné konstrukce ověřit množství a způsob vyztužení styků prefabrikovaných dílců. Pokud dimenze výztuže odpovídají a jsou v souladu s požadavky uvedenými v současně platných předpisech, nelze tuto výztuž využívat pro přenos sil vyvolaných dodatečným zásahem, např. dodatečně provedeným otvorem. Takovýto postup je v rozporu se zajištěním statické bezpečnosti stavby. Požadavky na tvarové řešení stykových ploch dílců, na množství a způsob vyztužení stropní desky v podélném a příčném směru byly obsaženy v dřívější ČSN 73 1211. Podle tohoto předpisu musely být boční plochy stropních dílců tvarované tak, aby zajišťovaly spolehlivé spolupůsobení sousedních dílců. Průřezová plocha podélné a příčné výztuže stropní desky uložená ve stycích stropních dílců musí splňovat požadavky podle dřívější ČSN 73 1211, popř. ČSN P ENV 1992-1-3, pokud nejsou výpočtem stanoveny jiné (vyšší) hodnoty (obr. 1.24c, d). Vodorovné síly ve stropní desce vznikají při působení účinku vodorovného zatížení větrem, účinku svislého zatížení, účinků objemových změn, účinku rozdílného sedání a účinků mimořádných zatížení havarijního rázu. Stropní deska působí jako vysoký (stěnový) nosník, podepřený pružnými podporami v místech jednotlivých nosných stěn (s rozdílnou tuhostí). Stropní deska redistribuje vodorovné účinky vnějších zatížení na jednotlivé svislé stěnové prvky v poměru jejich tuhostí k celkové. Vyztužení stropní desky má zásadní význam z hlediska zajištění statické bezpečnosti a spolehlivosti systému proti působení účinků mimořádných zatížení. Statická bezpečnost proti působení mimořádných zatížení havarijního rázu je především určována schopností plastických přetvoření (duktilitou) styků tak, aby styky prefabrikovaných dílců byly schopné absorbovat energii během krátkého působení většiny mimořádných zatížení a plnily svou funkci i při velkých deformacích a posunech dílců ve stycích. Výztuž ve styku 37

Nosné konstrukce vícepodlažních panelových budov „stěna – strop – stěna“ (věncová výztuž) plní také významnou funkci z hlediska zajištění únosnosti ve smyku svislých styků stěnových dílců s ozuby (ČSN 73 1211). Experimentální výzkum [5] prokázal účinné spolupůsobení stropních dílců (obr. 1.25) a redistribuci namáhání z primárně více zatížených stropních dílců do dílců s menší hodnotou svislého zatížení (obr. 1.26) prostřednictvím podélných kloubových styků.

Obr. 1.25 Výsledky experimentálního výzkumu roznášení účinků svislého zatížení v prefabrikované stropní desce – průběhy experimentálně naměřených deformací stropních dílců Předpokladem je účinné tvarování bočních stykových ploch stropních dílců a neporušené podélné styky. Častým případem, který se vyskytuje u mnoha panelových soustav, je např. uložení krajních stropních dílců na nosnou část celostěnových obvodových sendvičových dílců a některých vnitřních stropních dílců na podélné nosné (zavětrovací) stěny (obr. 1.27). Jestliže styky mezi stropními dílci a podélně uspořádanými stěnami (obvodové nebo vnitřní podélné stěny) jsou vyplněny zálivkou, tj. stropní deska v těchto místech má nulový průhyb, je možné posoudit vliv sekundárního podepření prefabrikované stropní desky těmito stěnami uspořádanými v podélném směru. Stropní desku lze v těchto případech posoudit jako desku kloubově podepřenou na třech nebo čtyřech stranách [6] (obr. 1.28).

38


Obr. 1.26 Výsledky experimentálního výzkumu spolupůsobení nestejně zatížených stropních dílců prostřednictvím staticky účinných styků – roznášení zatížení

Obr. 1.27 Příklad uspořádání prefabrikované stropní konstrukce panelové soustavy P 1.11 a schéma reálného roznášení zatížení ve stropní tabuli 39

Nosné konstrukce vícepodlažních panelových budov Charakteristickým důsledkem obousměrného působení stropní konstrukce (obousměrného roznášení zatížení) a spolupůsobení stropních dílců prostřednictvím podélných styků je vznik záporných momentů mx v některých stropních dílcích (při rozdílném zatížení sousedních stropních dílců, obr. 1.29) a krouticích momentů v rozích stropní desky (zvedání rohů). Hodnoty těchto záporných momentů mx jsou významné tehdy, přestupují-li hodnotu momentu na mezi trhlin prostého betonu.

Obr. 1.28 Výsledky numerické analýzy prefabrikované stropní desky – vliv podepření stropní desky stěnou v nosném směru Spolehlivé posouzení statické bezpečnosti stropní konstrukce vyžaduje posoudit stávající způsob a množství vyztužení stropních dílců v obou směrech na základě hodnot tzv. dimenzovacích momentů. Hodnoty dimenzovacích momentů lze stanovit z analýzy (MKP) pole ohybových a krouticích momentů (mx, my, mxy), na jejímž základě lze posoudit potřebu výztuže s přihlédnutím ke kvalitě betonu s předpokladem, že výztuž je provedena ve dvou vzájemně kolmých směrech (x, y, hlavní a rozdělovací výztuž) a v každém sledovaném místě jsou známy hodnoty momentů Mx (mx) a My (my), včetně kroutícího momentu mxy. Porovnáním požadovaného množství výztuže stanoveného na základě obousměrného roznášení zatížení s výztuží zabudovanou v dílcích lze určit oblasti, které případně nejsou dostatečně vyztuženy. V těch případech, kdy 40

Nosné konstrukce vícepodlažních panelových budov hodnota příslušného momentu nepřekročí hodnotu momentu na mezi trhlin, předpokládáme, že trhlina nevznikne a průřez považujeme za vyhovující. V těch případech, kdy hodnota příslušného momentu překračuje hodnotu na mezi trhlin, je nutné provést nový výpočet, který bude zohledňovat existenci pravděpodobných trhlin.

Obr. 1.29 Výsledky numerické analýzy prefabrikované stropní desky – vliv roznášení účinku svislého zatížení v závislosti na způsobu podepření stropní desky Uvedený postup statického řešení, založený na výstižném výpočetním modelu prefabrikované stropní desky, umožňuje v souladu s ČSN 73 1201 platnou od roku 2010 a dřívější ČSN 73 1211 řešit řadu statických problémů, které mohou být vyvolány zvýšenými statickými požadavky na únosnost stropní konstrukce při modernizaci bytů v panelových domech. Hlavním přínosem je především účinnost a hospodárnost navrhovaného řešení [7]. Navrhované řešení, které vychází a respektuje skutečné podmínky v uložení a působení prefabrikované stropní desky při přenášení účinků svislého zatížení, je „de facto“ realizováno ve stávajících panelových konstrukcích ve všech případech, kdy nejsou porušeny podélné styky mezi stropními dílci. V opačném případě nelze vyloučit existenci tahových trhlin v horní části průřezů stropních dílců, vystavených plnému návrhovému zatížení. V souladu s dříve platnou ČSN 73 0038, popř. současnou ČSN ISO 13822, je nutné při změně zatížení popř. podepření a dalších zásazích provést statické posouzení stropní konstrukce s výpočtovým modelem, odpovídajícím podepření stropní desky. Celkové působení prefabrikované stropní desky z plných železobetonových dílců s přímkovými klouby v podélných stycích mezi stropními dílci je vzhledem k velikosti svislé deformace a ohybových momentů mx (momenty ve směru přímkových kloubů) porovnatelné s deformacemi a ohybovými momenty mx monolitické desky shodných rozměrů a podepření. Je charakteris41

Nosné konstrukce vícepodlažních panelových budov tické podstatným snížením ohybových momentů my (ve směru kolmo k přímkovým kloubům, my → 0) v porovnání s deskou monolitickou. Ohybové momenty mx prefabrikovaných desek kloubově podepřených na třech, popř. čtyřech stranách jsou v porovnání s velikostí ohybových momentů nosníkových desek v závislosti na rozměrech stropní desky (poměru lx : ly) menší. V závislosti na šířce stropních dílců (vzdálenosti přímkových kloubů) klesá poměr ohybových momentů mx : my. Pro šířku stropních dílců 1 200 mm až 2 400 mm se tento poměr pohybuje v intervalu 0,12 až 0,22 (kladné ohybové momenty mx mohou být přenášeny průřezem, vyztuženým na spodním okraji rozdělovací výztuží). Tohoto mechanismu vzájemného spolupůsobení stropních dílců a statického působení prefabrikované stropní desky vytvořené z jednotlivých stropních dílců, charakteristického jednosměrným i obousměrným roznášením účinků svislého zatížení, lze využít při modernizaci bytů v panelových budovách. Dosud užívané řešení – nosníkové desky – nevystihuje skutečné působení prefabrikovaných stropních konstrukcí s dílčím podepřením v podélném směru, a nepostihuje její skutečné namáhání.

1.2.3 Styky nosných prefabrikovaných dílců Styky nosných dílců jsou jedním z rozhodujících článků nosného systému z hlediska zajištění statické bezpečnosti a odolnosti proti vnějším zatěžovacím účinkům. Styky, které jsou místy jisté nespojitosti (přetržitosti) konstrukce (s výjimkou tuhých styků), je nutné posoudit v závislosti na historii zatížení a případných nelineárních změnách vlastností v čase. Při nedostatečném vyztužení styků může působením opakovaného namáhání docházet k postupné únavě a snižování tuhosti styku až k jeho úplnému selhání, které může způsobit nežádoucí redistribuci namáhání v nosném systému. Z tohoto pohledu je nutné věnovat mimořádnou pozornost řešení styků v konstrukcích vystavených zvýšené pravděpodobnosti výskytu mimořádných účinků havarijního rázu a v seismických oblastech. Významnou roli v tomto směru má především řešení stykových (kontaktních) ploch nosných dílců, kvalita stykového betonu a cementových zálivek a v neposlední řadě kvalita provedení. Řešení a provedení styků v průběhu realizace panelových budov je dokladem zaostávání znalostí a teorie za realizací (praxí). Chybné řešení stykových ploch dílců, zejména v počátcích výstavby panelovou technologií, včetně konstrukčního a skladebného řešení styků, nedostatečné vyztužení styků, jsou příčinou řady vad a následných poruch styků. K tomu přispěla i nedostatečnost a zejména nedodržování technologických předpisů. V řadě případů realizovaných panelových domů představuje nekvalitní provedení a řešení styků ohrožení statické bezpečnosti, které se může projevit následkem neuvážených a nedostatečně podložených zásahů do nosného systému. K těmto závažným zásahům patří i dodatečné zřizování otvorů a oslabování nosných stěn. Zjednodušení a často nedostatečně podložené posouzení těchto zásahů představuje hrubé chyby, jejichž následky mohou být v některých případech nepředvídatelné. 1.2.3.1 Svislé styky Svislé styky nosných dílců mají rozhodující roli z hlediska zajištění tuhosti nosné prefabrikované konstrukce. Jsou tvořeny svislými čely stěnových dílců, opatřenými podélnou drážkou s ozuby a stykovým betonem, uloženým do oboustranně profilované drážky mezi čely stěnových dílců. Svislé styky dílců s hladkými čely, popř. chybně řešenými ozuby a nedostatečným vyztužením, nemohou zajistit spolehlivý přenos smykových sil a tím i přispět k vytvoření základního článku – nosné stěny – prefabrikovaného systému. Příčné vyztužení svislých styků může být řešeno jako „kontinuální“, tvořené např. jednotlivými protilehlými smyčkami vyčnívajícími ze stykových ploch stěnových dílců, popř. jako „diskrétní“, soustředěné v úrovni vodorovných styků 42

Nosné konstrukce vícepodlažních panelových budov stěnových a stropních dílců (věnců). Nejčastějším řešením na realizovaných prefabrikovaných panelových budovách je diskrétní vyztužení svislých styků. Smykové síly jsou přenášeny jednotlivými ozuby, vytvořenými v profilovaných drážkách v čelech stěnových dílců a ozuby ve stykovém betonu. Nedostatečné nebo častěji chybné profilování stykových ploch dílců a nedostatečné příčné vyztužení u starších typů panelových soustav jsou nejčastější příčinou nízké únosnosti ve smyku svislých styků a vzniku trhlin ve stycích. Vznik trhlin ve svislých stycích je provázen poklesem ohybové a smykové tuhosti nosné prefabrikované stěny, vytvořené z jednotlivých stěnových dílců. Významnou úlohu z hlediska vzájemného spojení jednotlivých stěnových dílců mají také vodorovné styky stěnových a stropních dílců – především účinkem „převázání“ svislých styků stropními dílci a věnci mezi čely stropních dílců. Hlavní funkcí svislých styků stěnových dílců je přenášení smykových sil působících mezi dílci, a tím zajištění jejich spolupůsobení, čímž přispívají k vytvoření jednoho ze základních prvků nosného systému – panelových stěn. Stěny rozmístěné ve směru příčném a podélném zajišťují prostorovou tuhost i stabilitu budovy. Celková statická účinnost prefabrikované stěnové konstrukce, při jejím daném uspořádání, je přímo závislá na statických vlastnostech styků. Kvalitativní rozdíl mezi monolitickou a prefabrikovanou stěnovou konstrukcí z hlediska statických vlastností především určují statické vlastnosti styků. Řešení styků vychází nejčastěji z požadavku dosáhnout zmonolitnění konstrukce jako celku. Jsou-li takto řešené styky schopné přenést veškeré namáhání způsobené zatěžovacími účinky, posuzujeme konstrukci jako monolitickou, s uvážením vlivu snížené kvality betonu a zálivky ve stycích nosných dílců. Za rozhodující činitele ovlivňující velikost mezní (kritické) únosnosti svislého styku ve smyku Tu (Te) lze považovat:  pevnost stykového betonu v tlaku nebo v tahu,  tvar stykových ploch dílců (řešení ozubů),  množství, jakost a způsob vyztužení styku  · kt,  normálové napětí v tlaku (-x) působící kolmo na styčnou spáru. Normálové napětí v tlaku (-x) působící kolmo na střednicovou rovinu svislého styku může být zavedeno uměle do styku (předepnutí styku věncovou výztuží, sepnutí stěnových dílců, použití rozpínavých cementů), nebo je „způsobeno“ aktivací výztuže procházející kolmo na stykové plochy, jež zabraňuje vzájemnému oddalování spojovaných dílců. Zamezení vzájemného oddalování dílců je základní podmínkou z hlediska předpokládané statické účinnosti styku s ozuby. Podle hypotéz smykového tření i příhradové analogie je účinek normálového napětí v tlaku (-x) z hlediska únosnosti styku ekvivalentní s účinkem výztuže, v závislosti na množství a jakosti výztuže  · kt) (součin stupně vyztužení a meze kluzu oceli výztuže). Stanovení únosnosti svislého styku stěnových dílců ve smyku Z rozboru výsledků experimentálních zkoušek [8] z hlediska vlivu normálového předpětí (-x) a vlivu vyztužení ( · kt) na pevnost styku lze vyslovit určité dílčí závěry:  za rozhodující pro působení svislého styku, přenášejícího převážně smykové síly působící mezi stěnovými dílci, lze považovat zabránění vzájemného oddalování stykem spojovaných stěnových dílců. Tuto funkci může plnit výztuž soustředěná např. v úrovni stropních věnců, nebo rovnoměrně rozdělená po výšce styku. Výztuž přispívá účinně ke zvýšení pevnosti styku ve smyku;  normálové napětí v tlaku -x, působící kolmo na styčné plochy styku, přispívá účinně ke zvýšení pevnosti styku ve smyku; 43

Nosné konstrukce vícepodlažních panelových budov  účinek vyztužení styku vyjádřený součinem  · kt na pevnost styku ve smyku je závislý na pevnosti stykového betonu, konstrukčním řešení a uspořádání styku a výztuže. Experimentální výzkum neprokázal při mezním zatížení styku Tu (u) dosažení hodnot na mezi kluzu oceli výztuže. Po vzniku trhliny ve styku dochází k přelivu části posouvající síly do výztužných prutů (hmoždíkový účinek výztuže), které působí jako fyzická překážka postupujícím trhlinám a brání jak vodorovné deformaci, tak i svislé (smykové) deformaci ve styku. Při malém krytí výztuže dojde k porušení betonu (od příčných tahových napětí) a k uvolnění výztuže současně s rychlým růstem relativních posunů stěnových dílců. Při nevhodném uspořádání výztuže a řešení styku může být účinek výztuže ( · kt) na zvýšení pevnosti styku ve smyku nižší než účinek odpovídajícího normálového napětí (-x). Vzhledem k naměřeným hodnotám napětí ve výztuži lze předpokládat, že zvyšování procenta vyztužení je od jisté hodnoty postupně méně účinné na zvýšení pevnosti styku ve smyku;  pevnost stykového betonu v tlaku a v tahu je důležitý činitel pevnosti styku ve smyku;  způsob řešení stykových ploch dílců (tvarování čel dílců) a celkové uspořádání styku má rozhodující vliv nejen na kritické zatížení (Te), ale i na mezní zatížení (Tu) styku. Poznámka: Stanovení únosnosti svislého styku ve smyku Podle ČSN 73 1211 se únosnost svislého styku ve smyku – mezní síla – Qju na výšku jednoho podlaží při porušení svislého styku namáhaného smykem se určí za předpokladu Ns  0,2 Qbu ze vzorce:

Qju = Qbu + 0,8( Ns – 0, 2Qbu )  sx přičemž n

Qbu =  Qdow,ui + Qbfu + Qbsu j=1

m

Ns =  Nsj j=1

kde

Qdow,ui n Qbfu

je síla v i-té hmoždince, vypočtená podle čl. 5.2.2, ČSN 73 1211; počet hmoždinek na výšku podlaží; posouvající síla na mezi únosnosti věnce, který je vytvořen stykovým betonem mezi čely stropních dílců; tato síla se vypočte ze vztahu

Qbfu = 2 bf  Rbftd  Abfv kde

Qbsu je posouvající síla na mezi únosnosti stropních dílců převazujících svislý styk; sílu Qbsu lze stanovit ze vztahu

Qbsu = 2γb  Rbstd  Absv  χa s omezením

Qbsu  ωa  Aba  σ x kde

44

Ns

je výpočtová síla na mezi únosnosti ve vodorovných výztužných vložkách na výšku jednoho podlaží, které svislým stykem procházejí, nebo jsou v něm spojeny a jsou ve spojovaných dílcích dostatečně zakotveny, přičemž musí být splněna podmínka

Nosné konstrukce vícepodlažních panelových budov Ns  3γbf  Rbftd  Abv kde

Nsj

m

sx

je výpočtová síla na mezi únosnosti v j-té vodorovné vložce, stanovená v závislosti na způsobu spojení podle bodu 5.4.5.5 ČSN 73 1211 s omezením podle vzorce, kde Abv je plocha styku o výšce 1 000 mm; vodorovné vložky umístěné ve věnci musí být uloženy tak, aby bylo zajištěno jejich náležité obetonování a jejich průměr smí být větší než 20 mm jen tehdy, je-li jejich plná účinnost prokázána prototypovými zkouškami; počet vodorovných výztužných vložek na výšku podlaží; součinitel vlivu rozdělení vodorovných vložek po výšce styku, který je dán vztahem

ωsx = 0,85 + (1 –

ls )0,225 hfl

s omezením ωsx  1 . Podle Eurokódu 2 je návrhová únosnost ve smyku styčné spáry stěnových dílců dána vztahem:

VRdi = c · fctd + μσn + ρ · fyd(μ · sin  + cos )  0,5ν · fcd kde

kde

c a μ jsou fctd je σn fyd fcd α ν ρ = As /Ai As je Ai

součinitele vyjadřující drsnost styčné spáry; návrhová pevnost betonu v tahu; normálové napětí kolmé na spáru; návrhová pevnost oceli; návrhová pevnost betonu v tlaku; úhel, který svírá svislice s výztuží procházející styčnou spárou 45 ≤ α ≤ 90°; redukční součinitel pevnosti betonu v tlaku; plocha výztuže procházející styčnou spárou; plocha styku.

V Eurokódu 2 není řešena únosnost ozubů v otlačení a usmýknutí, k únosnosti styčné spáry je nutné dopočítat únosnost ve smyku věnce mezi stropními dílci a převázání stropními dílci. Únosnost styčné spáry není omezena množstvím výztuže a jejím rozmístěním ve styku. Stanovení viz Eurokód 2, článek 6.2.5.

1.2.3.2 Vodorovné styky Vodorovné styky stěnových a stropních dílců patří mezi nejdůležitější styky nosné prefabrikované stěnové konstrukce. Únosnost těchto styků v tlaku určuje zpravidla hodnotu mezní únosnosti stěn, je zpravidla rozhodujícím kritériem maximálního počtu podlaží a celkové statické bezpečnosti systému při působení mimořádných zatížení. Kromě únosnosti v tlaku, která je rozhodující, se posuzují tyto styky na únosnost ve smyku. Únosnost ve smyku je v porovnání s únosností svislých styků stěnových dílců v běžných případech dostatečně velká v důsledku trvale působícího tlakového předpětí. Výjimku tvoří některé případy styků v nejvyšších podlažích a po obvodě budovy vzhledem k účinkům teploty a mimořádných zatížení. Převážná část konstrukčních řešení styků mezi stěnovými a stropními dílci, kterých existuje řada, je charakteristická tím, že přenos zatížení z horního stěnového dílce do spodního se uskutečňuje prostřednictvím stropních dílců a betonového věnce mezi čely stropních dílců. Kromě těchto řešení, která lze klasifikovat jako nekontaktní, existují řešení, u nichž je mezi stěnovými dílci zhotovena pouze ložná spára, a stropní dílce jsou uloženy mimo styk stěnových dílců tzv. kontaktní styky. 45

Nosné konstrukce vícepodlažních panelových budov V důsledku spolupůsobení stropních dílců uložených ve styku (tvořeném přilehlými úseky stěnových a stropních dílců a stykovým betonem uloženým ve věnci, tzv. nekontaktní styk) při zatížení tlakem, vzniká ve styku složitý stav napjatosti, charakteristický působením tahových a smykových napětí. Při dosud běžném posuzování se k této skutečnosti v podstatě nepřihlíží a průřez styku se posuzuje pouze vzhledem k namáhání v tlaku. Existenci tahových a smykových napětí v oblasti styku potvrzují podrobné numerické analýzy MKP a experimentální zkoušky. Při zatěžování styku dostředným tlakem vzniká ve styku příčné normálové napětí v tahu, provázené vznikem svislých trhlin ve styku a vodorovné deformace. Hodnota zatížení, při němž vznikají tyto trhliny, je zpravidla menší než mezní zatížení (obr. 1.30). Vznik svislých trhlin ve styku způsobuje koncentraci vodorovných tahových napětí ve zhlaví stěnových dílců, kam se postupně rozšiřují trhliny ze styku. Určující vliv na velikost a rozložení normálových a smykových napětí ve styku od účinků zatížení stěnových dílců má především náhlá změna průřezu stěny ve styku a různé deformační a přetvárné vlastnosti betonu dílců, styku a výplně ložných spár.

Obr. 1.30 a) Experimentálně naměřené vodorovné a svislé deformace styku při zatěžování dostředným tlakem; b) stav napjatosti vodorovného styku „stěna – strop – stěna“ při zatížení svislou tlakovou silou; c) porušení styku a dílce po zatěžovací zkoušce; d) vodorovné a svislé deformace styku V oblasti vodorovného styku, kde dochází k náhlé změně průřezu stěny, se trajektorie odklánějí od svislé osy, zabíhají do stropní konstrukce [9]. V důsledku odklonu trajektorií vznikají ve styku oblasti namáhané vodorovným tlakem a tahem. Rozhodující význam pro namáhání 46

Nosné konstrukce vícepodlažních panelových budov styku mají zejména vodorovná napětí v tahu (+x), působící ve střední části (v jádru) styku. V krajních vláknech stěnových dílců vznikají v místě přechodu na stropní konstrukci koncentrovaná normálová napětí v tlaku (-y), která jsou vyšší než průměrná napětí působící ve stěně ( -σ ). V ose styku „stěna – strop – stěna“ působí v důsledku spolupůsobení stropních dílců tlaková napětí s maximem nižším než je hodnota průměrného napětí ( σ y  σ y ). V krajních vláknech stropních dílců působí tahová napětí, způsobující vtahování krajních vláken stropních dílců do styku. Tento jev je známý z rozboru rámových i stěnových konstrukcí, kde podobně v oblasti vetknutí překladu nebo příčle do svislé konstrukce (stěny, pilíře nebo sloupů) namáhané tlakem vznikají velká tahová napětí, která se soustřeďují zejména v okolí rohů. Tato napětí mohou v pružném stavu dosáhnout až 1,5násobku průměrného napětí v tlaku působícího ve svislých prvcích. Nejvyšší smyková napětí xy vznikají v průřezech rovnoběžných s lícem stěny, s extrémními hodnotami v místech přechodu stěnové konstrukce na stropní. Dosud v praxi používané postupy numerického vyšetřování napjatosti a deformací nosného systému prefabrikovaných stěnových konstrukcí vycházejí ze zjednodušujících předpokladů a klasifikují stěnové pilíře jako homogenní svislé prvky určitých vlastností, které jsou stejné po celé výšce systému, nebo vždy v rozsahu jednoho podlaží. Vlastnosti těchto prvků jsou popsány jeho modulem pružnosti E (případně přetvárnosti Ebd) pevností f, průřezovou plochou A, a momentem setrvačnosti I průřezové plochy. Z rozboru pracovních diagramů závislosti poměrných deformací styků a dílců, při zatížení dostředným tlakem (y · y, x · x, resp. Ny · y, Nx · x) vyplývá, že styk již od počátku, nebo od určitého zatížení (dále označeného Nk) vykazuje ve srovnání se stěnovými dílci poměrně velké svislé i vodorovné deformace y a x. Větší hodnoty poměrných deformací styku y,s, oproti deformaci stěny y,st svědčí o menší tuhosti styku při namáhání tlakem. Stykový beton a výplň ložných spár mají zpravidla nižší modul pružnosti E (obr. 1.31). Je to způsobeno obtížným zpracováním betonové nebo cementové směsi ve styku, jejich složením (větší obsah cementu, vody, drobnozrnější kamenivo) a horšími podmínkami zrání v porovnání s betonem dílců. Rozdíly v modulech pružnosti zvýrazňují nerovnoměrnost v rozložení normálových napětí v tlaku a zvyšují vodorovné napětí v tahu v oblasti styku.

Obr. 1.31 Experimentálně naměřené vodorovné a svislé deformace styku při zatěžování dostředným tlakem 47


Obr. 1.32 Vyšetřované řezy Stanovení únosnosti vodorovného styku „stěna – strop – stěna“ v tlaku Mezní síla styku v tlaku se zpravidla prokazuje v průřezech A ležících v opěrné oblasti stěnových dílců (průřezy A1 a A2 na obr. 1.32) a dále v průřezech B procházejících stropem. Výpočtová normálová síla na mezi únosnosti Nju v průřezech A se určí ze vztahu podle ČSN 73 1211: N ju = Ab  Rbd  γb  ωj  ωh  ωs  ωe

je plocha průřezu A stěny; součinitel podmínek působení betonu dílce podle bodu 2.1.2.3 ČSN 73 1211, přitom se součinitel vyztužení průřezu stanoví vždy hodnotou bs = 0,8; j součinitel vrstvy stykového betonu (stykové malty) tloušťky t stanovený ze vztahu podle ČSN 73 1211 t ωj = ρ j + (1 – ρ j )(1 – )3 2h

kde Ab

b

Rbfd Rbd

kde

ρ j = 0,85

h

je součinitel nerovnoměrného namáhání průřezu, který se určí ze vztahu ωh = 1 – 2

Rbsd – 0,85Rbfd Abf Abs  t 1 – 1,5  Rbsd h Ab2 

s omezením h  1;

s

je součinitel příčného vyztužení, který se určí v souladu s ČSN 73 1201 ze vztahu m

ωs = 1+ 6

γs Rsd  Assi i´=1

γb Rbd hb

s omezením s  1,5; 48

Nosné konstrukce vícepodlažních panelových budov e

je součinitel vlivu výstřednosti, rovný hodnotě ωe =

N (e) u N cu

s omezením e  0,8. Výpočtová normálová síla na mezi únosnosti Nju v průřezech B se určí ze vztahu

N ju = ( Abs  γb  Rbsd  χbs  ωd + Abf  γbf  Rbfd  χ bf ) ωss ωe je část účinné ploch Abj styku, která prochází stropními dílci (viz obr. 1.32); část účinné plochy Abj styku, která prochází stykovým betonem, u styků s dutinovými stropními dílci se plocha Abf určuje za předpokladu, že dutiny jsou účinně zaplněny od čela dílce na hloubku rovnou nejvýše 0,2násobku průměru dutin; Abj účinná plocha styku, která je vymezena rovinami spojujícími povrchy horních a dolních stěnových dílců (viz obr. 1.32); b součinitel podmínek působení betonu stropních dílců podle bodu 2.1.2.3 ČSN 73 1211; přitom se součinitel vyztužení průřezu určuje vždy hodnotou bs = 0,8 bs, bf součinitele spolupůsobení dílců se stykovým betonem, které jsou dány hodnotami buď: bs = 1 a bf = 0,8 nebo: bs = 0,8 a bf = 1 d je součinitel vlivu uložení stropních dílců na sucho při uložení stropních dílců bez vrstvy malty, který je dán vztahem

kde Abs Abf

ωd = 0,6 + 0,4

ss

přičemž plochy Abs a Abf se vztahují na průřez v místě uložení; je součinitel vyztužení příčnou vodorovnou výztuží spojující stropní dílce, který se stanoví ze vztahu

ω = 1+ 2,5 ss

kde Ns

e

Abf Abs  Abf

N γ R b

s

bsd

bh

s

je výpočtová síla na mezi únosnosti vodorovných vložek umístěných v uvažované délce b styku v horní polovině tloušťky hs stropu, stanovená v závislosti na způsobu spojení vložek ve styku podle bodu 5.4.5.5 ČSN 73 1211; součinitel vlivu výstřednosti, vypočtený ze vztahu.

Podrobnější informace ke stanovení únosnosti vodorovného styku „stěna – strop – stěna“ v tlaku viz ČSN 73 1211. Poznámka: V Eurokódu 2 není zvlášť řešena únosnost vodorovného styku „stěna – strop – stěna“. Není zvlášť uveden postup pro stanovení únosnosti paty stěny s uvážením vlivu příčné výztuže, dále vliv malty v ložné spáře, vliv nerovnoměrného namáhání a vliv výstřednosti. Při posouzení stěny je třeba dále zohlednit Zvláštní pravidla pro navrhování a konstrukční uspořádání (10.9) kapitoly 10 Doplňující pravidla pro prefabrikované betonové dílce a montované konstrukce.

49


1.3 Průzkum poruch, vad a zhodnocení stavebně technického stavu při dodatečném zřizování otvorů v nosné stěně Základní funkcí nosné konstrukce je statická funkce, spočívající ve spolehlivém přenosu svislých a vodorovných zatěžovacích účinků a vlivů do základového podloží. Kromě uvedené základní statické funkce mají nosné konstrukce i funkce další, zejména funkci dělicí, tepelně izolační (obvodové konstrukce) a zvukoizolační. Poruchy nosné konstrukce, dílců a styků mohou být způsobeny také jejich vadami, tedy chybným návrhem v projektu (chybný návrh konstrukce, případně jejích jednotlivých částí, tj. dílců a styků), nekvalitní výrobou dílců (nedodržení požadované kvality a parametrů, nestejnorodost, technologické trhliny apod.) a při montáži nosné konstrukce (záměna dílců, nepřesnost montáže, chybné provedení styků apod.). Mezi závažné vady a poruchy panelových konstrukcí zařazujeme všechny vady a poruchy, které výrazným způsobem snižují statickou bezpečnost nosné konstrukce (únosnost a tuhost), popř. ohrožují bezpečnost obyvatel. Mezi méně závažné vady a poruchy zařazujeme všechny vady a poruchy, které se projevují pouze lokálně a nemají vliv na celkové statické chování konstrukce, příp. nosného systému. Jedná se např. o pasivní poruchy, které jsou stabilizovány a nedochází tudíž k jejich šíření a rozvoji, nestatické vady, poruchy apod. Vady, které jsou dány nesouladem mezi požadavky podle předpisů a norem platných v době realizace a předpisů a norem současně platných, tvoří rozsáhlou skupinu závažných vad (projektových) panelových domů. Jedná se o celý komplex předpisů a norem, které podstatným způsobem ovlivňují návrh konstrukčního řešení. Lze doložit, že panelové domy z hlediska současně platných předpisů a norem nesplňují (podobně jako v řadě případů zděné vícepodlažní budovy) v požadované míře a v plném rozsahu požadavky statické bezpečnosti (např. změna ČSN 73 2001 na ČSN 73 1201, změna Směrnice pro navrhování nosné konstrukce panelových budov, nová ČSN 73 1211, ČSN EN 1991-1-1 (ČSN 73 0035) apod.) a požadavky na pohodu prostředí (změna ČSN 74 0540, ČSN 73 0532, ČSN 73 0580). Mezi závažné statické vady, s nimiž se lze setkat při průzkumu a hodnocení prefabrikované nosné panelové konstrukce patří:  Nosná konstrukce nebyla navržena s ohledem na odolnost proti výbuchu plynu v místnosti, ani nárazu těžkého vozidla.  Nosná konstrukce nebyla posouzena na vliv nerovnoměrnosti modulu přetvárnosti v podzákladí.  Nosná konstrukce nebyla navržena s uvážením místního snížení pevnosti stykového betonu a stykové malty.  Nosná konstrukce nebyla navržena s uvážením prostorového působení panelové konstrukce při sestavení výpočtového modelu.  Nevyhovující konstrukční řešení a vyztužení styků nosných dílců.  Nevyhovující řešení styků obvodových dílců a styků obvodových dílců a vnitřní nosné konstrukce (z hlediska dilatačních pohybů, tepelně izolačních vlastností, vzduchotěsnosti a vodotěsnosti).

50

Nosné konstrukce vícepodlažních panelových budov  Styky jednovrstvých, tzv. nenosných, obvodových plášťů s vnitřní nosnou konstrukcí nebyly navrženy s uvážením výstižného výpočetního modelu konstrukce a zatížení (nebyly zohledněny zejména účinky teploty a vlhkosti, účinky svislého zatížení a dotvarování). Nepříznivý poměr vysoké tuhosti (malé poddajnosti) těchto styků a nízké únosnosti jsou příčinou jejich poruch.  Stropní konstrukce nemá požadované vyztužení ve stycích mezi stropními dílci (věncová výztuž a výztuž vložená do podélných styků stropních dílců). V důsledku uvedeného nedostatečného vyztužení nemá nosná konstrukce statickou bezpečnost, požadovanou současnými předpisy (zejména z hlediska mimořádných zatížení).  Podle současných předpisů svislé styky s hladkou stykovou spárou mají nulovou únosnost (byla uvažována nenulová). Při respektování nulové únosnosti klesá tuhost panelové konstrukce ve vodorovném směru řádově.  Stěnové panely byly navrženy bez příčné výztuže v patě a zhlaví panelu.  Stěnové panely z prostého betonu byly navrženy bez konstrukční výztuže po obvodu panelů. Mezi funkční vady a poruchy dále patří především nedostatečné tepelně izolační vlastnosti obvodových plášťů, okenních výplní, nedostatečné těsnění, nevyhovující tepelně technické a hydroizolační vlastnosti střešních konstrukcí, nevyhovující zvukoizolační vlastnosti podlahových a stropních konstrukcí, nevyhovující tloušťky krycích vrstev výztuže a další. Odstranění těchto projektových vad panelových konstrukcí ve vztahu k současně platným předpisům musí být vedle odstranění vzniklých poruch nedílnou součástí rekonstrukce a modernizace panelových budov. Při návrhu rekonstrukce a modernizace panelových budov je nutné tyto skutečnosti respektovat. Tento postup upravuje ČSN ISO 13822 (ČSN 73 0038) „Zásady navrhování konstrukcí – hodnocení existujících konstrukcí“, která umožňuje určité individuální hodnocení konstrukce. Při hodnocení vad a poruch panelových domů je třeba rozlišit vady a poruchy technologické (výrobní), materiálové, montážní a projektové. a) Svislá nosná stěnová konstrukce má rozhodující význam z hlediska zajištění prostorové stability nosného systému a požadavku na statickou bezpečnost. Její základní statickou funkcí je přenos vodorovných a svislých účinků zatížení v mezích přípustných deformací a přetvoření prostřednictvím základové konstrukce do základového podloží. Případné selhání svislé nosné konstrukce v důsledku selhání stěnových dílců a jejich styků může rozhodujícím způsobem ovlivnit statickou bezpečnost lokálně nebo celé konstrukce a v konečném stadiu způsobit kolaps a zřícení. Příčinou poruch svislých nosných stěnových konstrukcí může být:  narušení celistvosti svislé nosné konstrukce, snížení tuhosti v důsledku vzniku poruch (trhliny, drcení) ve stycích;  nevyhovující únosnost stěnových dílců;  nestejnorodost, nekvalita a nehomogenita dílců, rozdílné stáří dílců, rozdílné vyztužení dílců, chybné nebo nedostatečné vyztužení a ostatní materiálové a konstrukční odchylky (nedostatečné krycí vrstvy výztuže a porušení hran dílců);  rozměrové odchylky a tolerance;  nekvalitní montáž;  nadměrné namáhání svislé konstrukce, celkově nebo místně oproti návrhu;  změna stavu napjatosti svislé konstrukce oproti návrhovému stavu;  dynamické účinky a otřesy;  mimořádné vlivy a účinky. 51

Nosné konstrukce vícepodlažních panelových budov Svislá nosná stěnová konstrukce prefabrikovaných budov přenáší účinky vodorovných a svislých zatížení do základové konstrukce. Převážná většina prefabrikovaných stěnových konstrukcí vícepodlažních (panelových) budov byla navržena za podmínky, že výsledné svislé normálové napětí v patě stěn i při nejnepříznivější kombinaci účinků bude tlakové (stěnové dílce nejsou po výšce vzájemně spojeny výztuží – výztuž je nahrazena „tlakovým předpětím“ stěnových dílců od účinků dlouhodobých a stálých svislých zatížení). Hodnoty průměrných normálových tlakových napětí v patě prefabrikovaných panelových stěn jsou zpravidla výrazně nižší než výpočtové pevnosti betonu stěnových dílců (např. při rozponu stropní konstrukce do 4 200 mm se tyto průměrné hodnoty tlakových normálových napětí v patě stěny pohybují v rozmezí od 0,15 MPa do 0,22 MPa od jednoho podlaží, při rozponu 6 000 mm od 0,20 MPa do 0,30 MPa od jednoho podlaží). Poznámka: Pro budovy o větším počtu podlaží byly v řadě případů používány stěnové panely s rozdílnou (dvojí) únosností, resp. pevností. V rámci průzkumu je nutné ověřit, zda v některých případech nebyly osazeny méně únosné dílce do míst, kde podle projektu měly být stěnové dílce s vyšší únosností.

Místem výskytu poruch stěnových dílců jsou nadpraží dveřních otvorů. Příznačná je pro ně tvorba šikmých nebo svislých – v podstatě smykových – trhlin, mnohdy na celou výšku nadpraží, někdy ještě pokračujících pod stropní panel. Na vzniku těchto trhlin se podílejí jednotlivá zatížení: zatížení od stropní konstrukce, roznášené nadpražím do stěnových pilířů, vodorovná zatížení (větrem), popř. zatížení od vynucených přetvoření (dotvarování), od sedání základů především ve spodních podlažích a od teplotních účinků zejména v nejvyšších podlažích. Porušením trhlinami může být snížena schopnost nadpraží působit jako spřahující prvek při zabezpečování prostorové tuhosti budovy. Poruchy vnitřních stěn způsobené korozí betonu a výztuže jsou poměrně vzácné, neboť nosné stěny nejsou vystaveny bezprostředně vnějšímu prostředí. Výjimkou jsou prefabrikované dílce, popř. jejich části vystavené vnějšímu prostředí. Zvláštní pozornost je třeba věnovat procesům karbonatace betonu. Karbonatace betonu Beton náleží mezi značně rezistentní stavební materiály. Jak dosvědčují příklady z našeho okolí, betonové výrobky přežívají v našich klimatických podmínkách déle než 100 let (např. betonový most v Praze-Libni apod.) a jak ukazují výsledky získané při průzkumu našich pohraničních pevností, ani značné mechanické narušení některých z nich (dělostřelba, nálože) neurychlilo přirozenou degradaci betonu. Jedním z příznaků nevratných změn betonu je postupná ztráta alkality cementového tmelu neutralizačním účinkem působení řady vnějších vlivů (tzv. kyselých plynů). Za hlavní příčinu neutralizace betonu ve volné atmosféře je považováno působení oxidu uhličitého (CO2) – karbonatace. Obsah CO2 v atmosféře dosahuje cca 60 mg.m-3 (v oblastech velkoměst byly naměřeny i hodnoty 2 000 mg.m-3), tj. o 3 až 4 řády více než jsou dlouhodobé průměrné koncentrace ostatních kyselých plynů. Proto je vliv CO2 v odborné literatuře sledován jako rozhodující. Výzkumné práce se věnují nejčastěji problému rychlosti karbonatace, vlivu vlhkosti a vlastní kvality betonu na rychlost postupu zóny karbonatace. Byly vypracovány metody pro stanovení stupně karbonatace a stupně modifikačních přeměn, četné jsou snahy o matematický popis kinetiky a je publikováno i rozdělení karbonatace do více vývojových etap s přiřazeným stupněm nebezpečnosti pro stabilitu konstrukcí. Podle [10] se mechanické vlastnosti betonu postupně zhoršují teprve ve třetí etapě karbonatace, kdy stupeň karbonatace přesáhne 72 %; ke konečné ztrátě soudržnosti a pevnosti dochází až ve čtvrté etapě: 52

Nosné konstrukce vícepodlažních panelových budov Poznámka: V první etapě karbonatace se přeměňuje hydroxid vápenatý, resp. jeho roztok v mezizrnečném prostoru na uhličitan vápenatý, který přitom částečně zaplňuje póry. Hlavní vlastnosti betonu se v tomto stadiu stávají výhodnějšími. V druhé etapě probíhají přeměny ostatních hydratačních produktů cementu podle uvedeného schématu. Vznikají modifikace CaCO3 společně s amorfním gelem kyseliny křemičité a zůstávají často jako velmi jemnozrnné krystalické novotvary uhličitanu vápenatého. Hrubozrnné krystalické novotvary uhličitanu vápenatého se tu vyskytují jen ojediněle. Vlastnosti betonu v druhé etapě karbonatace se příliš nemění, mechanické vlastnosti pak kolísají kolem původních hodnot. Třetí etapa karbonatace se vyznačuje překrystalováním dříve vzniklých novotvarů uhličitanu vápenatého, a to z mezizrnečného roztoku. Přitom vznikají velmi početné a poměrně velmi rozměrné, proti dřívějším útvarům i více než desetkrát větší, krystaly kalcitu a aragonitu. Současně přitom mohou méně stálé modifikace CaCO3 vlivem vlhkosti a déle trvající karbonatace přecházet na stálejší modifikaci. Mechanické vlastnosti betonu se během třetí etapy postupně zhoršují. Čtvrtou etapu charakterizuje téměř úplný stupeň karbonatace, při němž hrubé krystaly aragonitu a zejména kalcitu prostupují celou strukturou cementového tmelu, což je v krajním případě spojeno se ztrátou soudržnosti a pevnosti. Hloubka karbonatace betonu závisí na jakosti a hutnosti betonu, okolním prostředí, stáří, vodním součiniteli a ošetřování betonu ve stadiu jeho výroby, nepropustnosti a homogenitě betonu, tvaru betonových konstrukcí. Karbonatace a koroze výztuže jsou dva vzájemně vázané procesy, které lze označit jako hlavní z hlediska životnosti železobetonové konstrukce.

b) Prostřednictvím styků mezi stropními dílci prefabrikované stropní konstrukce stěnových systémů dochází k jejich vzájemnému spolupůsobení, jehož kvalita a velikost jsou především závislé na statických vlastnostech styků, tj. tuhosti a únosnosti. Stropní deska, vytvořená skladbou jednotlivých stropních dílců, přenáší účinky svislých a vodorovných zatížení do nosných stěn, má zásadní význam pro zajištění prostorové tuhosti nosného systému vícepodlažní budovy – zajišťuje distribuci účinků vodorovných zatížení do jednotlivých nosných stěn v závislosti na jejich tuhosti (ohybové a smykové). Při posuzování styků mezi stropními dílci i dílců samotných je nutné vycházet jednak z celkového uspořádání stropní desky a statických vlastností styků, jednak ze způsobu zatížení a uložení stropní desky. Mezi nejčastější poruchy a vady prefabrikovaných stropních konstrukcí patří vznik trhlin v podélných stycích stropních dílců, nedostatečné uložení stropních dílců ve styku se stěnovými dílci, nadměrný průhyb a nedostatečná rovinnost podhledu stropní konstrukce. Mezi hlavní příčiny vad a poruch stropních konstrukcí a styků stropních dílců patří:  nedostatečná únosnost, popř. tuhost stropní konstrukce (např. nedodržení polohy nosné výztuže);  účinek dotvarování, popř. smršťování (technologické trhliny) betonu dílců;  přetížení stropní konstrukce, celkově nebo místně;  nekvalitní provedení, není dosaženo projektovaných parametrů (kvalita materiálů, rozměry, konstrukční uspořádání, vyztužení apod.), pokles nebo vychýlení podpor, nadměrné deformace a poruchy základových konstrukcí;  deformační účinky způsobené teplotou a vlhkostí;  neodborné zásahy, mechanické poškození;  degradační procesy, koroze a rozpad materiálů;  rozdílné statické působení oproti předpokládanému;  dynamické účinky, otřesy apod.

53

Nosné konstrukce vícepodlažních panelových budov Nedostatečné uložení stropních dílců ve styku „stěna – strop – stěna“ a nekvalitní provedení věnce (stykového betonu) mezi čely stropních dílců, vyztužení věnce a vzájemné spojení protilehlých stropních dílců ve styku patří mezi nejzávažnější vady, ovlivňující statickou bezpečnost systému. Nadměrné deformace stropních konstrukcí způsobují následné poruchy navazujících konstrukcí, zejména podlahových, podhledových, vestavěných stěn a příček apod. Poruchy stropních konstrukcí se mohou také projevovat plísněmi, zvýšenou místní vlhkostí, výkvěty. Převážně jsou tyto poruchy způsobeny vadami projektu v oblasti tepelné techniky. Výskyt těchto poruch je nejčastěji na stropních konstrukcích nejvyšších podlaží, ve styku nebo poblíž obvodových konstrukcí, nad nejnižším podlažím, na stropních konstrukcích, které jsou ve styku nebo tvoří rozhraní vnitřního a vnějšího prostředí. Nejběžnější poruchou prefabrikovaných stropních konstrukcí je vznik trhlin a rozevírání podélných styčných spár mezi jednotlivými stropními panely. Mezi příčiny těchto poruch patří nesprávné a neúčinné tvarování stykových ploch dílců, nedokonalé vyplnění styku stykovým betonem, rozdílné zatížení stropních dílců, nestejné přetváření (dotvarování) vlivem rozdílného stáří, rozdílné kvality betonu, popř. odlišného předpětí apod. V nejvyšších podlažích mohou vznikat poruchy ve stycích a deformace stropní konstrukce od teplotních účinků, zejména porušení vodorovných styků (trhliny v ložných spárách) mezi stropní konstrukcí a podélnou stěnou. Vznik trhlin v podélných stycích stropních dílců je provázen snížením tuhosti stropní desky a v důsledku toho snížením prostorové tuhosti tohoto systému. c) Mezi hlavní příčiny poruch svislých styků stěnových dílců patří zejména následující vady projektové a montážní (obr. 1. 33):  neúčinné tvarování stykových ploch dílců;  nedostatečné vyztužení styku;  nedostatečná únosnost stykového betonu;  nekvalitní provedení styku (nedostatečné vyplnění styku betonem, popř. jeho zhutnění, nesprávné složení stykového betonu).

Obr. 1.33 a) Porušení svislého styku vnitřního nosného stěnového dílce a obvodového dílce; b) porušení svislého styku vnitřního stěnového dílce a předsazeného schodišťového dílce 54

Nosné konstrukce vícepodlažních panelových budov U svislých styků stěnových dílců je třeba věnovat zvýšenou pozornost rozlišení svislých trhlin (smykových nebo tahových) a příčných, šikmých trhlin. Příčinou vzniku svislých převážně tahových trhlin s malým narušením okrajů je zpravidla smršťování stykového betonu (velký obsah cementu a vody). Vznik šikmých příčných trhlin ve stykovém betonu dokládá, že ve styku bylo dosaženo smykové namáhání, které překročilo mez úměrnosti (Tu,el), závislost T ·  styku. V obou výše uvedených případech je nutné klasifikovat svislý styk jako styk se sníženou tuhostí (Ks  (0,1; 0,01)) (obr. 1.34). Vizuální ověření případného narušení staticky významných svislých styků trhlinami, drcením stykového betonu vyžaduje odstranění přiléhajících částí stykovaných stěnových dílců, které vytváří svislou drážku („bednění“) pro uložení stykového betonu tak, aby bylo možné identifikovat stav porušení styku. Ověření rozsahu porušení styků lze částečně provést také speciálními přístroji na bázi ultrazvuku apod. Opakované – cyklické – účinky způsobují po překročení meze úměrnosti styku (alespoň v jednom zatěžovacím cyklu) postupnou degradaci styku, postupné zvyšování deformací (přetvoření) styků až do úplného porušení styků (nízkocyklická únava, přírůstkové zhroucení). Poznámka: Experimentálně zjištěné hodnoty relativních posunů vzhledem k šířce styku (tj. 100 mm až 150 mm) na mezi úměrnosti y,el, se pohybují v rozmezí 2.10-2 mm až 1.10-1 mm. Trvalá deformace y,t po překročení u činí 50 až 80 % celkové deformace y, mezní deformace svislého styku y,m při dosažení mezního zatížení Tm činí 0,6 až 2,5 mm. Celková deformace v oblasti reziduální únosnosti styku, tj. po překročení mezní únosnosti Tm, může dosáhnout 10 až 25 mm. V tomto stadiu působení styk vykazuje tuhost, která je řádu 10-2 a nižší oproti tuhosti styku v lineárně pružné oblasti (T  (0, Tm)), přičemž po překročení zatížení na mezi úměrnosti Tu,el tuhost styku klesá na 10-1 až 10-2 počáteční tuhosti styku. Toto snížení tuhosti má vliv na přírůstky (úbytky) normálových napětí v některých prvcích nosného systému.

Prevencí před vznikem poruch a snižováním tuhosti svislých styků vystavených účinkům cyklického opakovaného zatížení (zejména účinky teploty, dynamické účinky dopravy, popř. částečně i větru) je zvýšení tažnosti styků dodatečným příčným vyztužením (kontinuálním), diskrétním vyztužením v úrovni věnce, popř. předepnutím stěnových dílců (zejména zesílením výztuže v oblasti věnců a zálivek, včetně stykování dílců, např. v úrovni zhlaví). U svislých styků vystavených opakovanému zatížení smykovou silou, zejména od účinků změny teploty (svislého styku např. mezi obvodovými dílci a vnitřní nosnou konstrukcí), je vhodnější snížení tuhosti zvýšením poddajnosti styků vhodnou úpravou stykových ploch dílců. Větším vyztužením svislého styku lze např. dosáhnout celkové zvýšení zatížení na mezi úměrnosti Tu,el tak, aby platilo Tu,el  Top. Únosnost svislých styků prefabrikových dílců závisí na způsobu řešení stykových ploch dílců, množství, způsobu a kvalitě vyztužení styku, na kvalitě stykového betonu a betonu dílců a na převázání styku stropními dílci. Smršťováním betonu dílců a styků zpravidla vznikají ve svislých stycích převážně v oblasti kontaktních spár vlasové trhlinky, zřetelné hlavně uprostřed výšky podlaží. Objevují se v případě, kdy vodorovná výztuž svislých styků není rovnoměrně rozdělena po výšce podlaží. Pro budovu nepředstavují zpravidla závažnější nebezpečí z hlediska statické funkce nosné konstrukce. Po několika letech existence budovy se rozvoj zpravidla ustálí.

55


Obr. 1.34 a) Porušení stykového betonu šikmými trhlinami; b) pohled na zkušební sestavu s porušenými svislými styky (krajní dílce podepřeny na dolní části, střední dílec zatížen v horní části); c) hlavní napětí a deformace stykového betonu při vzniku trhlin ve styčné spáře; d) idealizované pracovní diagramy styků T · y [8]

56

Nosné konstrukce vícepodlažních panelových budov Objemové změny od účinku teploty, popř. vlhkosti vyvolávají poruchy ve stycích vnitřní konstrukce a vnější obalové konstrukce. Jsou to zejména styky mezi vnitřní nosnou konstrukcí, průčelními a štítovými dílci a styky se stropní konstrukcí v nejvyšším podlaží. Trhliny jsou dobře patrné především v nejvyšších podlažích, tj. v místech, kde smykové síly dosahují maximálních hodnot. Trhliny ve stycích mezi vnitřní podélnou a štítovou stěnou zpravidla přecházejí do vodorovných trhlin v ložné spáře mezi podélnou stěnou a stropní konstrukcí. Vzhledem ke stále se opakujícím změnám teploty mají tyto poruchy tendenci k trvalému rozvoji. Jejich vzniku, popř. šíření, lze zamezit účinnou tepelnou izolací obalových konstrukcí. Porušení svislého styku podélné stěny, situované v krajním poli panelové budovy a štítové stěny, může mít závažný vliv na celkovou tuhost nosné konstrukce v podélném směru. Poruchy styků v nejvyšších podlažích jsou převážně způsobeny cyklickými účinky změny teploty stropní desky v nejvyšším podlaží. Poruchy styků mezi stěnovými dílci v nejnižších podlažích jsou zpravidla převážně způsobeny nerovnoměrným sedáním základů, které se zpravidla po několika letech ustává (v závislosti na průběhu konsolidace zeminy). K poruchám tohoto druhu dochází velmi zřídka; jejich závažnost závisí na konkrétních okolnostech jednotlivých případů. d) Mezi hlavní příčiny vzniku poruch vodorovných styků stěnových a stropních dílců patří zejména:  rozdílné fyzikálně mechanické vlastnosti materiálů tvořících styk;  nedostatečné vyztužení styku a dílců;  nevyhovující způsob uložení stropních dílců ve styku;  nevhodný tvar čel stropních dílců;  nevyhovující vlastnosti a výška ložné spáry. Poruchy vodorovných styků nosných stěn se zpravidla vyskytují jen ojediněle, avšak jejich závažnost může být ze statického hlediska významná. V řadě případů není výskyt poruch, tj. např. tahových trhlin ve stykovém betonu, narušení zhlaví dílců apod. vizuálně prokazatelný. Příčinou je nejčastěji, v porovnání s poruchami svislých styků, vznik poruch vodorovného styku „stěna – strop – stěna“ kombinací několika nepříznivých činitelů, např. nedodržení předepsané pevnosti betonu dílců, nedostatečná vodorovná výztuž ve zhlaví a patě stěnových dílců, nedostačující kvalita stykového betonu, popř. neúplné vyplnění styku stykovým betonem, neuvolnění stavěcích šroubů při montáži stěnových panelů na stavěcí šrouby, ponechání klínů apod. Extrémní nebezpečí nastává v případě drcení betonu, popř. „roztržení“ stěnového dílce v místě např. neuvolněných montážních šroubů, pomocných klínů apod. Zejména při rekonstrukci a nástavbě vícepodlažního domu, při kterém dochází ke zvýšení svislého zatížení, které může být příčinou dalšího vzniku poruch a rozvoje do té doby stabilizovaných poruch, je nutné věnovat této otázce zvýšenou pozornost. Hlavní příčiny menší tuhosti v tlaku vodorovného styku „stěna – strop – stěna“ v porovnání s tuhostí přiléhajících stěn, lze spatřovat především:  v nižším modulu pružnosti Ez stykového betonu oproti modulu pružnosti Est betonu stěnových dílců;  v menším modulu pružnosti (přetvárnosti) Em výplně ložných spár;  v nedokonalém kontaktu stěny a výplně ložných spár;  ve výskytu tahových normálových napětí +x spolu se vznikem trhlin ve styku, které vznikají bud' následkem působení napětí +x, nebo ještě před zatěžováním od objemových změn, způsobených především smršťováním stykového betonu. 57

Nosné konstrukce vícepodlažních panelových budov Z rozboru pracovních diagramů závislosti poměrných deformací vodorovných styků stropních a stěnových dílců, při zatížení dostředným tlakem (y /y, y /x, resp. N/y, N/x) vyplývá, že styk prakticky již od počátku nebo od určitého zatížení (dále označeného Nk) vykazuje v porovnání se stěnovými dílci poměrně velké svislé i vodorovné deformace y a x. Větší hodnoty poměrných deformací styku y,s proti deformaci stěny y,st svědčí o menší tuhosti styku při namáhání tlakem (viz obr. 1.30). K výraznému poklesu tuhosti styku, v porovnání s tuhostí stěny, dochází zejména od určitého tzv. kritického zatížení styku v tlaku Nk, při němž vznikají ve styku svislé trhliny. Tuhost styku v tomto stadiu lze stanovit podle výsledků experimentálních zkoušek, nebo se spokojit s přibližným teoretickým stanovením tuhosti styku, jež platí pouze pro počáteční oblast intervalu (Nk; Nu), kde Nu je mezní zatížení styku v tlaku.

1.4 Dodatečné zásahy do nosného systému panelových budov Provádění dodatečných zásahů do nosné panelové konstrukce pod zatížením – např. provádění nových otvorů v nosných stěnách, popř. ve stropní desce, průběžných drážek a prostupů pro technické rozvody apod. – je vždy provázeno změnou stavu napjatosti v dotčených částech nosné konstrukce ve všech jejích složkách a redistribucí napětí z „oslabených“ částí do okolních průřezů nosné konstrukce. Z tohoto pohledu lze za závažné zásahy do nosné konstrukce považovat provádění průběžných drážek pro elektrorozvody a instalace, při němž dochází k oslabení průřezu stěn a k narušení výztuže dílců, změnu podlahových konstrukcí, náhradu lehkých příček za zděné příčky apod., při nichž dochází k lokálnímu zvýšení zatížení stropní konstrukce. Pokud jsou v nosné konstrukci dostatečné rezervy, dochází k „ustálení“ konstrukce a rovnováze vnitřních a vnějších sil. V opačném případě dochází následně k redistribuci tzv. zbytkových napětí z porušených částí konstrukce do neporušených. Tento proces pokračuje v závislosti na „schopnosti“ – rezervách – konstrukce přebírat zbytková namáhání z oslabených, popř. porušených částí až do stadia konečného ustálení lokálně narušené konstrukce. Mimořádnou pozornost je třeba věnovat zásahům do nosného systému v panelových budovách s nedostatečným vyztužením stěnových dílců a prefabrikované stropní desky, s nekvalitním provedením dílců a styků. U těchto budov je vyšší riziko selhání nosného systému „spuštěním“ mechanismu postupné ztráty nosné způsobilosti v důsledku snížené schopnosti nosných konstrukcí (dílců a styků) redistribuce tzv. zbytkových namáhání z porušených, popř. oslabených částí nosného systému do částí neporušených. Při nedostatečných rezervách, zejména v oblasti pružnoplastického přetváření a působení konstrukce, dochází k „řetězovému“ procesu – postupnému porušování konstrukce, na jehož konci je selhání – ztráta způsobilosti konstrukce plnit statickou funkci – tzv. progressive collaps systému. Z tohoto důvodu je třeba, aby rozsah zásahu do nosné konstrukce posoudil autorizovaný statik znalý zvláštností panelových stěnových konstrukcí. Poznámka: Příkladem postupného zřícení nosné panelové konstrukce účinkem mimořádného zatížení je havárie výškového panelového domu Ronan Point v Londýně v roce 1969, způsobená výbuchem plynu. Budova měla celkem 23 nadzemních podlaží, z toho 1. NP byla monolitická konstrukce tvořená železobetonovými sloupy a stěnami. Ostatních 22 nadzemních podlaží byla montovaná panelová konstrukce, provedená dánským systémem Larsen-Nielsen. Celkové půdorysné rozměry byly 24 100 x 18 200 mm a výška budovy byla 61 m. Nosná konstrukce montované části budovy byla tvořena systémem příčných stěn,

58

Nosné konstrukce vícepodlažních panelových budov přerušených dvěma průběžnými podélnými stěnami. Schéma rozmístění příčných a podélných stěn, včetně způsobu uložení stropních panelů, je patrné z obr. 1.35a. Ke zřícení části obytného domu došlo výbuchem plynu v rohovém bytě v 18. nadzemním podlaží, kterým byl vyražen nejen průčelní fasádní plášť v kuchyni a obývacím pokoji, ale i nosné štítové panely. V důsledku toho ztratily stropní panely a obvodové stěny vyšších podlaží podporu. Jejich zřícením byly pak postupně demolovány odpovídající části spodních bytů ve všech 22 podlažích. Proces tohoto postupného zřícení je označován jako „progressive collapse“. Na podkladě rozboru účinku výbuchu plynu bylo zjištěno, že výbuchem byl vyvinut na štítové stěny tlak 35 – 42 kN/m2 po dobu několika tisícin vteřiny, který se prudce zmírnil, takže po dobu asi jedné desetiny vteřiny byla stěna zatížena průměrným tlakem 21 kN/m2. Účinkem tohoto tlaku došlo k „vysunutí“ štítových panelů. Uvedenému tlaku 21 kN/m2 (42 kN/m2) odpovídají posouvající síly o velikosti cca 26 kN (52 kN) na 1 m´vodorovného styku (ložné spáry). Současně s výbuchem došlo k „nadlehčení“ horní stropní konstrukce zatěžující štítové panely, kde se předpokládá, že se štítové panely vysunuly nejdříve. Podle názoru komise postačil zde k vysunutí tlak 19 kN/m2, zatímco v patní spáře by byl zapotřebí tlak 39 kN/m2. Podle šetření lze také předpokládat, že došlo k zlomení konstrukce stropních panelů vyššího podlaží od záporného momentu, vyvolaného tlakem plynů. Podle zkoušek panelů by st ačilo zatížení zdola 16 kN/m2, zatímco shora 27 kN/m2. Je tedy možné předpokládat, že výbuch způsobil i částečné porušení horních stropních panelů, což přispělo k uvolnění styku se štítovými panely. Rozhodujícím faktorem při výbuchu bylo porušení styku mezi stropními a štítovými panely (obr. 1.35).

Obr. 1.35 a) Schéma konstrukce a poškození výškového domu „Ronan Point“ a podrobnosti styků nosné panelové konstrukce (převzato ze zprávy odborné vyšetřovací komise); b) stav výškového domu po výbuchu plynu v rohovém bytu v 18. NP

59

Nosné konstrukce vícepodlažních panelových budov Mezi dodatečné zásahy a změny, které mohou ovlivnit přechodně, tj. v průběhu jejich provádění, nebo trvale statickou bezpečnost dotčených částí nosného systému, popř. celého systému patří:  změna zatížení nosné konstrukce,  dostavba a nástavba panelové budovy,  provádění nových rozvodů a instalací,  zřizování dodatečných otvorů ve stěnách a stropech,  odstraňování části nosných stěn, popř. stropních konstrukcí,  zásahy do základové konstrukce, popř. další. Ve všech uvedených, popř. i dalších případech zásahů do nosného systému dochází k lokálnímu, popř. celkovému narušení rovnováhy vnějších a vnitřních sil, které by měly být předmětem vyjádření nebo posouzení kvalifikovanou autorizovanou osobou, a to jak pro stadium provádění plánovaného zásahu, tak i pro stadium po jeho provedení. Každému zásahu a změně musí předcházet průzkum a zhodnocení stavebně technického stavu nosného systému v rozsahu odpovídajícímu závažnosti zásahu. Všechny provedené změny a zásahy do nosného systému musí být řádně evidovány u vlastníka panelového domu a na příslušném stavebním úřadu.

60

1 Nosné konstrukce vícepodlažních panelových budov

Recommend Documents