2009 P OZEMNÍ STAVBY

6/2009

POZEMNÍ

p f 2 0 1

STAV BY

SVAZ VÝROBCŮ CEMENTU ČR K Cementárně 1261, 153 00 Praha 5 tel.: 257 811 797, fax: 257 811 798 e-mail: [email protected] www.svcement.cz

NOVÝ

8 0 / MÁ DOSTAVBA

7/

SÍDLA SPOLEČNOSTI

NÁRODNÍ

TECHNICKÁ

/21

LVA R O J OAQ U I M ELO SIZA VIEIRA

/14

KNIHOVNA

SVAZ VÝROBCŮ BETONU ČR Na Zámecké 9, 140 00 Praha 4 tel.: 246 030 153 e-mail: [email protected] www.svb.cz

26/

„NOVÁ“ KNIHOVNA ALEXANDRII

18/

STŘEDNÍ

V EGYPTSKÉ

P Ř Í R O D OV Ě D E C K Á FA K U LTA U N I V E R Z I T Y PALACKÉHO V OLOMOUCI

SDRUŽENÍ PRO SANACE BETONOVÝCH KONSTRUKCÍ Sirotkova 54a, 616 00 Brno tel.: 541 421 188, fax: 541 421 180 mobil: 602 737 657 e-mail: [email protected] www.sanace-ssbk.cz, www.ssbk.cz

ČESKÁ BETONÁŘSKÁ SPOLEČNOST ČSSI Samcova 1, 110 00 Praha 1 tel.: 222 316 173 fax: 222 311 261 e-mail: [email protected] www.cbsbeton.eu

FARNÍ KOSTEL SV. JAKUBA V ITALSKÉM FOLIGNU

ČERNÝ ŠKOLA HUDEBNÍHO, TANEČNÍHO A DIVADELNÍHO UMĚNÍ V LOS ANGELES,

PAVILON – CHOREOGRAFIE V

USA

NÁRODNÍ CENTRUM AIX-EN-PROVENCE

/10

/24

OBSAH ÚVODNÍK JE

B ETON MATE R IÁL VHODNÝ PRO E N E RG ETIC KY

E FE KTIVN Í V ÝSTAVB U B U DOV ?

S TAV E B N Í F A K U LTA

KONSTRUKCE

U N IVE RZIT Y P A R DU B IC E Rozhovor s akad. arch. Ladislavem Kubou

/3

N Á R O D N Í TEC H N IC K Á K N I HOVNA Rozhovor s akad. arch. Romanem Brychtou / 7 P Ř Í RODOVĚ DEC K Á FA K U LTA U N IVE RZIT Y P A L AC K É H O V O LOMOUC I Tomáš Tvrdík, Miroslav Šváb, Milan Mužík / 1 0 D OSTAVBA SÍ DL A SP OLEČ NOSTI Jeroen Vander Beken, Frederic Ghyssaert, Laurent Ney

FAR N Í KOSTE L

PAVI LON

C HOR EOG R A FI E

– N Á R O D N Í C E NTR U M V A IX - E N -P ROVE NC E

/21 /24 /26

B U DOVA R IVE R H OUSE Daniel Kóňa

/30

M AT E R I Á L Y S PŘ A ŽE N É

SVĚTLOSTÁ LOSTI A N O R G A N IC KÝC H

PIG M E NTŮ V B ETON U

Jan Přikryl

/63

V LIV PIG M E NTŮ NA VL ASTNOSTI B ETON U Ivana Pečur, Sandra Juradin, Miroslav Duvnjak, Tomislav Lovrič

/66

Ž E LEZOB ETONOVÉ

SC HODIŠTĚ

/70

Ondřej Klečka

„N OVÁ “ K N I HOVNA V EGYPT SKÉ A LEX AN DR I I Jana Margoldová, Lucie Šimečková V

/58

SE Z A L AMOVA NOU SC HODN IC Í

V ITALSKÉ M

Č E R NÝ

Z KOU ŠE N Í

PR UTŮ

SOFTWARE

L OS A NG E LES , USA / 1 8

S V . J A K U BA F OLIG N U Jana Margoldová, Lucie Šimečková

A NALÝZ A PR Ů Ř EZU ŽE LEZOB ETONOV ÝC H – STAV V ÝZK U M U Thomas Löhning, Jochen Schenk, Uwe Starossek

/14

ŠKOL A H U DE B N Í HO , TAN EČ N Í HO

A DIVADE LN Í H O U M Ě N Í V

N OV Ý

Vydává BETON TKS, s. r. o., pro: Svaz výrobců cementu ČR Svaz výrobců betonu ČR Českou betonářskou společnost ČSSI Sdružení pro sanace betonových konstrukcí

C H E M IC KO - TEC H NOLOG IC K Á

A TĚ LOV ÝC HOVNÁ Z AŘ ÍZE N Í

S TŘ E DN Í

Ročník: devátý Číslo: 6/2009 (vyšlo dne 14. 12. 2009) Vychází dvouměsíčně

/2

Petr Hájek

NORMY •

•

J AKOST

C E RT I F I K AC E

Ilustrace na této straně: Mgr. A Marcel. Turic

DO STAT I C K É H O SOF T WAR U

/73

Jan Gajdošík

B R ATISL AVE

ZJ IŠŤOVÁ N Í PEVNOSTI LE H KÉ HO

B ETON U S K E R AM IC KÝM K A M E N IV E M ODR A ZOV ÝM I

A TECHNOLOGIE

OC E LOB ETONOVÉ KONSTR U KC E

T VR DOM Ě RY SYSTÉ M U

S C H M I DT

Jiří Brožovský

/76

A Z ASE T Y NOR MY ! Michal Števula

/79

S V YSOKOPEVNOSTN Í M SAMOZH UTN ITE LNÝM

C80/95 V Č ESKÉ Josef Lukáš, Rudolf Hela, Lenka Bodnárová B ETON E M

B ETON PRO N E J V YŠŠÍ V Č ESKÉ R E PU B LIC E Bohumil Ježek

PR Ů MYSLOVÉ B U DOV Y

S PEC IÁLN Í

OC H R A NA PROTI

B ETONY

–

D OTA Z Y

R E PU B LIC E

/34

/40

ION IZU J ÍC Í M U Z ÁŘ E N Í

/44

Jan Jašek

VĚDA

A VÝZKUM

N AVR HOVÁN Í

KONZOL S P OUŽITÍ M MODE LŮ

N ÁVR H

K

A REAKCE ČTENÁŘŮ

ČSN EN 1992: „ NAVR HOVÁN Í

B ETONOV ÝC H KONSTR U KC Í “

/80

SPEKTRUM K A M P U S U N IVE RZIT Y S I MONA F R ASE R A V K ANADSKÉ M V ANCOUVE R U Jana Margoldová

/39

Á LVARO J OAQ U I M M E LO S IZ A V I E I R A Petr Vorlík

/82

AKTUALITY

NÁH R ADN Í PŘ Í H R A DOVI NY

Jiří Šmejkal, Jaroslav Procházka

D OTAZY

/48

ŠTÍ H LÉ HO SLOU PU M ETODOU

V ÝZNAM NÁ Z ASTAVE N Í VE 110 LETÉ Č ESKÉ TEC H N I KY V B R N Ě Leonard Hobst

/54

S E M I NÁ Ř E ,

H ISTO R I I

KON FE R E NC E A SYM P OZIA

BETON • TECHNOLOGIE • KONSTRUKCE • SANACE

6/2009

Sazba: 3P, s. r. o., Radlická 50, 150 00 Praha 5 Tisk: Libertas, a. s. Drtinova 10, 150 00 Praha 5 Adresa vydavatelství a redakce: Beton TKS, s. r. o. Na Zámecké 9, 140 00 Praha 4 www.betontks.cz Redakce, objednávky předplatného a inzerce: tel.: 224 812 906, 604 237 681, 602 839 429 e-mail: [email protected] [email protected] Roční předplatné: 540 Kč (+ poštovné a balné 6 x 30 = 180 Kč), cena bez DPH 21 EUR (+ poštovné a balné 7,20 EUR), cena bez DPH, studentské 270,- Kč (včetně poštovného, bez DPH) Vydávání povoleno Ministerstvem kultury ČR pod číslem MK ČR E-11157 ISSN 1213-3116 Podávání novinových zásilek povoleno Českou poštou, s. p., OZ Střední Čechy, Praha 1, čj. 704/2000 ze dne 23. 11. 2000 Za původnost příspěvků odpovídají autoři. Označené příspěvky byly lektorovány. Foto na titulní straně: Fakulta chemicko-technologická a tělovýchovná zařízení Univerzity Pardubice foto: Ester Havlová

/92

G LOBÁLN Í HO SOUČ I N ITE LE

Petr Marek

Redakční rada: Doc. Ing. Vladimír Benko, PhD., Doc. Ing. Jiří Dohnálek, CSc., Ing. Jan Gemrich, Prof. Ing. Petr Hájek, CSc. (předseda), Prof. Ing. Leonard Hobst, CSc. (místopředseda), Ing. Jan Hrozek, Ing. Jan Hutečka, Ing. arch. Jitka Jadrníčková, Ing. Zdeněk Jeřábek, CSc., Ing. Milan Kalný, Ing. arch. Patrik Kotas, Ing. Jan Kupeček, Ing. Pavel Lebr, Ing. Milada Mazurová, Doc. Ing. Martin Moravčík, Ph.D., Ing. Hana Némethová, Ing. Milena Paříková, Petr Škoda, Ing. Ervin Severa, Ing. arch. Jiří Šrámek, Ing. Vlastimil Šrůma, CSc., MBA, Prof. Ing. RNDr. Petr Štěpánek, CSc., Ing. Michal Števula, Ph.D., Ing. Vladimír Veselý, Prof. Ing. Jan L. Vítek, CSc. Grafický návrh: DEGAS, grafický ateliér, Heřmanova 25, 170 00 Praha 7

A PLI K AC E ČSN EN 1992-1-1

N E DESTR U KTIVN Í

Vydavatelství řídí: Ing. Michal Števula, Ph.D. Šéfredaktorka: Ing. Jana Margoldová, CSc. Produkce: Ing. Lucie Šimečková

/96

BETON TKS je přímým nástupcem časopisů Beton a zdivo a Sanace.

1

ÚVODNÍK EDITORIAL

JE

BETON MATERIÁL VHODNÝ PRO ENERGETICKY EFEKTIVNÍ VÝSTAVBU BUDOV? Milé čtenářky, milí čtenáři, před rokem a půl jsem se na stejném místě snažil odpovědět na otázku, zda je beton materiál vhodný pro udržitelnou výstavbu. Vždy jsem o tom byl přesvědčen a věřím, že nikdo z příznivců betonu nepochybuje o jasném významu a možnostech betonu v novodobé výstavbě zaměřené na vysokou kvalitu, a to nejenom z čistě technických hledisek, ale i z dalších aspektů environmentálních, ekonomických a sociálních. Dnes se pokusím na zmíněný úvodník navázat názorem na otázku, která se týká výhradně budov a jednoho z klíčových problémů současnosti a blízké budoucnosti – a to je úspora energie na provoz budov. Je všeobecně známá a často opakovaná skutečnost, že na provoz budov se spotřebuje přibližně 40 % veškeré vyrobené energie. Souvisí to nejenom s vytápěním v zimním období ale významnou měrou i chlazením v letních měsících. Převážná většina energie využívaná pro provoz budov pochází z neobnovitelných zdrojů, především fosilních surovin a přispívá tak mimo jiné i k narůstajícímu množství emisí CO2. V roce 2005 představoval podíl fosilních zdrojů v celkové produkci energie v ČR téměř 80 %, v jiných evropských zemích je tomu podobně. Evropa na uvedenou situaci reaguje větším důrazem na podporu výzkumu zaměřeného na úspory provozních energií v budovách. V březnu 2007 stanovila Evropská komise cíle pro období do roku 2020: • zvýšit energetickou efektivitu tak, aby bylo dosaženo snížení spotřeby o 20 % vzhledem k roku 2005, • dosáhnout 20% podílu obnovitelných zdrojů energie (v roce 2005 to bylo v ČR 5,4 %), • snížit emise CO2 o 20 % v porovnání s rokem 1990. Jaká může být úloha betonu a jeho příspěvek k řešení uvedených cílů? Jak se může běžný beton, který má sám o sobě velmi špatné tepelně izolační vlastnosti, uplatnit v energeticky efektivní výstavbě? Jistě existují lehké betony dosahující příznivých tepelně technických parametrů i v porovnání s cihelnými materiály. Různé

REDAKČNÍ

PLÁN NA ROK

2010

Objednávka plochy inzerce 28. 12. 2009 20. 1. 2010 22. 2. 2010 22. 3. 2010 23. 4. 2010 20. 5. 2010 24. 6. 2010 22. 7. 2010

Uzávěrka rukopisů

Dodání podkladů inzerce 26. 1. 2010 26. 3. 2010 26. 5. 2010 26. 7. 2010

Číslo

Hlavní téma

1/2010 2/2010 3/2010 4/2010

Obytné stavby Materiály a technologie Sanace a rekonstrukce Mosty a vozovky Energetické 24. 8. 2010 21. 9. 2010 26. 9. 2010 a vodohospodářské stavby Beton a architektura 22. 10. 2010 19. 11. 2010 26. 11. 2010

5/2010 6/2010

2

Vyjde v polovině února v polovině dubna v polovině června v polovině srpna

typy tvárnic z pórobetonu nebo jiných lehkých betonů jsou takto běžně používány a mohou být vhodným řešením i pro energeticky efektivní výstavbu. Nicméně požadavky na snižování energetické náročnosti budov jdou dál směrem k nízkoenergetickým a pasivním standardům. V těchto energetických úrovních jednovrstvá konstrukce nebo běžná zděná konstrukce s přidanou vrstvou tepelné izolace vychází příliš tlustá s evidentními dopady na ekonomickou efektivitu výstavby. Někteří projektanti nízkoenergetických a pasivních budov proto preferují celodřevěné konstrukce, ve kterých lze využít téměř celou tloušťku obvodové konstrukce pro umístění účinné tepelné izolace. Nevýhodou celodřevěných konstrukcí však bývají horší akustické, požární i mechanické vlastnosti stropních konstrukcí, které limitují jejich použití pro vyšší objekty. Vzhledem k mechanickým vlastnostem betonu lze realizovat betonovou nosnou konstrukci relativně subtilní. Nosné železobetonové stěny mohou být i v případech vysokých objektů tenké a přidané kontaktní zateplení větší tloušťky tak nepředstavuje výrazný dispoziční ani ekonomický problém. S výhodou lze využít i betonů s vyššími pevnostmi. Efektivním řešením eliminujícím nevýhody dřevostaveb může být kombinace subtilního lehkého železobetonového skeletu s obvodovým pláštěm na bázi dřeva, obdobné konstrukce, jako je tomu u dřevostaveb. S ohledem na materiálové charakteristiky betonu je tak v porovnání s dřevostavbami možné realizovat vícepodlažní objekty o větších výškách a s většími rozpony stropů. Takovéto materiálově kombinované konstrukce jsou v porovnání s čistě dřevěnými výhodnější nejenom z hlediska zmíněných akustických a požárních parametrů, ale jsou navíc odolnější i z hlediska mimořádných účinků zatížení. Současně mohou mít i lepší vlastnosti z hlediska akumulace tepla. Toto se příznivě uplatní především v letním období, kdy lze omezit nároky na klimatizaci vnitřních prostor. Výhodou je i větší životnost železobetonové nosné konstrukce, umožňující snadnější výměnu a modernizaci obvodových konstrukcí a dalších kompletačních prvků v průběhu životnosti objektu. Řada v současnosti realizovaných budov je navrhována se snahou o dosažení úspor ve spotřebě energie na jejich provoz. Příkladem může být i budova Národní technické knihovny, publikovaná na stránkách tohoto čísla BTKS i v předchozích, kde energetická koncepce objektu s výhodou využívá akumulačních vlastností betonové konstrukce. Je zřejmé, že nosné betonové konstrukce v kombinaci s účinnými tepelně izolačními materiály představují významný potenciál pro budoucí energeticky efektivní výstavbu budov. K tomu, abychom mohli běžně dosahovat při výstavbě budov nízkoenergetické nebo pasivní úrovně, bude třeba vstřícnost a otevřenost k uplatňování inovativních řešení vycházejících z efektivních kombinací různých materiálů. K tomu Vám všem přeji do nového roku 2010 vše nejlepší, pevné zdraví a uspokojení z Vaší profesionální, vysokoenergetické práce ☺.

v polovině října

Petr Hájek

v polovině prosince


6/2009

STAVEBNÍ

KONSTRUKCE STRUCTURES

F A K U LTA

CHEMICKO-TECHNOLOGICKÁ A TĚLOVÝCHOVNÁ ZAŘÍZENÍ UNIVERZITY PARDUBICE FAC U LT Y O F C H E M I C A L T E C H N O LO GY A N D S P O RT S FAC I L I T I E S OF THE UNIVERSITY OF PARDUBICE Akad. arch. Ladislav Kuba, jeden z autorů vítězného architektonického návrhu Fakulty chemicko-technologické a tělovýchovných zařízení Univerzity Pardubice, stavby, která získala v letošním roce Národní cenu za architekturu Grand Prix architektů 2009, se s námi podělil o své zkušenosti z realizace rozsáhlého souboru budov navazujícího na stávající rozložení areálu univerzitního kampusu. Academic architect Ladislav Kuba, one of the authors of the winning architectural design of the Faculty of Chemical Technology and sports facilities of Pardubice University, the construction that won the Grand Prix of Architects 2009 award this year, shared with us his experience in the construction of a vast complex of buildings adjoining the current university campus.

Obr. 1 Pohled od jihu na východní část fakulty, můstky v úrovni 2. NP propojují budovy kateder s centrálním objektem Fig. 1 View of the eastern part of the faculty from the South; bridges at the 2nd above-the-ground storey level connect buildings of departments with the central building Obr. 2 Pohled od jihu na západní část fakulty, vymezující akademické náměstí Fig. 2 View of the western part of the faculty from the South bordering the Academic square

1

2


6/2009

3

STAVEBNÍ


Podélný řez

3

Příčný řez Obr. 3 FChT – podélný a příčný řez Fig. 3 Faculty of Chemical Technology – longitudinal and cross sections Obr. 4 FChT – půdorys 1. NP Fig. 4 Faculty of Chemical Technology – ground plan of the 1st above-the-ground storey

částečně prosklené fasády vyšších podlaží kateder jsou sjednoceny předsazenými stínícími žárově zinkovanými rošty. Samostatnou částí univerzitního kampusu je objekt tělocvičné haly, která je umístěna v jižní části areálu v blízkosti Labe. I u této stavby se uplatňuje přiznaná betonová konstrukce na nízkém bloku zázemí se šatnami. Objemné těleso tělocvičné haly je tvořeno ocelovou halovou konstrukcí nad monolitickou deskou se zastropením příhradovými vazníky. Z vnější strany je hala opláštěna velkoformátovými ocelovými fasádními kazetami v červené barvě.

4

Pane architekte, mohu Vás požádat o představení architektonicko – stavebního řešení? Komplex Fakulty chemicko-technologické (FChT) sestává ze tří staveb – osou je dvoupodlažní horizontální stavba procházející celým územím z jihu na sever. Postranní objekty kateder jsou na páteřní stavbu napojeny prosklenými mosty, hmota jejich prvních dvou podlaží tvoří horizontální základnu pro několikapodlažní tělesa kateder. Konstrukce budov je navržena jako monolitický železobetonový skelet – kombinace nosných sloupů, stěn a svislých výtahových a schodišťových šachet se železobetonovými monolitickými stropy. Schodišťová ramena a podesty tvoří prefabrikáty s výjimkou centrálního schodiště v kruhovém otvoru, které je monolitické. Velká část vnitřních svislých stěn je provedena v přiznaném pohledovém betonu. Všechny vnější plné stěny jsou taktéž provedeny v pohledovém betonu – jedná se o sendvičovou skladbu stěn se zavěšenými vnějšími plochami. Obvodový plášť prvních dvou nadzemních podlaží tvoří převážně plochy prosklené na celou výšku podlaží. Východní a západní 4

Realizace Ústřední knihovny Filozofické fakulty Masarykovy univerzity v Brně byla vaší první stavbou z pohledového betonu, následovaly rodinné vily v obytném souboru na Krutci. Jak se zkušenosti z realizace těchto staveb projevily při stavbě Fakulty chemicko-technologické? Ovlivnily již počáteční návrh? Samozřejmě, že postupné sbírání zkušeností na jednotlivých stavbách nám pomáhá v práci na dalších projektech. Ale zásadní byla první výrazná zkušenost právě se stavbou knihovny Filozofické fakulty. Tam jsme vlastně téměř všechny následně uplatňované postupy objevovali a vyzkoušeli. Dnes už víme, co je a co není možné, čemu se případně vyhnout, kde lze očekávat problémy. Před stavbou knihovny FF jsme o práci s pohledovým betonem vlastně nevěděli téměř nic. Na FChT jsme si nově vyzkoušeli předpjatý beton a použití prefabrikátů. Jak probíhala vaše komunikace se zadavatelem potažmo investorem projektu a s prováděcí firmou? Spolupráce s investorem a uživatelem na všech stupních dokumentace, kterou jsme zpracovávali v naší kanceláři, tj. do úrovně stavebního povolení a zadávací dokumentace, probíhala konstruktivně. Faktem je, že projektová dokumentace byla v několika vlnách přepracovávána z důvodu snahy o dosažení požadovaných úspor. To nás vedlo k tomu, že jsme některé osvědčené postupy již dříve použité například na knihovně v Brně nahrazovali jinými levnějšími a nestandardními. S nástupem dodavatele, který byl současně zpracovatelem realizační dokumentace, se ve vztazích zúčastněných stran mnohé


6/2009

STAVEBNÍ


5a Obr. 5 FChT – a) centrální schodiště, b) vstupní hala ve 2. NP, c) jádro výtahu ve vestibulu jedné z kateder s výrazným grafickým značením, d) výrazný solitér rampy, která ústí do vstupní haly ve 2. NP Fig. 5 Faculty of Chemical Technology – a) central staircase, b) entrance hall, c) core of the lift in the hall with a clear graphic marking, d) marked stand-alone ramp leading into the entrance hall on the 2nd above-the-ground storey

5b 5d

5c BETON • TECHNOLOGIE • KONSTRUKCE • SANACE

6/2009

5

STAVEBNÍ


6a

Podélný řez

Příčný řez Obr. 6 Tělovýchovná zařízení – a) podélný a příčný řez, b) severní pohled, c) chodba, d) můstek spojující zázemí s tělocvičnou halou, tělocvična je vyzvednuta nad hladinu stoleté vody, plochy pod objektem jsou využity k parkování Fig. 6 Sports facilities – a) longitudinal and cross sections, b) view from the North, c) corridor, d) bridge connecting the service background with the gymnasium hall; the gymnasium is lifted above the 100-year water level; areas below the building are used as a parking lot

6b 6c

6d

změnilo a poučením pro nás je, že některá řešení skladeb se znovu vrátila k našemu původnímu návrhu, který byl cenově náročnější, ale obvyklý a vyzkoušený, bez rizik. To se týká například řešení tepelných mostů v sendvičové konstrukci. Bohužel se však pod tlakem dodavatele realizovaly i změny stavby, se kterými jsme nesouhlasili. Při stavbě Ústřední knihovny Filozofické fakulty v Brně se vyskytly problémy při realizaci svislých nosných stěn, kdy se nedařilo dosáhnout požadovaného povrchu. Objevily se nějaké problémy i v Pardubicích nebo prováděcí firma již měla zkušenosti (časový odstup realizací obou staveb je cca sedm let) a dokázala se se stavbou vypořádat „napoprvé“? Asi málokterá firma má dostatek zkušeností v tomto ohledu a mimořádně důležitá je vzájemná komunikace všech zúčastněných. Pokud jde o samotné betonáže a jejich kvalitu, byl průběh mnohem jednodušší nežli na ÚK FF MU, i když se několik stěn taky nepovedlo. Do jisté míry k tomu přispěl fakt, že na naší stavbě pracovala i skupina betonářů, kteří právě dokončili rozsáhlou monolitickou betonovou konstrukci knihovny v Hradci Králové, kde nasbírali zkušenosti. Právě zkušenosti prováděcí firmy jsou při realizaci pohledového betonu bezesporu tím nejpodstatnějším faktorem. Nemyslím si, že by hrál jakoukoliv roli časový odstup sedmi let, pohledové betony se dělali i v šedesátých letech i když s jiným architektonickým záměrem. Děkuji Vám za rozhovor Připravila Lucie Šimečková Fotografie: Ester Havlová

Investor Autoři Spoluautoři Generální dodavatel Architektonická soutěž Projekt a realizace

6

Univerzita Pardubice Ladislav Kuba, Tomáš Pilař Martin Klimecký, Vít Košťál, Radka Paštěková Sdružení UPCE firem Metrostav, a. s., VCES, a. s., a Unistav, a. s. 2001 2002 až 2008


6/2009

STAVEBNÍ


NÁRODNÍ TECHNICKÁ KNIHOVNA NATIONAL TECHNICAL LIBRARY

1

Rozhovor s jedním z autorů návrhu NTK akad. arch. Romanem Brychtou o jeho pohledu na betonovou konstrukci knihovny dva měsíce po jejím otevření. This contribution presents an interview with one of the authors of the design of the National Technical Library, academic architect Roman Brychta, about his opinion of the concrete structure of the library two months after its opening. Dne 9. září 2009 byla slavnostně otevřena nová Národní technická knihovna (NTK) v Praze. V architektonické soutěži Stavba roku 2009 získala hned dvě ceny, a to Cenu primátora Hlavního města Prahy a Cenu Státního fondu životního prostředí ČR za infrastrukturu. V Soutěži o Vynikající betonovou konstrukci postavenou v letech 2007 až 2008, jejíž výsledky byly vyhlášeny na 16. betonářských dnech v Hradci Králové, získala stavba NTK první místo. Nosná konstrukce této výjimečné budovy včetně předpětí stropních konstruk-

Obr. 1 Uliční pohled Obr. 1 Street view

Obr. 2 Vstupní prostory Obr. 2 Entrance areas

2


6/2009

7

STAVEBNÍ


Místo Klient

Architekt – autor

Energetický koncept budovy Generální projektant Generální partner výstavby Generální dodavatel Soutěž Autoři soutěžního návrhu Projekt a realizace Plocha podlaží celkem Obestavěný prostor

Praha - Dejvice, areál vysokých technických škol Státní technická knihovna, MŠMT Projektil architekti, s. r. o., R. Brychta, A. Halíř, O. Hofmeister, P. Lešek spolupráce – H. Hejdová, K. Horáková, A. Jenčková, R. Wiszcor www.projektil.cz spoluautor interiér – Hipposdesign, R. Babák, O. Tobola vizuální styl, infosystém – Laboratoř, P. Babák centrální umělecké dílo – Pas, Dan Perjovschi Ing. Jan Žemlička Helika, a. s. Sekyra Group, a. s. Sdružení Metrostav, a. s., a OHL ŽS, a. s. 2000 R. Brychta, A. Halíř, V. Králíček, P. Lešek 2004 až 2009 51 434 m2 168 187 m3

Obr. 3 Atrium s betonovým schodištěm Obr. 3 Atrium with concrete staircase Obr. 4 Čítárna Obr. 4 Reading room 3 4

5

Obr. 5 Posluchárna Obr. 5 Lecture room

cí a pohledových betonů již byla v časopisu popsána [1] a stejně tak i energetická náročnost budovy NTK a řešení větrání, vytápění a klimatizace s ohledem na využití akumulačních schopností použitých betonových konstrukcí [2]. Akad. arch. Romana Brychty, jednoho z autorů architektonického návrhu NTK, jsem se dva měsíce po otevření knihovny zeptala na jeho současný pohled na dokončenou stavbu: Jaké zkušenosti s použitím pohledových betonů jste získali během stavby NTK? Zkušenosti z pohledových betonů jsme měli již z předchozí stavby Studijní a vědecké knihovny v Hradci Králové, kde byl pohledový beton uplatněn navíc i na stěnách a fasádě. Takže jsme věděli, co lze očekávat od dodavatele a jak se na průběh realizace pohledových betonů připravit. V projektové dokumentaci jsme měli pečlivě specifikováno, co si pod pojmem pohledový beton představujeme. O tomto materiálu se velmi dlouze diskutovalo. V čem byste postupovali při další stavbě jinak? Dá se předpokládat, že další stavbu bude

8


6/2009

STAVEBNÍ

dodávat zase jiný dodavatel. Takže pokud nenarazíte na zkušeného dodavatele pohledových betonu, začínáte znovu. Jak se v průběhu stavby změnily Vaše představy o použití betonu, o jeho možnostech? Beton jako materiál mám rád. V případě hradecké knihovny se dům odlil a byl hotový. To se mi líbilo. Ovšem není to o tom, že je to jednodušší. Odlít dobře figuru, objem, stěnu tak, aby po odbednění bylo hotovo, je náročné. Takže samozřejmě se zkouší vysprávkovací hmoty apod. Ty nerad používám. Raději nechávám beton ve své syrovosti. Moc se toho zásadně neměnilo, akorát se diskutovalo, co je ještě snesitelné a co se už musí opravovat. Vývoj v technologii betonu se během procesu návrhu a realizace stavby jistě posunul vpřed. Odrazilo se to nějakým způsobem v procesu výstavby? Upravovali jste v průběhu stavby projekt? Nosná konstrukce použitá při realizaci Národní technické knihovny je progresivní. Už v soutěži jsme chtěli co nejotevřenější prostor. Konstrukce s rozpětím 15 × 15 m s křížem předpínanou stropní deskou u nás (možná i v Evropě) dosud nebyla


realizována. Navíc do stropní desky jsme zalívali aktivaci betonového jádra (48 km plastových trubek). Náročnost koordinace měkké výztuže s předpínanými lany a plastovými trubkami byla důvodem, že byl strop vždy dlouho odkrytý a pak je problém, když do otevřeného bednění naprší, výztuž zrezne a pak se rez na betonu čistí.

Literatura: [1] Kasal P., Kostková L., Smíšek P., Vaněk P.: Národní technická knihovna, Beton TKS 1/2008, str. 22–27 [2] Žemlička J.: Národní technická knihovna, Beton TKS 2/2008, str. 48–50

Bylo zapotřebí pohledové betony po odbednění nějak dodatečně upravovat nebo ošetřovat? Ano – povrch musí být vždy uzavřen protiprašným nátěrem, v našem případě bylo nutné ještě lokálně – více méně v celé ploše odstranit rezavé stopy obroušením.

a nyní reguluje tým techniků pod vedením Ing. Žemličky, který s námi projekt připravoval. Mám informace, že zatím v letních měsících nebylo nutné systém spouštět. Ale to byla budova zavřená – tedy prázdná. Od začátku září 2009 je budova přístupná a funkční a tak se teprve uvidí, jakým způsobem bude technologie BKT využívána a zaregulována.

Aktivace betonového jádra, při které je potrubí pro vytápění a chlazení integrováno přímo ve stavební konstrukci, je na našem území unikát. Proběhly v letním období již provozní zkoušky? Jak se tento systém osvědčil v budově NTK? Unikát to není. Stejný systém jsme použili i u budovy Studijní a vědecké knihovny v Hradci Králové. Samozřejmě lze na západ od našich hranic nalézt četnější použití. Budovu před otevřením

PRÁVĚ

SE STAVÍ NOVÁ BUDOVA ČVUT V Praze v Dejvicích, v těsném sousedství Stavební fakulty a nové Národní technické knihovny, roste stavba nové budovy ČVUT. Objekt bude osmipodlažní jednoduchý betonový skelet s třemi podlažími podzemních parkovišť. Jsou zde navrženy prostory pro výuku, a to seminární místnosti, ateliery, posluchárny, dílny a pracovny učitelů a vedení školy. Vnější i vnitřní prostředí tvoří převážně pohledový beton. Přiznaná železobetonová konstrukce je použita jako hlavní výtvarný prvek, protože vypovídá o jedno-

1 BETON • TECHNOLOGIE • KONSTRUKCE • SANACE

Chystáte se použít pohledový beton pro nějakou stavbu i v příštích letech? Ano. Chceme se znovu pokusit prolomit použití probarvených betonů a grafických betonů. Uvidíme, co se podaří. Děkuji za rozhovor Připravila Lucie Šimečková Fotografie: Andrea Thiel Lhotáková

duchosti, trvanlivosti i obyčejnosti stavby. Nosná betonová konstrukce bude pouze z vnější strany opatřena potahem – přizdívkou z cihel. Zdroj: [1] Šrámková architekti, s. r. o.

Fotografie: redakce

Obr. 1 Pohled do stavební jámy ze dne 11. listopadu 2009 Obr. 2 Nová budova ČVUT roste v těsném sousedství SvF ČVUT a NTK

2 6/2009

9

STAVEBNÍ


PŘÍRODOVĚDECKÁ V OLOMOUCI

UNIVERZITY PALACKÉHO SCIENCES, PALACKÝ UNIVERSITY,

FA K U LTA

FAC U LT Y O F N AT U R A L OLOMOUC

1

T O M Á Š T V R D Í K , M I R O S L AV Š VÁ B , MILAN MUŽÍK Příspěvek popisuje novostavbu Přírodovědecké fakulty Univerzity Palackého v Olomouci. Podrobně se věnuje střední části, ve které jsou vzhledem k dispozičnímu řešení a velkému kruhovému otvoru pro centrální schodiště stropy předpínané systémem dodatečně napínaných čtyřlanových kabelů. This paper describes the new building of the Faculty of Natural Sciences, Palacký University, Olomouc. It examines the central part, in which there are ceilings prestressed by means of a system of additionally tensioned four-rope cables due to the internal layout and a large round opening for the central staircase, in detail. 2a

10

Novostavba Přírodovědecké fakulty bude sloužit pro přibližně 1 400 studentů a 280 zaměstnanců. Budova dlouhá cca 200 m a široká 18,5 m má tvar protáhlého kříže. V místech centrální části se rozšiřuje v délce 30,5 m na šířku 42 m. Objekt má jedno podzemní podlaží a šest nadzemních. Poslední podlaží ustupuje a po celém jeho obvodě je přístupná pochozí terasa. Podélně je budova rozdělena na tři dilatační celky A, B a C. Nosná konstrukce je železobetonový monolitický skelet založený na pilotách a doplněný prefabrikovanými schodišťovými rameny. Schodiště jsou celkem čtyři, v centrální části je hlavní schodiště, které je tvořeno pěti zalomenými schodišťovými rameny osazenými v kruhovém otvoru o průměru 9,5 m, a v každém dilatačním celku je jedno únikové schodiště.

Z A LO Ž E N Í O B J E K T U Objekt je založen na pilotách a tenké základové desce tloušťky 300 mm, pouze v dilatační části B je tloušťka základové desky rozšířena na 350 mm. Pilot je celkem 180 kusů o průměru 630 až 1200 mm a celkové délce cca 2 600 m. Nejdelší pilota měří 23 m. Beton základové desky je navržen C25/30-XC2 s maximálně přípustným průsakem vody do konstrukce 70 mm. Vyztužení desky je při dolním i horním povrchu kari sítí 8-100/8-100 s přesahem 500 mm v obou směrech, doplněné prutovou výztuží 10 505 R pro zesílení „sloupových“ pásů v šířce 3 m. Před zahájením pilotážních prací bylo nutné z důvodu nedostatečné únosnosti základové spáry sanovat podloží tak, aby základová spára vykazovala únosnost pro pojezd 60 t vrtné soupravy. Sanace spočívala v odtěžení jílovité zeminy a vytvoření štěrkového polštáře z drceného kameniva. Následovala betonáž podkladních betonů vyztužených kari sítěmi, ve kterých byly vynechány kruhové prostupy pro piloty. Piloty byly prováděny částečně klasickou rotační technologií (větší průměry) a částečně technologií CFA (vrtná souprava má jeden dlouhý dutý vrták, který je zavrtán na požadovanou délku, a následně je jeho dutým středem vháněna do vrtu betonová směs za současného vytahování vrtáku spolu s jádrem zeminy. Po skončení betonáže a začištění zhlaví je do piloty osazen armokoš).

2b


6/2009

STAVEBNÍ

V části B byly dvojce pilot svázány tzv. převázkami (železobetonové hlavice). Hydroizolace spodní stavby Po konzultacích s generálním projektantem i s technickým dozorem investora navrhl dodavatel nosné konstrukce nahradit fóliové izolace tzv. bílou vanou (zjednodušeně řečeno doplnění nosné funkce konstrukce 1. PP o funkcí těsnící). Těsnící funkce je zajištěna použitím vodostavebního betonu a ošetřením pracovních spár a prostupů. Důvody byly zejména časové – úprava znamenala zrychlení výstavby. Sanace případných poruch je z pohledu dodavatele jednodušší než u povlakových hydroizolací. NOSNÝ SYSTÉ M B U DOV Y Jedná se o železobetonovou monolitickou konstrukci doplněnou prefabrikovanými schodišťovými rameny. Tuhost budovy je zajištěna stěnami únikových schodišť v krajních částech budovy. Svislé nosné prvky jsou v 1. PP tvořeny sloupy a obvodovými stěnami v tloušťce 350 mm, v ostatních podlažích jsou navrženy sloupy, obvodové pilíře a parapety v tloušťce 200 a 250 mm. Stěny v 1. PP jsou z vodotěsného železobetonu C25/30-XC2 (v části B je to beton C30/37-XC1) s maximálně přípustným průsakem vody 70 mm. Stěny v ostatních podlažích jsou navrženy z betonu C25/30-XC1, kromě části B kde jsou v 1. až 3. NP použity betony C30/37XC1. Sloupy kruhového i obdélníkového průřezu jsou z betonu C35/45-XC1, v části B jsou opět v podlažích 1. PP až 4. NP použity betony vyšší třídy C40/50-XC1. Vodorovné nosné prvky jsou stropní desky tloušťky 260 mm z betonu C25/30-

XC1 v částech A a C, v části B je tloušťka stropní desky z betonu C30/37-XC1 zesílena na 320 mm. Navíc je tato stropní deska dodatečně předepnutá čtyřlanovým injektovaným systémem v plochém kanálku s aktivní a pasivní kotvou. Stropní desky jsou vyztuženy při obou lících kari sítí doplněnou prutovou výztuží 10 505. Nad některými sloupy jsou skryté ocelové hlavice z oceli S235 proti protlačení desky sloupem. Jedná se o svařované prvky. Na bednění byl jako první vložen kruh s navařenými trny, následně byla uložena a zafixována dolní a horní výztuž desky a jako poslední byl shora ke všem trnům přivařen uzavírací prstenec. Dilatační spáry mezi jednotlivými celky jsou v kontaktních čelech vystrojeny smykovými trny CRET 13, délky 400 mm s plastovými pouzdry CRET-P, mezi sousedními dilatačními celky je ve stropní desce navrženo 34 kusů těchto trnů. Navržená šířka dilatační spáry je 20 mm. Jednotlivé dilatační celky stropní desky byly betonovány ve dvou pracovních záběrech a pracovní spára byla umístěna v cca polovině dilatačního celku. Při stavbě monolitické konstrukce byly nasazeny tři věžové jeřáby, dva MB 1030 na jeřábových drahách délky 65 m u části C a 50 m u části A a jeden stacionární věžový jeřáb u části B. N Á V R H S T Ř E D N Í Č Á S T I – D I L AT A Č N Í ÚSEK B V centrální části budovy jsou velké posluchárny a aula, střední prostor bylo třeba uvolnit pro hlavní schodiště. V návaznosti na architektonické řešení prostoru zde byl požadavek na překlenutí větších rozpětí, který byl v úvodních stupních projektu řešen nevhodně.


3

4a

Obr. 1 Pohled na dokončenou stavbu Fig. 1 View of the completed building Obr. 2 Fotografie z průběhu výstavby, a), b) Fig. 2 Photo showing the construction process, a), b) Obr. 3 Dilatační úsek B – půdorysné schéma typického patra Fig. 3 Expansion section B – floor plan scheme of a typical storey Obr. 4 Kotvy předpínacího systému – provádění Fig. 4 Anchors of the prestressing system – cables setting

4b


6/2009

11

STAVEBNÍ


5a

5b

6

7

12

Koncepce nosné konstrukce Střední dilatační část má půdorys 43 × 41,5 m, šest nadzemních podlaží a suterén. Po obou stranách navazují sousední části objektu. Vzhledem k tomu, že se jedná o vstupní a hlavní komunikační prostor, bylo požadováno co největší uvolnění dispozice. Rozpětí stropních konstrukcí v posluchárnách (krajní pole stropu) je cca 11,9 m. Ve středním traktu jsou moduly 5,3 až 7 × 7,2 m s vynecháním podpor kolem středového otvoru. Zde vzniká prostor o velikosti 17,3 × 14,4 m s otvorem průměru 9,2 m a schodišťovým ramenem v jeho středu. Svislé podpory tvoří stěny po obvodu střední části a kolem poslucháren, vnitřní moduly komunikační části jsou podporované monolitickými sloupy. Architektům a investorovi byly představeny tři varianty řešení stropní konstrukce – všechny počítaly s monolitickou konstrukcí, protože jedině ta elegantně využívá spojitého působení desky. Z těchto variant byla vybrána koncepce s částečně předpjatou deskou konstantní tloušťky 320 mm bez průvlaků, především z důvodu nejvyšší využitelné světlé výšky podlaží (obr. 3). Systém předpětí stropních desek Pro předpětí stropních desek bylo použito systému dodatečně napínaných čtyřlanových kabelů v injektovaných plochých kanálcích. V typických stropních deskách byly kanálky kladeny po 600 až 700 mm, přičemž zhruba polovina předpínací výztuže byla kotvena ve středním poli s menším rozpětím a polovina procházela spojitě přes celou konstrukci (obr. 4 a 5). Líc středního kruhového otvoru, který byl přitížen schodišťovým ramenem, byl vždy „přizvednut“ pomocí doplňkových předpínacích lan v příčném směru (obr. 5a, b). Sestava kabelů tedy v jednotlivých podlažích střídá strany. Příčným předpětím kolem středního otvoru jsme si vypomohli i v případech, kdy bylo výhodné spojité působení porušeno. Stalo se tak v podlaží s vynechanou stropní deskou pro vysoký prostor auly a také v posledním ustupujícím podlaží pro vynesení kruhového světlíku. Díky variabilitě trasování předpínacích kabelů bylo možné bez dispozičních úprav vynést prefabrikovanou konstrukci hlediště auly (obr. 6), ustupující patro zaloBETON • TECHNOLOGIE • KONSTRUKCE • SANACE

6/2009

STAVEBNÍ


9

8

žené přímo na stropní desce a také bez problémů povolit sestavy velkých prostupů k prosvětlení poslucháren pod střechou (obr. 7). Centrální schodiště Ramena hlavního schodiště ve středním komunikačním prostoru měla splňovat velice náročné požadavky na povrch. Z toho důvodu jsou prefabrikovaná, i když při rozpětí 9 m byla jejich hmotnost na samé hranici možností zvedacích prostředků. Pro urychlení výstavby a zlevnění ukládky požadoval dodavatel, aby všechna ramena byla uložena středním otvorem až po dokončení monolitické konstrukce. Ramena se ukládala na ozuby stropních desek, které byly navíc vykrouženy do oblouku uzavírajícího pohledově líc stropních desek (obr. 8, 9). POHLEDOVÉ BETONY Investor i architekt požadovali pohledové betony v interiéru jak na stěnách, tak na stropech. Náročná byla zejména betonáž pohledových ploch stěn, protože bylo zakázáno používat tzv. rámové bednění. Bylo použito speciální nosníkové bednění (PERI Vario). Ve spolupráci s architektem a technickým dozorem investora byly navrženy a odsouhlaseny skladby bednění s pravidelným rastrováním a pravidelnými roztečemi mezi spínacími otvory. Byly použity 4 m dlouhé překližky tak, aby výsledná plocha byla bez horizontální spáry. Do stěn v prostoru únikových schodišť byla vkládána vylamovací výztuž tak, aby mohly být stěny betonovány v jednom záběru a na schodištích byla viditelná pouze jedna pracovní spára. Dále byly ve stěnách, kromě otvorů pro dveře, prováděny také kruhové

a oválné niky pro hydranty a hasicí přístroje. V rozích stěn nebyly používány hranové lišty. Spáry mezi jednotlivými díly bednění byly tmeleny a betonáže byly prováděny samozhutnitelnými betony tak, aby v maximální možné míře byly dodržely požadavky architekta na pórovitost a hladký povrch. Z ÁV Ě R Navržená konstrukce elegantně splnila všechny architektonické, dispoziční i ekonomické požadavky. Použití monolitické částečně předpjaté desky zvýraznilo statické výhody spojitého působení stropních konstrukcí. Zastavěná plocha Obestavěný prostor Množství betonu Množství výztuže Množství bednění

4 618 m2 114 135 m3 12 500 m3 1 700 t 52 000 m2

Ing. Tomáš Tvrdík – vedoucí projektu Hochtief CZ, a. s. Plzeňská 16/3217, 150 00 Praha 5 e-mail: [email protected] www.hochtief.cz Ing. Miroslav Šváb e-mail: [email protected] Ing. Milan Mužík e-mail: [email protected] oba: PPP, spol. s r. o. Masarykovo nám. 1544, 530 02 Pardubice tel.: 466 772 453, fax: 466 530 227 www.pppczech.cz Fotografie: 1, 2a – archiv Hochtief CZ, a. s. 2b, 3 až 9 – archiv PPP, spol. s r. o.


6/2009

Investor Architekt Generální projektant Zpracovatel statické části – dilatace B Generální dodavatel konstrukce Subdodavatel předpínacího systému

Přírodovědecká fakulta Univerzity Palackého Olomouc Atelier M1 – Ing. arch. Jakub Havlas, Ing. arch. Pavel Joba, Ing. arch. Jan Hájek Stavoprojekt Olomouc, a. s. PPP, spol. s r. o. Sdružení Hochtief CZ, a. s. – TCHAS, spol. s r. o. VSL Systémy, s. r. o.

Obr. 5 Trasování předpínacích kabelů, ve sklopených řezech 4x zvětšená výška, a) typické podlaží, b) ustupující podlaží Fig. 5 Location of the prestressing cables, the height increased four times in tilted sections, a) a typical storey, b) a set-back storey Obr. 6 Prostor auly s prefabrikovaným hledištěm Fig. 6 Space of the assembly hall with a prefabricated auditorium Obr. 7 Prostory poslucháren – rozpětí 12 m Fig. 7 Spaces of the lecture halls – 12 m span Obr. 8 Konstrukce světlíku nad středním schodištěm Fig. 8 Structure of the skylight above the central staircase Obr. 9 Uložení ramen centrálního schodiště Fig. 9 Placement of the flights of the central staircase

13

STAVEBNÍ


DOSTAVBA

SÍDLA SPOLEČNOSTI FACELIFT FOR HEADQUARTERS JEROEN VANDER BEKEN, FREDERIC GHYSSAERT, LAURENT NEY V roce 2006 se jedna z největších společností na světě zabývajícími se technologiemi materiálů rozhodla zmodernizovat své sídlo „Precious Metal Plant“. Projekt „Facelift“ zahrnoval vedle modernizace několika budov a výstavby tří přístřešků i stavbu neobvyklé kancelářské budovy, ve které jsou umístěny recepce, přednáškový sál, výstavní prostory a kanceláře. In 2006 one of world’s largest materials technology groups decided to modernise its ‘Precious Metals Plant’. Project ‘Facelift’ included the renovation of seve-

1a

ral buildings, the realisation of tree awnings and the construction of an eyecatching office building, which combines a spectacular reception, an auditorium, an exposition hall and offices.

ných ocelobetonových sloupů. Konstrukční části, které jsou ohraničené skořepinou, nejsou pravidelně uspořádané, ale mírně nad sebou rotují, čímž dávají rozevláté stavbě dramatický vzhled.

Nespoutaný design budovy je v kontrastu se svým monotónním okolím, objekt poutá pozornost kolemjdoucích a čelí stávajícímu racionálnímu pozadí. Silný hightech vzhled vytváří netradiční obraz, a tím modernizuje image společnosti. Nová devítipodlažní administrativní budova přiléhá k stávající budově vedení společnosti, konstrukčně je ale nezávislá. Její tvar je tvořen prostorovou železobetonovou skořepinou a řadou vizuálně průběž-

P R O C E S N ÁV R H U Proces navrhování budovy nebývá přímočarý. Je do něj zapojeno velké množství lidí s rozličnými zájmy a požadavky (investor/stavebník, architekti, inženýři, techničtí experti ad.), kteří navzájem spolupracují. Zatímco konečný výsledek může vypadat jako logický závěr původního problému, cesta k němu je často nelogická a nepřímá. Konstrukčně inženýrská kancelář se v popisovaném příkladu snažila

1b 2a

1c 2b

Obr. 1 Průběh výstavby, a), b), c) Fig. 1 Construction process, a), b), c) Obr. 2 Příčný a podélný řez objektem, a), b) Fig. 2 Cross and longitudinal sections of the structure, a), b) Obr. 3 Recepce Fig. 3 Reception desk Obr. 4 Střešní terasa Fig. 4 Roof terrace Obr. 5 Přednáškový sál v posledním podlaží Fig. 5 Lecture hall on the top storey Obr. 6 Pohledy na dokončenou stavbu, a), b), c), d) – na následující dvoustránce Fig. 6 Views of the completed construction a), b), c), d) – on the next dual page

14


6/2009

STAVEBNÍ

zapojit do procesu návrhu co nejdříve to bylo možné, aby nemusela řešit problémy v pozdějších fázích poté, co byl návrh vytvořen pouze architektem. Konstrukční návrhy a nápady často naopak pomáhají v procesu architektonického návrhu. Zejména v projektu, který odmítá zažité konvence. Ideou architekta bylo dovést návštěvníky, kteří vstupují do budovy, vizuálně k nové recepci. Myšlenka vyjádřená mottem „následuj stuhu“ je uskutečněná pomocí širokého betonového pásu začínajícího jako stěna, měnícího se v desku a nakonec rámujícího vstup do administrativní budovy. Budova představuje stuhu gymnastky, která se elegantně zvedá ze země, pluje vzduchem a pomalu šplhá na vrchol stávající budovy. Koncept stuhy v prostoru byl považován za výchozí bod návrhového pro-

cesu. Prvním krokem byla detailní analýza konceptu se zohledněním alternativních návrhů. Obecně byly možné dvě strategie: • použití tradičních metod skládání jednotlivých funkcí a prvků – budova se skládá z přidávaných desek, trámů a svislých sloupů. Konstrukční nevýhodou tohoto řešení je potřeba velkých trámů podporujících sloupy ve vyšších podlažích, protože objemy jsou neuspořádané. • použití integrované metody, při které je konstrukce analyzována jako celek a jednotlivé konstrukční prvky plní několik funkcí, např. použitím šikmých sloupů je možné se vyhnout mohutným nosníkům. Skořepina sama přenáší vertikální zatížení do sloupů a také zvyšuje horizontální tuhost konstrukce. Beton je ideální materiál pro splnění

3


obou funkcí v jednom prvku. Dalšími výhodami použití betonu je hospodárnost volného tvaru konstrukce a jejích vykonzolovaných částí. Ocelové řešení znamená mnoho momentově namáhaných spojů prvků a omezené opakování prvků z důvodu rozdílné polohy sloupů v jednotlivých podlažích. V konečném řešení je horizontální tuhost konstrukce zajištěna příhradovým chováním předních sloupů, betonovou skořepinou a jádrem v zadní části. Svislé zatížení je přenášeno 300 mm silnou betonovou skořepinou do ocelobetonových sloupů. Sloupy, z nichž většina má vnější průměr 350 mm a tloušťku ocelové stěny 14 mm, jsou vyplněny železobetonem a přenášejí zatížení do základů. Budova je založena na dvaceti vrtaných pilotách o průměru 660 mm a průměrné délce 11 m.

4


6/2009

15

STAVEBNÍ


6a

6b

6c

KONSTRUKCE Spirálovitá kompozice vrstvených částí v kombinaci s nakloněnými sloupy vytváří celkový torzní účinek kolem svislé osy. Použitím monolitického železobetonu jako materiálu pro skořepinu jsou vodorovné stropní desky velmi tuhé, avšak ohyby skořepiny umožňují vodorovné deformace. Ty jsou omezovány na hodnoty vhodné pro popisovanou konstrukci pomocí ztužujícího spolupůsobení zavětrování v čelní fasádě, betonové skořepiny a jádra. Přesto má budova stále sklon ke kroucení ve směru hodinových ručiček od působení stálého zatížení. Ke stanovení předpokládaných posunů prosklené fasády byly celkové krátkodobé a dlouhodobé účinky šikmých sloupů podrobně studovány pomocí simulací na 3D modelech. Maximální vypočtený rozdíl v krátkodobých a dlouhodobých vodorovných posunech mezi jednotlivými deskami na různých úrovních byl 18 mm. Rámy prosklené fasády byly navrženy tak, aby byly schopny tyto posuny zachycovat bez přitížení skla a současně aby chránily sklo před zatížením větrem. Bylo nevyhnutelné, aby provizorní podpěry byly odstraněny před instalací skleněné fasády, aby konstrukce měla dostatek času pro dotvarování od zatížení vlastní váhou. 16


6/2009

STAVEBNÍ


6d

V Ý S TAV B A Velkým úkolem pro zhotovitele bylo podepření velkých objemů čerstvého betonu během stavby. Jednotlivá podlaží nejsou ve svislém směru uspořádaná přesně pod sebou, a tak jsou desky v horních podlažích půdorysně částečně umístěny mimo základy. Vzhledem k tomu, že během výstavby skořepina nebyla schopná přenášet žádné zatížení, musely být spodní vzpěry navrženy tak, aby při betonáži horních desek unesly i zatížení od sedmi 300mm desek pod nimi. To by vyžadovalo nákladné hluboké základy, avšak pouze dočasné. Ve snaze vyhnout se jim bylo zavedeno pečlivé fázování postupu betonáží. Po jejich skončení a dostatečném ztvrdnutí jednotlivých částí, skládajících se ze dvou desek a ohybu, byly podpěry odlehčeny a budova si mohla „sednout“. Došlo k „aktivaci“ konstrukce a nasměrování všech zatížení z hotových částí do trvalých základů stavby. Pro vzpěry podporující vykonzolované desky tak stačily základy běžné hloubky. Pro urychlení postupu výstavby byl použit speciální rychle tuhnoucí beton. Vývoj jeho pevností byl sledován v reálném čase zkoušením kostek betonovaných na stavbě průběžně každý den. Požadovaná cha-

rakteristická krychelná pevnost 40 MPa byla dosahována za méně než čtyři dny. Další výhodou tohoto postupu byla možnost průběžně verifikovat výpočtový model konstrukce porovnáváním měřených posunů budovy s vypočtenými hodnotami. Ve výsledku byla skutečná budova tužší než 3D model. Z ÁV Ě R Projekt nové budovy se stal pro společnost Umicore milníkem. Je také ukázkovým příkladem všestrannosti a potenciálu rychle tuhnoucího betonu. Stavební inženýrství hrálo klíčovou roli již v procesu návrhu. Tím bylo umožněno, aby byly naplněny všechny architektonické i konstrukční požadavky. Při výstavbě budovy byl kladen velký důraz na kvalitní provedení. Navzdory všem těžkostem byl dodržen rozpočet a stavba byla dokončena včas. Projekt kancelářské budovy Facelift Umicore zvítězil v šestém ročníku Mezinárodní soutěže uživatelů 2009 vyhlašované společností Nemetschek Engineering Group v kategorii 2: CAE Budovy. Výrok poroty: „Originalita a prestiž tohoto projektu v kombinaci s vysokou technickou úrovní zpracování, maximálním využitím softwarového návrhu a opravdu poutavá prezentace rozhodly,


6/2009

že se tento projekt stává číslem 1. Zvláště komplexní materiálový a konstrukční model s použitím kombinace zakřivených skořepin, šikmých sloupů a časové analýzy dotvarování a průhybů činí tento projekt velice zajímavým. Při stavbě se prokázala správnost a přesnost výpočtového modelu“. (pozn. redakce)

Investor Architektonický návrh Návrh konstrukce

Umicore, Hoboken, Belgie Conix Architects Ney & Partners Structural Engineering

Jeroen Vander Beken Frederic Ghyssaert, Laurent Ney všichni: Ney & Partners Structural Engineering Chaussée de la Hulpe 181 Brusel, Belgie www.ney.be Fotografie: 1a – Ney & Partners, 1c, 6a, c – Jean-Luc Deru, 1b, 3, 4, 5, 6b, d – www.sergebrison.com Anglická verze článku byla napsána pro říjnové číslo časopisu Concrete Engineering International a pro časopis Beton TKS byla doplněna dalšími fotografiemi. Redakce děkuje společnosti Ney & Partners a architektonickému ateliéru Conix Architects za poskytnuté informace a fotografie.

17

STAVEBNÍ


STŘEDNÍ

ŠKOLA HUDEBNÍHO, TANEČNÍHO A DIVADELNÍHO UMĚNÍ V LOS ANGELES, USA HIGH SCHOOL FOR THE VISUAL AND PERFORMING ARTS IN LOS ANGELES, USA

1

Výstavba Střední všeobecné umělecké školy v centrální části kalifornského Los Angeles je součástí státního plánu výstavby 155 2

18

nových škol v této oblasti do roku 2012. Komplex umělecké školy se rozkládá na ploše téměř 40 000 m2. Škola nabízí všeobecné umělecké vzdělání ale také specializované programy zaměřené na hudbu, tanec, performing a vizuální umění. Díky svému umístění ve středu města na Grand Avenue se školní kampus stal součástí kulturního koridoru vedle takových významných staveb jako např. Disney Concert Hall, Music Center, Colburn School of Music, Museum of Conterporary Art nebo známé okrově žluté betonové katedrály Panny Marie. K naplnění svého poslání veřejné umělecké instituce zahrnuje školní areál i profesionální divadlo pro tisíc diváků, které zatím v této části města chybělo. Divadlo slouží výukovým účelům, bude však také otevřené veřejnosti a budou ho moci využívat i jiné instituce. Bylo to předvídavé rozhodnutí, protože poplatky za nájem prostor divadla se stanou vítaným příspěvkem do rozpočtu školy. Budovy školy jsou dimenzovány pro cca 1 800 studentů rozdě-


6/2009

STAVEBNÍ

lených do čtyř akademií dle uměleckých disciplín. Školní kampus zahrnuje sedm budov, tj. budovu divadla, čtyři budovy učeben, knihovnu a kavárnu. Významná poloha na pohledově exponovaném místě na okraji široké dopravní tepny v centru města byla jedním z určujících faktorů požadujících vytvořit z umělecké školy vlajkovou loď nového architektonického řešení přilehlé oblasti. ARCHITEKTONICKÝ KONCEPT Koncept architektonického ateliéru vychází z použití architektonických znaků jako symbolů komunikace komunity Los Angeles s uměním. Jako šachové figurky jsou navrženy tři objemy budov v souladu s pravoúhlým uspořádáním městského plánu. Figurka Věže ve tvaru 9 ovíjená spirálovitou rampou vyrůstájící z větrné terasy na střeše betonového kvádru divadla je zdaleka viditelným symbolem identifikace posluchačů se školou. Uvnitř věže je konferenční a výstavní centrum a z jejích horních pater je nádherný výhled dokola na celé město. Věž spojuje školu vizuálně i formálně se středem města a společně s věží protější katedrály tvoří nový symbol města. Objekt Lobby na Grand Avenue slouží jako veřejný vchod do celého kampusu a zasazuje školu do otevřeného prostoru této široké městské ulice. Tvoří rovněž i jakési „předmostí“ k ostatním budovám kulturních institucí na protější straně ulice. Symbolem vzdělávání a studia je budova Knihovny ve tvaru komolého kuželu stojící uprostřed vnitřního nádvoří kampusu. Uvnitř je velký otevřený prostor osvětlený kulatým střešním oknem podporující soustředěné studium a přemýšlení. Umístění na vnitřní diagonále školního komplexu a také neobvyklý šikmý tvar předurčily školní knihovnu do role významného bodu uvnitř kampusu, kde si studenti rádi domlouvají schůzky a setkání. Čtyři budovy učeben rámují školní dvůr v pravoúhlém řádu. Jsou v nich umístěny běžné učebny, umělecká studia, pracovny a administrativní prostory. Vnitřní prostory budov jsou stejně jako venkovní plochy školy organizovány dle stejného řádu. Veřejné prostory přecházejí přes smíšené k soukromým místnostem. K O N S T R U K C E , M AT E R I Á LY A B A R V Y Beton je spolu s ocelí hlavním konstrukčním materiálem a v konstrukcích pod úrovní terénu převládá zcela. Budova divadla je z akustických důvodů postavena převážně z železobetonu. Povrch jeho vnějších stěn již není zakryt dalšími materiály, zůstává jako pohledový beton. Jeho tíha a absence okenních otvorů na budově, na rozdíl od prosklené Lobby, odděluje objekt od vnějšího světa a vytváří silnou abstraktní formu, v jejímž neviditelném interiéru se skrývá prostor pro zvláštní příležitosti a zážitky. Konstrukce ostatních objektů lze označit jako kompozitní. Ocel se střídá s betonem podle toho, který z materiálů je pro daný konstrukční prvek vhodnější. Ocelové rámové systémy jsou kombinovány se ztužujícími železobetonovými smykovými stěnami a betonovými stropními deskami. Betonové povrchy zůstávají nezakryté, pohledové, časté jsou betonové podlahy. Tři výrazné hmotové prvky, Věž, Lobby a Knihovna, mají vnější povrch obložen plechem z nerezavějící oceli. Použité materiály a barvy jsou nedílnou součástí architektonického konceptu celého školního kampusu. Barevnou strategii vytváří střídání diferencovaných a kontrastních zón na pozadí celkového sjednocujícího prostředí a zdůrazňuje tak odlišení veřejných, smíšených a soukromých prostor v celém kampusu. BETON • TECHNOLOGIE • KONSTRUKCE • SANACE


Obr. 1 Letecký pohled | Fig. 1 Aerial view | Obr. 2 Skica | Fig. 2 Sketch | Obr. 3 Škola a věže katedrály podél hollywoodské dálnice | Fig. 3 Hollywood freeway with School and Cathedral towers | Obr. 4 Školní dvůr s knihovnou, kavárnou a divadlem | Fig. 4 School courtyard with library, cafeteria and theater | Obr. 5 Vestibul divadla a věž | Fig. 5 Theater lobby and tower 3

4

5 6/2009

19

STAVEBNÍ


6

7 Obr. 6 Divadlo | Fig. 6 Theater | Obr. 7 Schodiště | Fig. 7 Stair way | Obr. 8 Půdorys – úroveň 404 | Fig. 8 Ground plan – level 404 | Obr. 9 Podélný řez BB divadlem | Fig. 9 Longitudinal section BB

Fotografie: 1, 2, 8, 9 – Coop Himmelb(l)au, 3 – Roland Halbe, 4 až 7 – Lane Barder Redakce časopisu děkuje ateliéru Coop Himmelb(l)au za poskytnuté materiály a fotografie.

Los Angeles Unified School District, CA, USA Coop Himmelb(l)au atelier, Vídeň, Rakousko TMAD Taylor and Gaines, Pasadena, CA, USA PCL Construction Services, Inc., LA CA, USA

Investor Architektonický návrh 2

Statický návrh

4

2 1

3

1 ART 2 DANCE 3 LIBRARY 4 GYMNASIUM 5 MUSIC 6 CAFETERIA 7 THEATRE 8 LOBBY 9 ADMINISTRATION 10 SERVICE 11 SHARED SPACES

8 7 5

0

10

20

30

40

Generální dodavatel Monolitické betonové konstrukce Betonářské práce Soutěž Realizace Cena

Morley Builders, Santa Monica, CA, USA Marne Construction, Orange, CA, USA září 2002 říjen 2002 až říjen 2008 171,9 mil USD

50m

LEVEL | 404

8

Připravily Jana Margoldová a Lucie Šimečková

PROPERTY LINE

+525'-2"

+469'-10"

+449' +435' +422' +420'

7.3 8 7.1 7.2

GRAND AVE

+400'

7.5 7.4

7.6

6

10

+385'

+360' PROJECTION OF CESAR

1 ART 2 DANCE 3 LIBRARY 4 GYMNASIUM 5 MUSIC 6 CAFETERIA 7 THEATRE 8 LOBBY 9 ADMINISTRATION 10 SERVICE 11 SHARED SPACES

9

20

E. CHAVEZ AVE.

PROJECTION OF 101 FREEWAY

7.1 7.2 7.3 7.4 7.5 7.6

AUDITORIUM STAGE FLY LOFT BACK STAGE BLACK BOX THEATRE OUTDOOR AMPHITHEATRE

0

5

10

15

20

25m

B - B SECTION


6/2009

STAVEBNÍ


NOVÝ

FARNÍ KOSTEL SV. JAKUBA V ITALSKÉM FOLIGNU S A N G I AC O M O PA R I S H C O M P L E X , F O L I G N O , I TA LY

1

JANA MARGOLDOVÁ, LUC I E ŠI M EČ KOVÁ Článek popisuje převážně betonovou konstrukci nového farního kostela Sv. Jakuba postaveného v italském městě Foligno, které bylo poničeno zemětřesením. The mainly concrete structure of the new San Giacomo parish complex built in Foligno, Italy, is described in the article. Architektonický návrh nového kostela v italském městě Foligno představený atelierem Fuksas Architects Studio vyhrál v roce 2001 v národní architektonické soutěži vyhlášené organizací Conferenza Episcopale Italiana, která se zabývá výstavbou nových kostelů. Posudek poroty soutěže zněl: „Návrh vyjadřuje inovaci a pokrok, který vychází vstříc mezinárodnímu vývoji. Nový kostel se stane symbolem znovuobnovení města poničeného zemětřesením.“ Nový farní kostel navržený architektonickým atelierem Fuksas Archiects na parcele o 2 000 m2 je monolitická betonová stavba jednoduché čisté geometrie – krabice. Celý farní komplex sestává ze dvou částí, vlastního hlavního objektu chrámu, který je tvořen dvěma pravoúhlými hranoly vsazenými do sebe, a nízkého, dlouhého kvádru, ve kterém je umístěna zákristie, zázemí ministrantů a byt kněze. Kompaktní hmotu kostela spojuje s veřejnou komunikací široká přístupová rampa. Dojem čtvercového náměstí před chrámem posiluje mírné stoupání rampy k jeho průčelí s nízkou, ale široce proříznutou vstupní štěrbinou. BU DOVA KOSTE L A Tuto konstrukci si lze představit jako krabici, do které je vložena další, menší krabice otočená dnem vzhůru. Vnější objem vymezující prostor ke shromážděním je definován půdorysnými rozměry 30 × 22,5 m s výškou 25,8 m. Obě konstrukce, vnější a vnitřní, jsou propojeny několika prvky tvaru komolých jehlanů, které tvoří otvory ve dvojitých stěnách a přivádějí denní světlo do vnitřního prostoru. Sluneční paprsky a hra světla a stínů kolem oltáře projasňují vysokou chrámovou loď a dávají návštěvníkovi mohutné konstrukce pocítit vznosnou lehkost. BETON • TECHNOLOGIE • KONSTRUKCE • SANACE

2 Obr. 1 Foligno s novým kostelem Fig. 1 Rebuilt Foligno with a new parish complex Obr. 2 Betonová „krabice“ farního kostela Fig. 2 A concrete “box” of a parish church Obr. 3 a) Půdorys, b) řezy konstrukcí Fig. 3 a) Layout, b) sections

3a

3b 6/2009

21

STAVEBNÍ


22

KONSTRUKCE Budova je založena na 13 m hlubokých pilotách průměru 1 m svázaných v zhlaví nosníky průřezu 1,2 × 1,4 m. V rozích budovy byly navrženy čtvercové jehlanovitě rozšířené hlavice o horní hraně 4,9 m a výšce 1,8 m. Každá ze čtyř hlavic je podpírána pěti pilotami dlouhými 11 m. „Vnější krabice“ stojí na železobetonových sloupech čtyřúhelníkového průřezu různých rozměrů, vysokých 800 mm. Sloupy podpírají rošt ze železobetonových nosníků. Na roštu v úrovni +1,5 m nad úrovní terénu leží železobetonová deska, která tvoří základní vodorovnou nosnou konstrukci kostela. Na desku ve střední části silnou 400 mm byl použit samozhutnitelný beton označený Rck350-XC3-XF1 s posílenou schopností vodorovného rozlití a vyplňování dutin i malých otvorů během jeho tekuté fáze. Pro zesílený okraj desky (600 mm) byl použit samozhutnitelný beton označený Rck500. V této části deska přenáší zatížení z krajních sloupů a z 700mm konzolového vyložení. Vykonzolovaná, více namahaná, část desky je vyztužená pruty z oceli FeB44K a Fe510B. Stěny vnější krabice tvoří sendvičová konstrukce, 100 mm betonu, polystyrenové panely a zase 100 mm betonu. Betonové vrstvy jsou při obou površích vyztuženy sítěmi z ocelových prutů průměru 8 mm po 150 mm v obou směrech. Obě betonové vrstvy jsou vzájemně spojeny přes polystyrenovou vrstvu ocelovými spínacími prvky. Pro betonáž byl použit samozhutnitelný beton Rck400, aby bylo zajištěno vyplnění i nesnadno prostupných míst. Oba povrchy stěn zůstavají bez dalších krycích vrstev jako pohledový beton. Režný beton je pouze ošetřen voskem. Konstrukci vnitřní krabice tvoří ocelové nosníky potažené drátěným pletivem s drobnými oky, na které byl nastříkám lehký

beton a jeho povrch byl omítnut. Pro nosnou konstrukci byly použity profily HEB300, IPE300 a HEA300 (Fe430) a pruty kruhového profilu průměru 30 mm (Fe510). Střešní konstrukce je sestavena z ocelových nosníků průřezu 900 × 600 mm (Fe510) po 21 m. Příčné nosníky, na kterých jsou zavěšeny vnitřní stěny, jsou 900 mm vysoké a 300 mm široké (Fe510). Jednotlivá pole jsou vyztužena v obou směrech 650 mm vysokými nosníky po 5,4 resp. 2,45 m. Střešní konstrukce je překryta železobetonovou deskou. Přístupová rampa kostela je vyskládaná z železobetonových deskových prefabrikátů podepřených betonovými stěnami tloušťky 400 mm. Základy pod nimi tvoří obrácené T nosníky průřezu 1400 × 500 mm spojené dohromady H profily průřezu 400 × 300 mm. Napojení rampy na hlavní těleso kostela je kloubové, aby se do jeho konstrukce nepřenášelo seismické zatížení.

4a

4b

SLUŽE B N Í B U DOVA Dlouhý nízký kvádr služební budovy ležící 1,5 m nad úrovní okolního terénu má půdorysné rozměry 52,4 × 12 m, výšku 8,3 m a plochou betonovou střechu. Objekt leží na mělkých základech (1,4 m) tvořených betonovými nosníky. Podlahová deska 1. NP je prefabrikovaná, uložená na 300 mm vysokých nosnících. Vstupní schodiště tvoří 270 mm silná betonová deska vyztužená čtrnácti pruty průměru 16 mm. Přístupová rampa má konstrukci z ocelových profilů UPN 300, IPE 200 a HEA200 (Fe430) překrytých železobetonovou deskou Rck300-XC2. Ostatní svislé a vodorovné nosné konstrukce jsou ocelové. Redakce časopisu děkuje atelieru Fuksas Studio za poskytnuté materiály a fotografie.


6/2009

STAVEBNÍ


5a Obr. 4 Interiér kostela, a), b) Fig. 4 An interior of the church, a), b) Obr. 5 Vnitřní průhledy, a), b) Fig. 5 Interior look-through, a), b) Místo Klient Architektonický návrh a projekt Statický návrh Hlavní dodavatel Realizace Cena

5b

Foligno, Italie Conferenza Episcopale Italiana – Diocesi di Foligno Massimiliano a Doriana Fuksas Ing. Gilberto Sarti Ediltecnica spa 2001 až 2009 3,6 mil. EUR

F I B R E C O N C R E T E 20 0 9 Ve dnech 17. a 18. září 2009 se v sále Masarykovy koleje ČVUT v Praze uskutečnil pátý ročník mezinárodní konference Fibre Concrete 2009. Konference se zúčastnilo téměř devadesát účastníků z třinácti zemí. Bylo předneseno třicet jedna příspěvků v pěti sekcích – Výzkum (dvě souběžné sekce), Návrh, Udržitelný rozvoj a Aplikace, z nichž osmnáct přednesli hosté ze zahraničí. Z přednesených příspěvků vybíráme následující: Experimentální výzkum chování drátkobetonu při zatížení tlakem a ohybem, jehož cílem byla analýza a porovnání experimentálního chování v tlaku a tahu pokud jde o maximální zatížení, po dosažení maximálního zatížení, zbytková pevnost a zhodnocení přínosu vláken; Úvahy o vláknobetonech s ocelovými a polymerovými vlákny z pohledu udržitelného rozvoje, které nabízí celkové zhodnocení situace na trhu, hospodárnosti různých typů vláken a možnosti jejich použití se zohledněním ekologických aspektů; Působení polymerových a ocelových vláken na zvýšení požární odolnosti betonu, důraz je kladen na odprýskávání betonu.

1

Obr. 1 Účastníci konference v přednáškovém sále Masarykovy koleje

B E T Ó N 20 0 9 Slovenská asociace výrobců transportbetonu (SAVT) zorganizovala ve dnech 7. až 10. října 2009 na Štrbském Plese osmý ročník celostátní konference Betón 2009. Konference se zúčastnilo 240 účastníků, mezi kterými byly zástupci betonářských svazů ze Slovenska, České republiky a Polska. Jednání konference bylo rozděleno na čtyři tematické okruhy – Úvodní přednášky a standardizace, Stavební materiály a vlastnosti betonu, Výroba betonu a Manažerství kvality, BOZP a OŽP. Zajímavé byly příspěvky o betonech na Městské estakádě (objekt 206-01B) v Povážské Bystrici, která prochází ve výšce 30 m přímo nad městem; o zkušenostech s realizací cementobetonových vozovek v Maďarsku na dálnici M0 nebo o speciálních betonech pro výstavbu betonových konstrukcí stínění proti ionizujícímu záření. Obr. 2 Prezident SAVT Ing. Patrik Polakovič, MBA (vpravo), Prof. Ing. Tibor Ďurica, CSc.


6/2009

2

23

STAVEBNÍ


ČERNÝ PAVILON – NÁRODNÍ CENTRUM V AIX-EN-PROVENCE BLACK PAVILION – NATIONAL CENTRE IN AIX-EN-PROVENCE

CHOREOGRAFIE OF CHOREOGRAPHY

1

1a

1b

V říjnu 2006 byl slavnostně otevřen Černý pavilon Národního centra choreografie (NCCh) ve francouzském městě Aix-enProvence v regionu Provence-Alpes-Cote d’Azurr v departmentu Bouches-du-Rhone. Budovu navrhnul architekt Rudy Riccioti a celý projekt vedl choreograf Angeli Preljocaj. V objektu jsou umístěna čtyři korepetiční studia a sál s hledištěm pro 378 diváků. Tanečníci zde mohou realizovat svá díla v celém procesu vývoje od prvního zkoušení až po finální představení. Aktivity nového provensálského centra choreografie jsou zaměřeny do pěti oblastí: • tvůrčí centrum – bude hostit pozvané taneční skupiny od zkoušek po představení ve velkém sále, • experimetální centrum – vytváří spojení mezinárodní sítě choreografických center v regionu Provence-Alpes-Cote d’Azur a zaměřuje se objevování nových talentů, • výukový prostor – usnadňuje široké veřejnosti přístup k tanci v celé jeho rozmanitosti, představuje práci národních i mezinárodních skupin podpořenou pedagogickým doprovodem, • místo předávání – umožňuje zviditelnění jednotlivých tanečních projektů díky široké nabídce umělec-

2

24

kých přestavení a choreografií v průběhu celého roku, • centrum mezikulturní spolupráce – podílí se na vytváření projektů podporujících kulturní spolupráci, zejména díky usnadnění přístupu k novým estetickým postupům pomocí cirkulace a zvaní mezinárodních tanečních společností. Díky společnému zájmu veřejných subjektů, Ministerstva kultury a komunikace, Regionálnímu ředitelství kulturních záležitostí, města Aix-en-Provence, Společenství Pays d’Aix, regionu Provence-Alpes-Cotes d’Azur a departmentu Bouches-du-Rhones, byla tato budova jako první centrum choreografie postavena přímo ke svému účelu. Rozměry, které byly k dispozici pro stavbu NCCh, byly velmi omezené, dalo by se říct až nedostatečné – a to byla výzva. Projekt bude muset existovat i přes omezení hmoty, nebude mít nic víc než kostru a obal. Proto bylo třeba najít základní definice pracovních procesů, které budou v objektu probíhat a bylo nutné najít soulad s myšlenkami chvály snahy a práce jako ctnosti. Pro architekturu to bylo hodně těžké. Práce se stala esteticky nesprávná a snaha politicky nekorektní. Uprchlý v pocitu viny a špatného svědomí, hledal architekt řešení.


6/2009

STAVEBNÍ

ROZHOVOR

S A U T O R E M N ÁV R H U

R U DY M R I C C I OT I M Kdy se uskutečnila soutěž na NCCh v Aix-en-Provence? Před osmi lety. Jaké bylo zadání? Kontextem je obchod Sextius-Mirabeau s urbanistickým plánem od Martorella a Bohiga(se). Parcela vyčleněná pro tuto budovu byla velice úzká sousedící s dlouhým schodištěm a velkým náměstím. Prvky stejně velkými, jak velká nesou jména – Place Francois Mitterrand, Avenue Mozart. To celé byl obraz územního plánování viděný katalánským racionalismem podpořený obchodní strategií na dostřel regionálnímu konzumu. Jasně řečeno, je to „Causescu elektro-house“! Co bylo hlavní myšlenkou vaší koncepce? Projekt trpí nedostatkem místa. Urbanistický plán sotva očekával umístění budovy!... Celé to bylo skoupé – museli jsme stavět pod lehkými schody s naukou krtka. Právě svými obtížemi, svou urputností a obecným nedostatkem byl projekt živen. Je běžné, že architekt chválí obtíže, aby vyzdvihl, jak hodnotný je jeho přístup, ale tady toho bylo opravdu moc. Jaké jsou ty obtíže, o kterých mluvíte? Máme stavbu o rozměrech 18 × 36 m postavenou na výšku, kde pouze její fasády jsou nosné, s vylehčenými stropy o velkém rozponu, kde modul pružnosti nebyl plně garantován, a které nesmějí pružit pod tanečními kroky. Tudíž to potřebovalo ještě druhý strop z betonu na pružných podložkách – to jsou základní konstrukční požadavky. Další napětí do práce kolem návrhu konstrukce vnášela seismicita místa, výška hladiny podzemní vody v úrovni podzemního sálu a také železnice vedoucí přímo za stěnou hlavního sálu. Jak popisujete tuto budovu? Budova je tak trochu svázaná, ale není to skutečné utrpení, NCCh představuje osvobození a svobodu těla. NCCh je tak trochu jako Angelin (Preljocaj) – suché, kostnaté, napjaté tělo s křivým úsměvem… ARCHITEKTEM

Redakce děkuje za poskytnuté informace a fotografie arch. ateliéru Rudy Ricciotti

Investor Uživatel Architektonický návrh Podlahová plocha Náklady Realizace projektu


město d’Aix-en-Provence – SEMEPA Ballet Preljocaj / Centre Chorégraphique National d’Aix-en-Provence, www.preljocaj.org Architecte Rudy Ricciotti 3 500 m2 4,6 mil. EUR, 1 314 EUR/m2 květen 1999 až květen 2006

4 Černý pavilon NCCh byl vybrán mezinárodní porotou mezi finalisty Evropské ceny za současnou architekturu Mies van der Rohe Award 2007 (pozn. redakce).

Obr. 1 a) Letní, b) zimní pohled na Černý pavilon Fig. 1 a) A summer, b) winter view of the Black pavilion Obr. 2 Fasáda pavilonu se schodištěm Fig. 2 A facade of the pavilion with a staircase Obr. 3 Taneční sál bez vnitřních podpor Fig. 3 A dancing hall without internal supports Obr. 4 Sloupy, vzpěry, průvlaky a nosníky nosné konstrukce z černého pohledového betonu Fig. 4 Columns, struts, girders and beams of the structure made from black exposed concrete Obr. 5 Podélný řez objektem s velkým sálem v suterénu Fig. 5 A longitudinal section of the structure with a spacious hall in the basement Fotografie: 1a, 3 – Philippe Ruault 1b – J. C. Carbonne 2, 4 – Agence Rudy Ricciotti


5 6/2009

25

STAVEBNÍ


„NOVÁ“

KNIHOVNA V EGYPTSKÉ ALEXANDRII T H E „N E W “ L I B R A RY O F A L E X A N D R I A I N E GY PT

1

J ANA M ARGOLDOVÁ , L UC I E Š I M EČ KOVÁ Po deseti letech navrhovaní, projektování a výstavby byla v říjnu roku 2002 znovu otevřena v egyptské Alexandrii knihovna. Původní Alexandrijská knihovna, založená již před 2 300 lety Alexandrem Velikým, byla považována za jedno z center antické vzdělanosti – na vrcholu své slávy uchovávala až 700 tisíc papyrových svitků. Bohu-

2

26

žel však civilizace o její bohatství přišla při velkém požáru o několik století později. Nová budova knihovny je výsledkem mezinárodní architektonické soutěže organizované v roce 1989 Mezinárodní unií architektů, UNESCO a vládou Egypta. Soutěže se zúčastnilo 524 návrhů z padesáti dvou zemí. Vítězem se stal návrh mezinárodní skupiny architektů sdružené v norském atelieru Snohetta. Snohet-

ta Hamza Consorcium, které vítězný projekt realizovalo, vzniklo v roce 1991 spojením architektonického atelieru Snohetta v Oslo s architektonicko-inženýrskou kanceláří Hamza Associates v Káhiře. Budova nové knihovny (85 000 m2) považovaná za významný milník architektury, konstrukčního inženýrství, informačních technologií a kulturního dědictví má nádherné umístění na břehu středověké-


6/2009

STAVEBNÍ

ho přístavu uprostřed historického centra Alexandrie. Jedenáctiposchoďová budova je schopna pojmout až čtyři miliony svazků knih a toto číslo by mohlo v budoucnosti narůst až na osm milionů převedením části fondu na kompaktní nosiče. Hlavní čítárna (20 000 m2) navržená pro dva tisíce čtenářů se rozkládá na sedmi vnitřních „terasách“. Během dne je osvětlena přímo denním světlem dopadajícím na stoly z na sever otočených střešních oken tak, aby se paprsky slunečního světla nedostaly dovnitř a nepoškodily knihy a vzácné rukopisy. Vedle knihovnických služeb nabízí areál knihovny naplnění také dalších funkcí kulturních a vzdělávacích, včetně planetária, několika muzeí, školy informačních technologií a konzervátorství a konferenčního centra. VZHLED A KONSTRUKCE BUDOVY Budova je charakteristická svým válcovým tvarem s lehce ukloněnou svislou osou a střechou ve sklonu 16,08°. Průměr válce je 160 m, jeho horní okraj dosahuje až výšky 32 m nad terénem a na druhé straně spodní okraj do hloubky 12 m pod zem. Tvar knihovny, záblesky odraženého světla na šikmé střeše, umístění v přístavu na ostrově Faru, vše vzdáleně připomíná starověký alexandrijský maják, a dává tak městu nový výrazný symbol vzdělání a kultury – 6 000 m2 vnější obvodové stěny je pokryto kamennými deskami s vytesanými nápisy v 65 různých používaných písmech včetně run, Braillova písma a čárového kódu (celkem 4 000 znaků) – a vytváří tak vhodné prostředí ke komunikaci mezi tolik odlišným východním a západním světem (obr. 3). Návrh knihovny vyžadoval nejmodernějObr. 1 Celkový pohled na knihovnu v alexandrijském přístavu Fig. 1 General view of the library in the Alexandia port Obr. 2 Půdorys 4. podlaží Fig. 2 Layout of the level 4 Obr. 3 Vstupní parter Fig. 3 Entrance parterre Obr. 4 Regály s knihami volného výběru na jedné ze sedmi vnitřních teras velké čítárny Fig. 4 Bookshelfs on the one of seven interier terraces of the main reading room Obr. 5 Terasy a galerie velké čítárny se zvukově pohlcující stěnou z prefabrikovaných betonových panelů po obvodu Fig. 5 Terraces and galeries in the main reading room with the sound absorbing wall of the precast concrete panels around

ší zpracování způsobu založení stavby stejně jako návrh nosné konstrukce. Její interiéry by pak měly návštěvníkům i zaměstnancům poskytovat maximální pohodlí


během všech ročních období. Konstrukce i vnitřní technologie jsou navrženy tak, aby dokázaly odolat nebo alespoň ochránit uvnitř uložené knihy a rukopisy proti vět-

4

5


6/2009

27

STAVEBNÍ


Obr. 6 Horní galerie pod stropem velké čítárny se zvukově pohltivou stěnou z prefabrikovaných betonových panelů Fig. 6 Upper galerie under the ceiling of the main reading room with the sound absorbing wall of the precast concrete panels Obr. 7 Detaily prefabrikovaných betonových panelů v obvodové stěně velké čítárny, a), b) Fig. 7 Details of the precast concrete panel wall of the main reading room Obr. 8 Pohled z galerie do otevřeného prostoru velké čítárny Fig. 8 View of the main reading room Obr. 9 a) Detail sloupu s dilatací, b) detail vysokých konických hlavic sloupů Fig. 9 a) Detail of the column with dilatancy, b) detail of the tall conical capitals of columns

6

šině přírodních katastrof, např. zemětřesení, požáru ad., a současně vyhověly náročným požadavkům z hlediska trvale udržitelného rozvoje. Způsob založení objektu je světově unikátní a je schopen vzdorovat jak zemětřesení, tak ochránit vnitřní prostory proti prosakování vody z blízkého Středozemního moře. Základní modul budovy 9,6 × 14,4 m vychází z požadavků na účelné uspořádání knihovních regálů a stolů ke studiu. Prostory určené ke skladování knih byly navrženy na zatížení 1 300 kg/m2. Čítárna na 5. NP je obrovský, grandiózní prostor, avšak pečlivě navržené členění do různých výškových úrovní, oddělení regály s knihami volného výběru a promyšlené detaily jí zajišťují i požadovanou intimitu a klid k soustředěnému studiu. Obvodová konstrukce stu-

7a

28

dovny je sestavena z perforovaných prefabrikovaných betonových panelů z vnějšku potažených zvukově pohltivou textilií, která vytváří příjemné vnitřní akustické prostředí bez rušivých zvuků a šumů (obr. 7a, b). Štíhlé betonové sloupy podepírají ocelovou konstrukci střechy plochy 16 000 m2 se systémem stínícího a izolačního zasklení. Na podlaze je krytina z dubového dřeva. Pro statický návrh nosné konstrukce byly určující: • blízkost moře, která způsobuje vysoký obsah solí v podzemní vodě a její vysokou hladinu (0,9 m nad mořskou hladinou), • velký vztlak způsobený kombinací vysoké hladiny podzemní vody a hlubokou úrovní základové spáry (11 m pod hladinou podzemní vody), • zemětřesná zóna 3 (BS),

• náročné požadavky na životnost celé stavby i jejích jednotlivých částí, • kompaktní tvar půdorysu budovy s velkou plochou a vysokým plošným zatížením dovoloval jen minimální rozdíly v sedání jednotlivých částí, • architektonický návrh interiéru vyžadoval maximálně uvolněný vnitřní prostor s minimem vysokých štíhlých betonových sloupů, které by co nejméně bránily pohledům návštěvníků. Pro zohlednění všech uvedených požadavků v nosné konstrukci a jejich případnému spolupůsobení (kladnému i zápornému) byla provedena 3D dynamická analýza návrhu nosné konstrukce pomocí metody konečných prvků. Při výstavbě byla použita řada náročných pokročilých technologií a někdy bylo jejich uplatnění v tak velkém měřítku světově unikátní, např. akustická kontrola homogenity materiálu ukládaného do hlubokých pilot (35 m), ztužující suterénní stěny po obvodu kruhu průměru 160 m s průběžnou vodorovnou výztuží; blízkost umístění konferenčního centra si vynutilo odříznutí

7b BETON • TECHNOLOGIE • KONSTRUKCE • SANACE

6/2009

STAVEBNÍ


8

západní strany kruhu přímou linií, a nesymetrie ovlivňuje chování konstrukce. Nejdelší betonové sloupy podpírající konstrukci zastřešení jsou vysoké 16,5 m s průměrem 700 mm. Pod střechou jsou sloupy zakončeny elegantní čtyřúhelníkovou konickou hlavicí (obr. 9a, b). Vodorovné nosné konstrukce nad studovnou tvoří vyztužené železobetonové rámy s 400 mm tlustými kazetovými stropními deskami s žebry vysokými 1 m křížícími se nad sloupy. V nižších podlažích, kde je vysoké stálé a nahodilé zatížení, jsou kazetové stropní desky 600 mm silné se skrytými 600 mm vysokými průvlaky. Celá nosná konstrukce knihovny je navržena jako jednoduchá železobetonová monolitická stavba jasné geometrie bez vnitřních dilatací.

9a

Literatura: [1] Materiály arch. ateliéru Snohetta, Oslo, Norsko, 2001 [2] Brožek A.: Alexandrijská knihovna, Národní knihovna/knihovnická revue, rok 2002, č. 2, s. 122–123, http://full.nkp.cz/nkkr [3] Vojtášková H.: Alexandrijská knihovna slavnostně otevřena, www.ikaros.cz

Použití betonu v konstrukci monolitické kazetové stropy tuhé betonové desky prefabrikované stěnové panely

28 000 m2 58 000 m2 3 520 m2

Fotografie: 1, 2, 4, 5, 6, 8 – Gerald Zugman, 3, 7a, b, 9a, b – Ing. Pavel Čížek

Investor

The Ministry of Higher Education of the Arab Republic of Egypt

Architektonický návrh

Snohetta, Oslo, Norway

Snohetta Hamza Consorcium, Norway/Egypt Hlavní dodavatel Rodio, Trevi, Italy/Arab Contarctors, Egypt, Joint Venture založení Hlavní dodavatel Balfour Beatty, UK/Arab Contractors, Egypt, Joint Venture konstrukce Prefabrikované Laubeuf, France betonové panely Realizace říjen 1993 až říjen 2002 projektu neoficiální odhad Cena je 217 miliónů USD Projekt

Redakce děkuje architektonickému ateliéru Snohetta a Ing. Čížkovi za poskytnuté informace a fotografie.

9b


6/2009

29

STAVEBNÍ


BUDOVA RIVER HOUSE

V BRATISLAVE RIVER HOUSE IN BRATISLAVA DANIEL KÓŇA Prechodová konštrukcia na 1. a 2. poschodí podopierajúca zvyšných šesť podlaží je riešená ako sústava priečnych a pozdĺžnych stenových nosníkov. Pozdĺžne stenové nosníky sú dodatočne predpäté nesúdržnými káblami. Realizácia konzolovej časti nad Dunajom si vyžadovala použitie atypickej podpernej konštrukcie. Počas výstavby prebieha monitorovanie deformácií nosnej konštrukcie. The transfer structure on 1st and 2nd floor supporting remaining six floors is proposed as a system of transversal and longitudinal deep beams. Longitudinal deep beams are made of unbonded posttensioned concrete. Construction of cantilevers above the river Danube demanded usage of an atypical shoring system. Deformations of the bearing structure are monitored during the construction. River House je dominantou viacúčelového komplexu River Park na ľavom brehu Dunaja, medzi Novým mostom a Parkom kultúry a oddychu v Bratislave. Komplex budov pozostávajúci zo štyroch samostatných blokov so spoločnými podzemnými podlažiami, bude po dokončení zahrňovať dvestotri luxusných bytov a apartmánov, nadštandardné kancelárske priestory, päťhviezdičkový hotel, obchody a oddychovú zónu so zeleňou a promenádou pozdĺž nábrežia. V severných častiach budov sú, okrem hotela, situované kancelárske priestory a na južnú stranu, s výhľadom na Dunaj, sú orientované byty a apartmány. V troch podzemných podlažiach sú vytvorené priestory na parkovanie a technické vybavenie. Na prvých dvoch nadzemných podlažiach budov sú situované priestory pre obchody a služby.

hlbokej 11,7 m pod úrovňou okolitého terénu tvorila pilótová stena z pilót priemeru 1200 mm, ktoré boli v hlave kotvené dočasnými kotvami. Keďže základová škára sa nachádza v hĺbke 4 až 5 m pod hladinou podzemnej vody – pri bežnom vodnom stave Dunaja – v priebehu výstavby bola hladina podzemnej vody znížená hĺbkovým odvodňovaním pomocou čerpacích studní. Ochranu vnútorných priestorov proti prenikaniu podzemnej vody zabezpečujú základová doska hrúbky 800 mm a obvodové suterénne steny hrúbky 300 mm navrhnuté a vyhotovené technológiou „bielej vane“.

Z dôvodu eliminácie porúch v dôsledku rozdielnych objemových zmien sú steny železobetónovej vane oddilatované od pilótových stien a taktiež základová doska je separovaná od pilót. Keďže objekt je založený na pilótach opretých o skalné podložie, základová doska sa nepodieľa na prenose zaťaženia objektu do základovej pôdy. Nosnú funkciu plní iba z hľadiska prenosu zaťaženia od vztlaku podzemnej vody do stĺpov a stien nosnej konštrukcie. Hladina podzemnej vody priamo závislá od hladiny Dunaja môže dosahovať v extrémnom prípade výšku 9,6 m nad úrovňou zákla-

1

2

K O N Š T R U K C I A S P O D N E J S TAV BY Podzemná časť komplexu pozostávajúca z troch podlaží s celkovými pôdorysnými rozmermi 264 x 53 m je spoločná pre všetky štyri bloky, pričom je rozdelená na tri dilatačné celky vrátane základovej dosky. Objekty sú založené na pilótach priemeru 900 a 1 200 mm kotvených do skalného podložia. Paženie stavebnej jamy 30


6/2009

STAVEBNÍ

dovej škáry. Samotné objekty tvoria dostatočnú protiváhu voči takému hydrostatickému tlaku, avšak v átriových častiach bez nadzemných podlaží to neplatí. Tiaž troch podzemných podlaží a základovej dosky je menšia ako extrémna hodnota zaťaženia od vztlaku vody, preto v týchto oblastiach bolo nutné navrhnúť trvalé protivztlakové kotvy v podobe vysokopevnostných oceľových tyčí kotvených do skalného podložia. Podzemné podlažia majú stĺpovo-stenový nosný systém s bezprievlakovými stropnými doskami hrúbky 300 až 340 mm, ktorých horný povrch bol vyspádovaný počas betonáže pre zabezpečenie odvodňovania parkovacích plôch. Stropná doska pod átriami má z dôvodu veľkého zaťaženia od zeminy zelených plôch hrúbku 450 mm a je doplnená hlavicami. 3

NOSNÝ SYSTÉ M B U DOV Y Budova River House má nepravidelný lichobežníkový tvar pôdorysu so zaoblenými hranami rozmerov 104 x 24 m, pričom tvorí jeden dilatačný celok (obr. 3). Pozostáva z deviatich nadzemných a troch podzemných podlaží. Štvrté až deviate nadzemné podlažie má klasický stĺpovo-stenový nosný systém s bezprievlakovými stropnými doskami. Keďže však celá budova stojí na dvoch nábrežných pilieroch a dvoch stužujúcich jadrách, bolo potrebné navrhnúť prechodovú nosnú konštrukciu v úrovni druhého a tretieho nadzemného podlažia. Vzhľadom na veľké rozpätia a vyloženia konzol v kombinácii s extrémnym zaťažením od šiestich podlaží sa ako najrozumnejšie rieše>`SR^wb{^]hR¦Ð\{abS\]d{\]a\Yg

>`WSx\SabS\]d{\]a\Yg

>R]`ga^]aQV]RWO

>`SR^wb{^]hR¦Ð\{abS\]d{\]a\Yg

>R]`ga ^]aQV]RWO 4

AWZg]RhOÍOÐS\WO

AWZg]RhOÍOÐS\WO

&^`SR^\OQQVYtPZ]d

!^ ^ ^
>`hS[WS

AWZg]R^`SR^wbWO 8OR`]Ç/·

8OR`]Ç0·

Obr. 1 Pohľad na rozostavanú budovu (október, 2009) Fig. 1 View of the building under construction (October, 2009) Obr. 2 Výpočtový model konštrukcie Fig. 2 Analysis model of structure Obr. 3 Schematické pôdorysy prechodových podlaží (1. a 2. poschodie) Fig. 3 Plans of transfer structure (1st and 2nd floors) Obr. 4 Pohľad na geometriu predpínacích káblov pozdĺžneho stenového nosníka Fig. 4 View of pre-stresing tendoms in longitudinal deep beam BETON • TECHNOLOGIE • KONSTRUKCE • SANACE

6/2009


nie javila predpätá železobetónová konštrukcia. Bola navrhnutá sústava pozostávajúca z dvoch pozdĺžnych a dvanástich priečnych stenových nosníkov, ktoré podopierajú stĺpy vyšších podlaží (obr. 3). Priečne (sekundárne) stenové nosníky s výškou na jedno podlažie a hrúbkou 600 až 750 mm pôsobia ako konzoly podopierané pozdĺžnymi (primárnymi) stenovými nosníkmi. Pozdĺžne stenové nosníky s výškou na dve podlažia a hrúbkou 750 až 1 000 mm pôsobia ako dvojpoľové nosníky na troch podperách s konzolami na oboch koncoch. Pritom svetlé rozpätie najväčšieho pola je 31,3 m a najväčšie vyloženie konzoly 15,9 m. Obidva stenové nosníky sú predpäté ôsmimi 15-lanovými káblami bez súdržnosti s betónom. Káble pozostávajú z pätnástich lán priemeru ∅15,5 mm typu Monostrand a sú vedené v kanálikoch z PE rúr vnútorného priemeru ∅100 mm po celej dĺžke pozdĺžnych stenových nosníkov. Vzhľadom na veľkú tuhosť krajného jadra a nábrežných pilierov, priaznivá tlaková osová sila od predpätia sa prejavuje iba v konzolových častiach stenových nosníkov. V dvoch poliach medzi podperami pôsobí prevažne zdvihový účinok predpätia (obr. 4). Vďaka aplikácii predpätia sa dosiahla okrem redukcie hrúbky pozdĺžnych stenových nosíkov aj výrazná úspora v spotrebe betonárskej výstuže. Nemenej dôležitý je však aj priaznivý účinok predpätia na šírku trhlín v najviac namáhaných oblastiach a na celkovú tuhosť prechodovej konštrukcie. Pre konštrukciu bola navrhnutá trieda betónu C30/37 okrem oblasti okolo jadra „B“, kde bol navrhnutý betón C35/45. Stropnú konštrukciu typických podlaží tvoria bezprievlakové stropné dosky s členitým výškovým a pôdorysným usporiadaním. Pôdorysné rozmery dosiek sú približne 104 x 24 m, pričom tvoria jeden dilatačný celok. Najväčšie pole dosky má rozmery 8,8 x 7,35 m. Maximálne vyloženie konzolovej časti dosky dosahuje 3,45 m. Pri daných rozmeroch dilatačného celku bolo potrebné eliminovať nepriaznivý vplyv objemových zmien betónu od zmrašťovania a teploty, čo sa dosiahlo zohľadnením týchto účinkov pri návrhu výstuže a aplikáciou tzv. zmrašťovacích pruhov. Jednalo sa o pásy šírky 1 až 1,5 m prechádzajúce 31

STAVEBNÍ


5 Obr. 5 Pohľad na rozostavanú konštrukciu 1. poschodia (február 2008) Fig. 5 View of the 1st floor under construction (February 2008) Obr. 6 Montáž podpernej konštrukcie pre konzolu nad riekou Fig. 6 Mounting of the shoring structure for cantilever above river

priečne cez celý prierez stropnej dosky, v mieste stykovania prútov výstuže, ktoré sa vynechávali počas betonáže priľahlých častí. Stropné dosky boli rozdelené na tri úseky dvomi zmrašťovacími pruhmi šírky 1 až 1,5 m, vytvorenými medzi stužujúcimi jadrami. Zmrašťovacie pruhy sa zabetónovali po stanovenom čase od betonáže priľahlých úsekov, čím sa eliminovala časť pnutia, ktoré vnášajú objemové zmeny do tuhej konštrukcie. Pri určovaní optimálnej hrúbky stropných dosiek rozhodovali viaceré protichodné kritériá. Z hľadiska zaťaženia prechodovej konštrukcie bola potrebná čo najväčšia redukcia hrúbky stropov, na opačnej strane konštrukcia fasády a ťažké akustické priečky kládli prísne požiadavky na tuhosť stropných dosiek. Aj z týchto dôvodov je hrúbka dosky premenlivá od 250 až po 400 mm. Konzolová časť dosky v bytoch má premennú hrúbku od 120 mm na okraji po 300 mm pri stĺpoch. 32

6

V Ý S TAV B A P R E C H O D O V Ý C H P O D L A Ž Í Návrh postupu výstavby nosnej konštrukcie prechodových podlaží prebiehal v úzkej spolupráci s dodávateľom. Problematickou časťou konštrukcie bola hlavne realizácia konzolovej časti prečnievajúcej nad hladinu Dunaja. Bolo potrebné navrhnúť dostatočne tuhú a stabilnú konštrukciu, ktorá mala slúžiť ako dočasná podpera pre konzolovú časť v počiatočných fázach výstavby, keď ešte samotná nosná konštrukcia nebola schopná preniesť vlastnú tiaž. Na tento účel bola v spolupráci s firmou Skruže Weise SK, k. s., navrhnutá oceľová konštrukcia pozostávajúca zo šikmých vzpier kotvených do vodorovného nosníka opretého o nábrežné piliere a stojok, ktoré spoločne podopierali sústavu oceľových nosníkov (obr. 6). Zvyšné časti konštrukcie prechodových podlaží boli podopreté systémovými podpernými vežami. Predpínanie káblov bolo realizované v dvoch etapách, aby nedošlo k preťaženiu konštrukcie predpätím v čase,

keď ešte nepôsobí zaťaženie od horných podlaží. Prvá etapa predpínania sa realizovala po kompletnom vybudovaní prechodových podlaží, čiže po betonáži stropnej dosky nad 2. poschodím a zabetónovaní zmrašťovacích pruhov. Napínali sa štyri káble v oboch pozdĺžnych stenových nosníkoch. Následne sa odstránila podperná konštrukcia a debnenie prechodových podlaží. V druhej etape predpínania, ktorá nasledovala po vybudovaní 4. poschodia, boli napnuté zvyšné štyri káble oboch stenových nosníkov. V priebehu napínania káblov ako aj po ukončení hrubej stavby bola kontrolovaná predpínacia sila v kritických úsekoch kábla pomocou zabudovaných elektromagnetických snímačov. MON ITOROVAN I E

DE F OR MÁC I Í

NOSNEJ KONŠTRUKCIE

Sklená fasáda budovy, najmä v administratívnej časti budovy, pozostáva z veľkých sklených tabúľ s veľmi tenkými škárami med-


6/2009

STAVEBNÍ

7


8

Obr. 7 Kotvy predpínacích káblov Fig. 7 Anchors of tendoms Obr. 8 Vystuženie pozdĺžneho stenového nosníka v oblasti konzoly Fig. 8 Reinforcement of longitudinal deep beam in the area of cantilever Obr. 9 Poloha vybraných monitorovacích bodov na doske nad prízemím (tab. 1) Fig. 9 Location of checking points on the slab above ground floor (tab. 1)

zi nimi, čo spôsobuje jej mimoriadnu citlivosť na deformácie nosnej konštrukcie. Tuhé a ťažké akustické medzibytové priečky sú taktiež veľmi citlivé na pretvorenia konštrukcie. Z uvedených dôvodov sa pristúpilo k dlhodobému sledovaniu a kontrole priehybu prechodových podlaží ako aj jednotlivých stropných dosiek v najexponovanejších častiach konštrukcie. Monitorovanie prebieha podľa vopred stanoveného harmonogramu. Na stropných doskách sa okrem priehybu sledujú aj pretvorenia v pozdĺžnom smere, čiže dĺžkové zmeny od objemových zmien betónu. V prípade prechodových podlaží zahrňuje deväť meraní vrátane jednotlivých fáz predpínania, začiatku a konca montáže fasády až po posledné meranie po vyhotovení priečok a podláh (zatiaľ nebolo realizované). V rámci statickej analýzy objektu boli prevedené dva nezávislé výpočty pretvorení prechodových podlaží. Zjednodušený výpočet v programe IDA Nexis 3.60 bol prevedený na lineárne-

0

0 $

##

!!

0! &

&

%$

#'

&

9

pružnom priestorovom modeli s uvážením vplyvu rozdielnych hodnôt veku betónu pri nanesení zaťaženia na dotvarovanie, ktoré sa zohľadnilo redukovanými hodnotami modulov pružnosti betónu jednotlivých stien. Hodnoty pretvorení boli stanovené v štádiu ukončenia hrubej stavby, pred začatím montáže fasády, pred začatím murovania priečok a na konci životnosti objektu (výsledné hodnoty). Podrobný nelineárny výpočet pretvorení bol prevedený v programe SAP2000 Ing. D. Bukovom (OK TEAM, Bratislava) v rámci nezávislého kontrolného výpočtu a posúdenia celej konštrukcie, a bol zameraný na určenie výsledných hodnôt deformácií konštrukcie. Výsledky pretvorení v oboch výpočtov vykazovali dostatočnú zhodu hlavne v kritických oblastiach. Priebežné výsledky monitorovania deformácií sú uvedené v tab. 1 spolu s vypočítanými hodnotami výsledných deformácií, polohy monitorovacích bodov sú znázornené na obr. 9. Jednotlivé merania


6/2009

boli realizované v nasledovných štádiách: • PA2 – po I. etape predpínania a oddebnení prechodových podlaží, • PA3 – po betonáži dosky nad 4. poschodím, pred II. etapou predpínania, • PA4 – po II. etape predpínania, • PA6 – po betonáži dosky nad 8. poschodím, • PA7 – pred montážou dolnej polovice fasády, • PA8 – pred montážou hornej polovice fasády. Pri porovnaní priebežne nameraných hodnôt s vypočítanými hodnotami výsledných priehybov možno konštatovať, že v strede pola (B2) a na konci konzoly zo strany ulice (B3) namerané hodnoty dosahujú zatiaľ približne polovicu predpokladaného priehybu. Na konci konzoly nad Dunajom (B1) došlo iba k nepatrnému nárastu priehybu.

Pokračování na straně 42

33

M AT E R I Á LY M AT E R I A L S

A TECHNOLOGIE AND TECHNOLOGY

SPŘAŽENÉ

OCELOBETONOVÉ KONSTRUKCE S VYSOKOPEVNOSTNÍM SAMOZHUTNITELNÝM BETONEM C80/95 V ČESKÉ REPUBLICE COMPOSITE STEEL REINFORCED STRUCTURES W I T H H I G H ST R E N GT H S E L F C O M PAC T I N G C O N C R E T E C 80/95 IN THE CZECH REPUBLIC JOSE F LU K ÁŠ, RU DOLF HE L A, LE N K A BODNÁROVÁ S rostoucími požadavky na komplexní řešení realizace stavby od projekčního návrhu až po konečné provedení vzrůstají nároky na použité materiály. Článek uvádí některé příklady realizací staveb s použitím HPC v ocelobetonových konstrukcích, včetně fotodokumentace a stručného popisu řešení konstrukce. Higher demands for complex solution of building construction requirements from designing to final realization bring increasing requirements for materials. The paper gives several examples of realization of structures with HPC in steel reinforced composite structure including photographs and brief description of solution. V současné době se užití High performance concrete (HPC) o řízených vlastnostech pro konkrétní potřeby uživatele stává samozřejmostí. Běžně se používají betony o 28denních pevnostech v tlaku přes 100 MPa. Významný podíl na výrazných užitných vlastnostech betonů má obsah a druh mikroplniva [1], kde vedle již osvědčených křemičitých úletů (silica fumes, SF, [3]) se uplatňují i mikromletý vápenec nebo křemen, jemný (příp. mletý) elektrárenský popílek [2], metakaolin [4], žulový či čedičový prach [6], rutil, korund event. další materiály. Některé z nich působí jako pojivová složka a následné produkty hydratace vyplňují volný prostor v mikrostruktuře. Vzhledem k podstatně delší životnosti jsou HPC ve srovnání se současnými běžnými betony ekonomicky výhodnější než dosud nejpoužívanější prosté betony pevností 20 až 30 MPa [4]. Na Fakultě chemické VUT v Brně, v Ústavu chemie materiálů, byly připraveny HPC materiály na bázi portlandského cementu a mleté granulované vysokopecní strusky s vhodným mikrokamenivem a superplastifikátorem o pevnostech 180 MPa. Dlouholetý výzkum včetně praktických realizací v oblasti HPC probíhá také na Ústavu technologie stavebních hmot a dílců Fakulty stavební VUT v Brně. V současné době se tým pracovníků firmy OKM a Ústavu technologie stavebních hmot a dílců zabývá výzkumem a možností aplikací HPC v oblasti ocelobetonových konstrukcích. P Ř Í K L A DY

S P Ř A Ž E N Ý C H O C E LO B E T O N O V Ý C H K O N S T R U K C Í

S POUŽITÍM SAMOZHUTNITELNÝCH

HPC

Nákupní centrum Zlaté jablko ve Zlíně Řešení složitého deskostěnového skeletu stavby „Nákupní centrum Zlaté jablko“ ve Zlíně železobetonovou technologií přinášelo značné problémy při daném excentrickém uložení kinosálů mimo sloupy. Obtížné bylo zejména přenesení značných smykových sil a protlačení desek sloupy. Uvedené požadavky byly vyřešeny návrhem ocelobetonové konstrukce, kdy smyky a protlačení jsou přenášeny stěnou ocelové příčle, buď skryté nebo přiznané 330 mm pod desku. Stav34

ba je navržena se spřaženými stropy tloušťky 270 mm se skrytými příčlemi výšky h = 270 mm. Pouze pod kiny jsou pod 3. NP příčle výšky 600 mm včetně desky, čili 330 mm pod desku. Desky jsou filigránové bez bednění pouze se stojkováním. Konstrukce je situována v centru Zlína do proluky mezi čtyřmi stávajícími budovami a pátou, ze které musela být zachována, na požadavek památkového úřadu ve Zlíně, původní čelní stěna. Konstrukce měla maximálně využít prostoru, který jí dává daná parcela. Nebylo možno provést odkopy, které by dočasně zrušily používané chodníky a komunikace. Uvedené situační podmínky určily způsob založení na pilotách se záporovým pažením se železobetonovými stěnami po obvodu konstrukce a na pilotách opřených o skalní podklad. Základové podmínky byly dobré, v hloubce založení cca –4,1 až –5,2 m jsou zeminy třídy G3-G4 nebo tuhé třídy F1, F2. Hladina spodní vody se pohybuje až od –7 do –9 m. Konstrukce má půdorysné rozměry cca 75 × 70,6 m a při ocelobetonové nosné konstrukci nejsou nutné dilatace. Zvolený hlavní modul je 7,5 x 7,8 m. Výškové úrovně konstrukce jsou –3,6 m, ±0,0 m, +4,1 m, +7,9 m, + 10,8 m a +13,8 m. Výška střechy kina +19,96 m. Vnitřní sloupy jsou navrženy kruhové z TR∅245 s výztuží a betonem C80/95 s min. požární odolností 60 min a sloupy z HEA 300 spřažené s betonem C80/95 se stejnou požární odolností. Stropy tvoří křížem armované spojité filigránové desky spřažené se skrytými příčlemi výšky h = 270 mm, pouze pod kiny pod 3. NP s příčlemi přiznanými o celkové výšce 270 + 330 = 600 mm. Ztužidla jsou minimálně čtyři na každém nadzemním podlaží (1. až 5. NP) a jsou situována mezi sloupy do stěn. Mohou též být ze železobetonových stěn spřažených se sloupy. Nad 4. a 5. NP jsou zavětrovací rámy. Kotvení je zajištěno pomocí lepených šroubů M30-5.6. Konstrukce kin je navržena v lehkém provedení sendvičových stěn z profilů H, sloupy jsou čtyřhranné. Hlediště kin jsou ocelobetonové konstrukce se stupni ve velkém sále z železobetonových prefabrikátů průřezu L 300 × 900 mm připojovaných na VP šrouby, ostatní kina mají lehká montovaná hlediště uložená na desky 3. NP. Střechy kin tvoří lehké vaznicové stropy s trapézovými plechy vynášené příhradovými vazníky. Montážní dílce sloupů jsou do hmotnosti 1,5 t, u filigránových panelů dle nosnosti jeřábů 1,5 až 2,5 t. Ostatní dílce jsou do hmotnosti 2,5 t, čtyři dílce PR4 jsou hmotnosti 3,5 t. Montáž bylo třeba začít od zavětrovaných polí: sloupy jsou v dílcích přes dvě patra s navařenými čtyřmi koncovými příčlemi o délce 1 až 1,2 m. Všechny spoje jsou na šrouby VP-10.9. Po montáži ocelové konstrukce a výškovém a směrovém vyrovnání se na podstoj-


6/2009

M AT E R I Á LY A T E C H N O L O G I E M AT E R I A L S A N D T E C H N O L O G Y

1

kování ve třetinách rozpětí uložily filigránové panely, doplnila se horní a dolní výztuž v obou směrech a desky se zaplnily betonem C25/30. Po dosažení 80% pevnosti betonu bylo možné odstojkovat. Vnitřní sloupy se po smontování dvou pater plnily betonem C80/95 pomocí bádie. Pro zajištění dobré funkce příček byly příčky uloženy na dva bitumenové pásy a podélně dilatovatovány z hlediska různé roztažnosti betonu a zdiva po 7 až 10 m svislou spárou vyplněnou stále pružnou hmotou. Příčky se dozdily 25 mm pod vyšší strop a spára se zaplnila až po vyzdění příček ve vyšším patře, aby nevznikaly trhliny. Spotřeba oceli byla 915 t. Popsaná technologie montáže ocelobetonové konstrukce a spřažených filigránových desek umožnila sestavit konstrukci během čtyř měsíců. Stavba „Zlaté jablko“ byla oceněna na České a slovenské mezinárodní konferenci Ocelové konstrukce a mosty 2009 v soutěži „O nejlepší realizovanou stavbu“ s ocelovou konstrukcí v ČR a SR v období 2006 až 2009 II. cenou. Investor Projektant Generální dodavatel Výrobce OK Montážní firma Datum dokončení stavby

2

3 Obr. 1 Ocelobetonová spřažená konstrukce – montáž, Zlaté jablko, Zlín Fig. 1 Steel reinforced composite structure – installation, Zlaté jablko, Zlín Obr. 2 Kinosál v montáži, Zlaté jablko, Zlín Fig. 2 Installation of motion-picture theatre, Zlaté jablko, Zlín Obr. 3 Ocelobetonová spřažená konstrukce před dokončením, Zlaté jablko, Zlín Fig. 3 Steel reinforced composite structure before completing, Zlaté jablko, Zlín BETON • TECHNOLOGIE • KONSTRUKCE • SANACE

Rein Holding Firma OKM, Ing. Josef Lukáš, CSc. IPS Jihlava Kepak group, a. s. Kepak group, a.,s. květen 2008

Hala v Liberci Šestipodlažní konstrukce čtyřúhelníkového půdorysu rozměrů cca 47 × 29 m s konstrukčními výškami od ±0,0 m, 3,95 m a 4 × 3,2 m a 3,05 m k okapu. Celková výška okapu haly je 19,6 m. Střecha je sedlová se sklonem 5°. U os 7 a L je přístřešek a přístavek. Od řady1 k řadě 0 je přístřešek na celou délku objektu nad 1. NP. Do vnitřních sloupů TR o průměru 219 mm a tloušťkou stěny 6,3 mm jsou vloženy armokoše 4 ∅18R s třmínky ∅5R po 300 mm a sloupy jsou vyplněny betonem C80/95. Sloupy obvodové HEA průměru 160 mm s výztuží 2∅20R jsou opět zality betonem C80/95. Spřažení je provedeno armaturou ∅16R. Stropnice jsou navrženy jako IPE 160 spřažené s armaturou a betonem C80/95 pro požární odolnost 60 min, v místech podkladů plechobetonové desky jsou spřaženy trny ∅16. Příčle tvoří spřažené IPE 180 s betonem C80/95 pomocí armatury 2 × ∅12R. Plechobetonové desky mají trapézový plech TRP 85/273/0,88 a střecha TR 130/343/1,25. Spinací vaznice střechy tvoří spřažené IPE 160 s výztuží 2 × ∅12 a betonem C80/95. Všechny spoje jsou na vysokopevnostní šrouby a po montáži jsou protipožárně ochráněny betonovou zálivkou. Konstrukce je navržena jako konstrukce s neposuvnými styčníky. Je zavětrována ztužidly v obou směrech. Výpočet byl proveden metodou plasticitní a konstrukce je navržena s pevnostními rezervami. Ocelové dílce jsou převážně z oceli S355, podružné S235. Beton vyplňující konstrukci je C80/95, beton plechobetonových desek C30/37-XF1. Výztuž vždy z oceli 10 505 R. Celkem bylo do konstrukce uloženo 450 t oceli. 6/2009

35



Příčle obdélníkového průřezu s náběhy jsou včetně plechobetonové desky uprostřed rozpětí vysoké 500 mm a ve styčnících 660 mm. Sloupy střední i krajní jsou o průřezech 250 × 400 mm a v krajních řadách číslo 1 a 11 jsou o průřezech 190 × 300 mm. Příčle i sloupy jsou vybetonovány betonem C80/95 a spřaženy. Zatížení stálé je navrženo dle ČSN 73 0035 a zatížení nahodilé – užitné má hodnotu 2,5 kN/m2, γQ = 1,4, zatížení větrem III. oblast, γQ = 1,4. Sloupy jsou svařované profily H: SL1 a SL3 průřezu 400 × 250 mm a sloupy SL2 – průřezu 300 × 190 mm, z oceli S 355, spřažené výztuží 10 505 R s výplňovým betonem C80/95. Příčle o rozpětí 16,2 m jsou svařované, profil H o výšce 660 mm u sloupů a 500 mm uprostřed rozpětí. Plechobetonová deska je navržena na maximální rozpon 6,25 m s plechem TR 85/273/0,88 uloženým širokými vlnami dolů. Plech je zalitý betonem C25/30, XC3 do výšky 120 mm nad vlny. Vyztužení desky je při obou površích výztuží R12. Kotvení je lepené dle ČSN 73 2615 u krajních sloupů se smykovými zarážkami. Požární odolnost všech dílců je 45 až 60 min.

4 5

Obr. 4 Montáž ocelové konstrukce, Hala Liberec Fig. 4 Installation of steel structure, Hala Liberec Obr. 5 Detail ocelobetonové konstrukce, Hala Liberec Fig. 5 Detail of steel reinforced structure, Hala Liberec Obr. 6 Ocelobetonová konstrukce, Garáže The Orchard Ostrava Fig. 6 Steel reinforced structure, Garrages of The Orchard Ostrava Obr. 7 Ocelobetonová konstrukce, Garáže The Orchard Ostrava Fig. 7 Steel reinforced structure, Garrages of The Orchard Ostrava

Spřažené konstrukce a stropy byly posouzeny na požární odolnost 60 min dle ČSN PENV 1994-1-2. Stavba „Hala Liberec“ byla oceněna na České a slovenské mezinárodní konferenci Ocelové konstrukce a mosty 2009 v soutěži „O nejlepší realizovanou stavbu“ s ocelovou konstrukcí v ČR a SR v období 2006 až 2009 čestným uznáním. Název stavby Investor Projektant Generální dodavatel Výrobce OK a montáž Datum dokončení stavby

Hala Liberec Orchard OKM, Ing. Josef Lukáš, CSc. Promus, a. s., Mladá Boleslav Promus, a. s., Mladá Boleslav květen 2009

6

Patrové garáže v Ostravě Stavba patrových garáží byla opět provedena progresivní technologií spřažené ocelobetonové vysokopevnostní konstrukce. Konstrukce byla od projektu pro stavební povolení po dvojím přepočtu rozšířena o jeden a půl podlaží. Konstrukce je navržena v devíti úrovních parkovací plochy. Poslední úroveň je 12 m nad první úrovní. Rozpon příčlí s kruhovým náběhem je 2 × 16,2 m, takže byly vyloučeny mezisloupy – kolizní body. Podélný modul je 5,05; 5; 6,25; 5 × 5,05; 6,25 a 5 m. Celková osová délka je 52,8 m. Plechobetonové desky jsou o celkové tloušťce 203 mm, spojité na rozpony modulu bez stropnic, což přináší úsporu hmotnosti, montážní pracnosti i nákladů. 36


7

6/2009

M AT E R I Á LY A T E C H N O L O G I E M AT E R I A L S A N D T E C H N O L O G Y Montáž se spoji – čelné desky pomocí vysokopevnostních šroubů, s úpravou třecích ploch opálením byla velmi rychlá, konstrukce objektu byla sestavena zhruba za jeden a půl měsíce. Montáž probíhala podle následujícího schématu: • montáž zavětrovaného modulu 6–7 • montáž dalších modulů směrem k řadě 1 až 11 • každý modul byl montován uložením sloupů na základy a vložením příčlí pomocí kolového jeřábu na vysokopevnostní šrouby • jednotlivé moduly byly propojeny spojovacími lemovacími profily IPE 220 • trapézové plechy TR 85/236/0,88 byly kladeny zároveň s montáží modulu • podstojkování příčlí a TR plechů ve třetinách rozpětí a uložení výztuže, poté následovala betonáž • sloupy i příčle byly obetonovány ve výrobě. U nosných konstrukcí byla použita ocel řady S 355, u doplňkových S 235. Pro desky byl použit beton C25/30 a ocel výztuže 10 505 R. Pro sloupy a příčle byl použit beton C80/95 a spřahující ocel 10 505 R. Název Investor Projektant Generální dodavatel Výroba a montáž OK Datum dokončení stavby

PŘEDNOSTI

Nadzemní garáže Orchard Orchard OKM, Ing. Josef Lukáš, CSc. Imos Ostrava T Metal, s. r. o., Fryčovice květen 2009

S P Ř A Ž E N Ý C H O C E LO B E T O N O V Ý C H

Literatura: [1] Brandštetr J.: Betony extrémně vysokých pevností na bázi jemnozrnných prachových složek, Minerální suroviny 1991, č. 1, s. 24–31 [2] De Schutter G., Bartos P., Domone P., Gibbs J., Hela R.: Samozhutnitelný beton, ČBS 2008 [3] Aitcin P. C.: The concrete of tomorrow: A commodity product or a niche product. In : Proc. of the Inter. symp. „Non-Traditional Cements and Concrete“ (V. Bílek a Z. Keršner, Ed.), s. 1–6. VUT, Brno 2002 [4] Nehdi M., Mindess S., Aitcin P.-C.: Rheology of high-performance concrete: Effect of ultrafine particles. Cem. Concr. Res. 28 (1998), č. 5, s. 687–697 [5] Bache H. H.: The new strong cements: Their use in structures, Phys. Technol. 19 (1988), s. 43–50 [6] Youjun Xie, Baoju Liu,. Jian Yin: Optimum mix parameters of high-strength self-compacting conctrete with ultrapulverized fly ash. Cem. Concr. Res. 32 (2002), s. 477–480 [7] ČSN P ENV 1991-1 Zásady navrhování a zatížení konstrukcí (leden 1996) [8] ČSN P ENV 1991-2-1 Zásady navrhování a zatížení konstrukcí, Část 2-1: Zatížení konstrukcí – Objemová tíha, vlastní tíha a užitná zatížení (únor 1997) [9] ČSN EN 1991-1-3 Zatížení konstrukcí, Část 1-3: Obecná zatížení – Zatížení sněhem (červen 2005, Změna 1: 2006) [10] ČSN P ENV 1991-2-4 Zásady navrhování a zatížení konstrukcí, Část 2-4: Zatížení konstrukcí – Zatížení větrem (září 1997) [11] ČSN P ENV 1992-1-1 Navrhování betonových konstrukcí, Část 1-1: Obecná pravidla a pravidla pro pozemní stavby (2006) [12] ČSN P ENV 1993-1-1 Navrhování ocelových konstrukcí, Část 1-1: Obecná pravidla a pravidla pro pozemní stavby (listopad 1994) [13] ČSN P ENV 1994-1-1 Navrhování spřažených ocelobetonových konstrukcí, Část 1-1: Obecná pravidla a pravidla pro pozemní stavby (duben 1994)

VYSOKOPEVNOSTNÍCH KONSTRUKCÍ

RSTAB RFEM Program pro výpočet rovinných i prostorových prutových konstrukcí

Program pro výpočet konstrukcí metodou konečných prvků

Řada přídavných modulů Rozsáhlá knihovna profilů Snadné intuitivní ovládání 6 500 zákazníků ve světě Nová verze v českém jazyce Zákaznické služby v Praze

Ing. Software Dlubal s.r.o. Anglická 28,120 00 Praha 2 Ing. Software

Dlubal

Tel.: +420 222 518 568 Fax: +420 222 519 218 E-mail: [email protected]

Inzerce 96,5x132 zrcadlo (Beton CZ 2009)_01.indd 1

Statika, která Vás bude bavit ...

www.dlubal.cz

Navrhování podle nových evropských norem

Demoverze zdarma ke stažení

Ocelobetonové konstrukce s vysokopevnostním samozhutnitelným betonem C80/95 jsou progresivní technologií výstavby, která umožňuje úsporu hmotnosti, montážní pracnosti i nákladů. Životnost betonu C80/95 byla ověřena v USA urychlenými zkouškami a byla stanovena na 200 až 250 let. Použití betonu je velkou výhodu oproti řešení ze samotné oceli, kde je nutné provádět opakované ošetření povrchu nátěrem. Hlavní výhody vysokopevnostních spřažených ocelobetonových konstrukcí se samozhutnitelným betonem: • zmenšení rozměrů průřezů prvku nebo snížení množství potřebné podélné výztuže • betonáž bez vibrace • zkrácení času pro odbednění • zmenšení průhybů trámů a desek • zvýšení pevnosti v tlaku i v tahu, modulu pružnosti • zmenšení dotvarování a smršťování • zvýšení přípustného předpětí • zvětšení momentu při vzniku trhlin • zvýšení soudržnosti betonu s výztuží • snížení tloušťky krycí vrstvy výztuže při zachování stejné trvanlivosti, nebo zvětšení trvanlivosti při zachování stejné tloušťky krycí vrstvy výztuže • zrychlení betonáže • celkově kratší až poloviční doba realizace konstrukce • možnost velkých rozponů a odstranění kolizních sloupů • nízká spotřeba oceli • nízké náklady oproti klasickým technologiím, ocelové konstrukci a železobetonové konstrukci o cca 30 až 40 % • velká variabilnost

27.3.2009 10:16:36



• rychlá montáž na spoje s vysokopevnostními šrouby • zaručená požární odolnost konstrukce 60 min.

praktické použití HPC v ocelobetonových konstrukcích. Výsledná řešení jsou příspěvkem k efektivnímu využití potenciálu konečného kompozitního spojení HPC a ocelových konstrukcí.

Z ÁV Ě R Vysokohodnotné betony (HPC) zahrnují škálu betonů se speciálními užitnými vlastnostmi, často navrženými „na míru“ přímo pro konkrétní aplikaci. Samozhutnitelný vysokopevnostní beton patří druhově k vysokohodnotnému betonu. Jeho schopnost tečení bez působení vnějších dynamických sil a velká odolnost proti rozměšování a segregaci hrubých složek v čerstvém betonu mu umožňuje vyplnit bednění i přes hustou výztuž, aniž by bylo zapotřebí vibrace k hutnění. Díky speciálnímu složení dochází k rychlému nárůstu pevnosti při vysoké kvalitě povrchu. Tyto výhodné vlastnosti výrazně snižují pracnost na staveništi, zrychlují betonáž při omezení mnohdy nevhodně působícího lidského faktoru, při současném zlepšení pracovních podmínek, neboť odpadá hluk vibrace [3]. Používání samozhutnitelného betonu o pevnosti 100 MPa u nás zatím není příliš obvyklé. Ve světě (Japonsko, Kanada, Skandinávské země, USA, Francie…) je to už skoro běžné a dosahují vynikajících výsledků ve formě ladných a štíhlých staveb, které vlastně „šetří přírodu“. Výzkumné práce týmu pracovníků Ústavu technologie stavebních hmot a dílců FAST VUT v Brně a firmy OKM Ostrava jsou zaměřeny na vývoj a následné

Dokončení ze strany 37

Na základe doteraz nameraných hodnôt možno predpokladať, že odhad výsledných hodnôt deformácií bol správny. Rozhodujúce však budú namerané hodnoty posledného merania PA9, ktoré prebehne po ukončení murovacích prác a uložení podláh. Geodetické merania zvislých posunov sú realizované s presnosťou ± 1 mm.

Příspěvek vznikl s podporou projektů MPO e.v. FR-TI1/387 a VV CEZ MSMT 0021630511, DT 2.

Ing. Josef Lukáš, Ph.D. OKM Havlíčkovo nábřeží 38, 702 00 Ostrava – 1 tel./fax: 596 127 003, mob.: 777 000 784 e-mail: [email protected], www.ocelobeton.eu Doc. Ing. Rudolf Hela, CSc. tel.: 541 147 508, e-mail: [email protected] Ing. Lenka Bodnárová, Ph.D. tel.: 541 147 509, e-mail: [email protected] oba: Ústav technologie stavebních hmot a dílců Fakulta stavební VUT v Brně, Veveří 95, 602 00 Brno fax: 541 147 502

Z ÁV E R Nosná konštrukcia budovy River House v maximálne možnej miere vychádza v ústrety ambicióznemu zámeru architekta vytvoriť veľkolepé premostenie ponad promenádu komplexu a umiestniť byty priamo ponad hladinu rieky. Podarilo sa to aplikáciou technológie dodatočného prepínania nesúdržnými lanami, ktorá sa v súčasnosti na Slovensku bežne využíva iba pri mostných konštrukciách. Pri výstavbe budov, výnim-

Tab. 1 Namerané hodnoty priehybov vo vybraných monitorovacích bodoch v jednotlivých štádiách v porovnaní s vypočítanými hodnotami výsledných priehybov Tab. 1 Measured deformations in selected checking points in several construction stages compared with estimated values of deformations Meranie

Dátum

PA2 30. 7. 2008 PA3 22. 8. 2008 PA4 27. 8. 2008 PA6 30. 10. 2008 PA7 2. 2. 2009 PA8 31. 3. 2009 Výsledný priehyb podľa výpočtov

abs n 1,9 0,1 6,7 5,4 9,1 19,2

Priehyby vo vybraných monitorovacích bodoch [mm] B1 B2 B3 rel abs rel abs n 4,4 3,7 7,9 – 0,6 7,9 5,1 12,5 – 1,3 7,8 5,8 11,1 0,1 16,4 9 26 – 0,2 18 11,5 28,2 0,4 22,2 13,3 32,6 9,8

23,6

19

49,2

rel 6,5 8,9 8,7 16,4 18,5 19,8 40,3

Hodnoty s označením „abs“ predstavujú absolútnu hodnotu zvislého posunu bodu, a hodnoty označené „rel“ predstavujú relatívne hodnoty zvislého posunu po odčítaní poklesu podpier, tj. „skutočný“ priehyb konštrukcie.

38

kou montovaných halových systémov, je technológia predpínania neprávom obchádzaná a odmietaná. Aj to predurčuje budovu River House stať sa nielen neprehliadnuteľnou dominantou bratislavského nábrežia Dunaja, ale aj výnimočným dielom občianskej výstavby v celoslovenskom meradle. Lokalita Investor Autor celkového konceptu Generálny projektant Projektant statiky Projektant zakladania Hlavný zhotoviteľ Investičné náklady celého komplexu budov

Nábrežie armádneho generála Ludvíka Svobodu, Bratislava Bratislavské nábrežie, s. r. o. Erick van Egeraat Bouda Masár architekti, s. r. o. Prodis plus, s. r. o. SPAI, s. r. o. Metrostav SK a. s. 232 mil. EUR

Ing. Daniel Kóňa Prodis plus, s. r. o. Račianska 71, 831 02 Bratislava Slovenská republika tel: +421 244 645 821 fax: +421 244 645 823 e-mail: [email protected]


6/2009

SPECTRUM SPECTRUM

KAMPUS UNIVERZITY SIMONA FRASERA V KANADSKÉM VANCOUVERU Státní univerzita Britské Kolumbie založená v roce 1958 nese název Simon Fraser University (SFU, www.sfu.ca). V současné době na ní studuje přes 32 000 studentů (7 % tvoří zahraniční studenti). Její původní a hlavní kampus leží na předměstí Vancouveru na svazích Burnaby Mountain, dva menší novější satelitní kampusy leží ve Vancouveru (1989) a v Surrey (2002). Soutěž na návrh univerzitního kampusu v Burnaby Mountain na místě původní věznice vyhráli architekti Arthur Erikson a Geoffrey Massey. S výstavbou se začalo na jaře roku 1964 a o osmnáct měsíců později, začátkem září 1965 mohl pro 2 500 studentů začít první semestr v nových budovách. Většina objektů původního kampusu byla postavena z monolitického nebo prefabrikovaného betonu. Architektonicky ceněné je zejména rozlehlé obdélníkové Akademické nádvoří s vnitřní parkovou úpravou (obr. 1) a budova univerzitní knihovny W. A. C. Bennetta (obr. 2), která v podzemních depozitářích uchovává přes dva miliony knih. Ve stejné budově je umístěna i umě-

1

lecká galerie a muzeum archeologie a etnologie s rozsáhlými sbírkami. Součástí kampusu jsou rovněž studentské koleje (obr. 3), divadlo a samozřejmě, jak je u severoamerických univerzit běžné, sportovní haly s atletickým stadionem (obr. 4). V minulých letech byl rozsáhlý kampus zrekonstruován a vybaven moderními technologiemi, aby studentům, pedagogům i zaměstnan-

2

cům univerzity poskytoval co nejlepší zázemí a podporu pro jejich studium a bádání. I nadále zůstal zachován původní celistvý vzhled celého souboru staveb. SFU se v žebříčcích kanadských univerzit opakovaně umisťuje na nejpřednějších místech, ve světovém hodnocení se dostala na 57. příčku. Jedním z nejznámějších absolventů SFU byl zřejmě Terry

3

Fox (obr. 5). Na památku jeho úsilí získat prostředky na výzkum a léčbu rakoviny se každý rok po celém světě pořádají Běhy Terryho Foxe. Jana Margoldová

Obr. 1 Obr. 2 Obr. 3 Obr. 4 Obr. 5 4 BETON • TECHNOLOGIE • KONSTRUKCE • SANACE

5

Akademické nádvoří Knihovna W. A. C. Bennetta Studentské koleje Sportovní hala a atletický stadion Pomník Terryho Foxe na nádvoří univerzity

Fotografie: Martin Margold

6/2009

39



BETON

PRO NEJVYŠŠÍ PRŮMYSLOVÉ BUDOVY V ČESKÉ REPUBLICE CONCRETE FOR THE TALLEST INDUSTRIAL BUILDINGS IN THE CZECH REPUBLIC BOHUMIL JEŽEK Článek popisuje návrh optimální betonové směsi pro výstavbu schodišťových věží v elektrárně Ledvice a její dopravu a ukládání do bednění. This paper describes the design of optimal concrete mix for the construction of stair towers in the Ledvice power plant, as well as its transport and placing into the formwork. Výstavba schodišťových věží pro nový energetický zdroj v elektrárně Ledvice – ČEZ vyžadovala úzkou spolupráci několika vysoce odborných týmů sestavených pro řešení jednotlivých kroků realizace. Jedním z nejnáročnějších a specifických pro tuto stavbu, byl návrh složení betonové směsi a organizace její přepravy do posuvného bednění. N ÁV R H A V Ý R O B A B E T O N U Úkol pro tým byl jasný – navrhnout složení betonové směsi pro třídu betonu C30/37 tak, aby počáteční pevnost po 5 h byla cca 0,1 MPa. Bylo třeba připravit i variantní receptury pro použití při případných změnách rychlosti posunu bednění, nebo při změnách počasí. Pro realizaci bylo potřeba vyrobit cca 8 500 m3 betonu během 50 dnů s tím, že požadavek na plynulou betonáž předpokládal spotřebu jednoho až dvou mixů každou hodinu po 24 h denně včetně sobot, nedělí a případně dalších

dnů pracovního volna. Čerstvý beton současně musel splňovat předepsanou zpracovatelnost, konzistenci a plasticitu pro dopravu čerpadlem na beton do posuvného bednění. Celého úkolu se pod vedením hlavního dodavatele stavby účastnili zástupci dodavatele betonu odpovědného za návrh a výrobu betonové směsi, realizátora stavby, smluvní poradenské firmy v oblasti betonu a řada dalších odborníků, kteří svými zkušenostmi a radami v pravou chvíli přispěli k úspěšné realizaci. Pro co nejvyšší možné omezení nečekaných situací při betonáži, kdy by nevyhovující beton mohl způsobit buď špatnou kvalitu díla, zpomalení betonáže, nebo naopak při rychlém tvrdnutí by mohlo dojít k přilepení bednících plechů, byl dohodnut následující postup. Návrh betonové směsi vyjde z receptur, které byly použity na stavbách obdobného charakteru v zahraničí (Rakousko), a jejich případných modifikací dle specifických podmínek této stavby. Základní návrhy receptur (šest základních receptur a tři doplňkové) budou odzkoušeny v laboratoři poradenské společnosti. Cílem zkoušek bylo vzájemně porovnat rychlost tuhnutí jednotlivých směsí. Pro zjednodušení manipulace byly zkoušky prováděny pouze na směsích bez plniva. Aby bylo možné jednotlivé receptury porovnat, nebyly zkoušky prováděny při tzv. normální hustotě, ale byly zachovány dávky jednotlivých složek směsi,

$

`]hZWd^`×[`Y]ZtxSI[[K

# "

!

!

'

1

40

#

!

$

'

xOah`t\I[W\K

#

!$#

"'

včetně vody, dle receptur betonu. Rozsah zkoušek cementových tmelů byl následující – zkoušky konzistence sednutím kužele, resp. rozlivem pro srovnání časového vývoje zpracovatelnosti, a zkoušky počátku tuhnutí Vicatovým přístrojem. Na základě výsledků zkoušek připraví hlavní technolog výroby betonu návrh upravených receptur, které budou ověřeny modelovou zkouškou přímo na stavbě. Základní zkoušky v laboratoři ukázaly, že počátek tuhnutí všech směsí cementových tmelů nastává velmi pozdě ve srovnání s počátkem tuhnutí samotného cementu. Zpracovatelnost u všech šesti receptur zůstává po dobu 6 h prakticky beze změny. Výrazné oddálení počátku tuhnutí nastává zejména po přidání přísady Glenium 110. Zpomalovací přísadu Lentan lze využít pro oddálení počátku tuhnutí směsi, ale vzhledem k velmi pozdnímu počátku tuhnutí základní směsi je její efekt významný až při dvojnásobné dávce. Upravené receptury testované ve druhé etapě zkoušek, které neobsahovaly plastifikátor ISOLA BV, vykazovaly významně rychlejší počátek tuhnutí základní betonové směsi, zejména směsi s popílkem. Z celkových výsledků bylo možno shrnout, že na zpomalení počátku tuhnutí směsi mají dominantní vliv plastifikační přísady Glenium 110 a ISOLA BV. Ostatní faktory jako vodní součinitel a použití příměsí mají vliv menší. Po této teoretické a laboratorní přípravě před vlastním zahájením stavby bylo nutné přejít k ověřovacím zkouškám. Přímo na stavbě bylo vybudováno pět modelových bednění, velikosti 1 × 0,5 × 1 m, která byla zaplněna betonem dle pěti vybraných receptur vyrobeným v betonárně, která byla vybrána pro výrobu betonu pro realizaci stavby (obr. 2). Při tuhnutí betonu ve vzorcích byla průběžně kontrolována narůstající pevnost. betonu. Sledován byl také pokles zpracovatelnosti betonu v čase (obr. 3 a 4). Z výsledků bylo zřejmé, že je nutné dvě receptury vyloučit a připravit další modelovou zkoušku. Celkem bylo provedeno jedenáct modelových zkoušek, deset před vlastním zahájením betonáže a jedna v průběhu výstavby věží.


6/2009

M AT E R I Á LY A T E C H N O L O G I E M AT E R I A L S A N D T E C H N O L O G Y Obr. 1 Sledování vývoje tekutostí směsí cementového tmelu 1, 2 a 3 v čase; 1 – směs se zpomalovačem, 2 – základní směs, 3 – směs s upravenými dávkami jemných příměsí (rozliv cementového tmelu z kužele výšky 90 mm) (složení směsí viz tab. 1) Fig. 1 Monitoring of development of consistency of mixes of cement paste 1, 2 and 3 in time; 1 – mix with a retarder, 2 – basic mix, 3 – mix with modified batches of fine admixtures

2

Obr. 2 Zkušební vzorek pro tuhnutí betonu Fig. 2 Test samples for hardening of concrete Obr. 3 Výstavba schodišťových věží, a), b) Fig. 3 Construction of stair towers, a), b)

3a


6/2009

41



Obr. 4 Sledování vývoje zpracovatelnosti betonu v čase, sednutí Abramsova kužele po 1 h od uložení směsi do formy, a), b) Fig. 4 Test of fresh concrete consistency Tab. 1 Stanovení počátku a konce tuhnutí zkušebních směsí cementového tmelu, automatický Vicatův přístroj, teplota vzduchu 21,4 °C, měřeno 19. až 21. 5. 2009 Tab. 1 Determination of the start and end of hardening of test cement paste mixes, automatic Vicat apparatus, air temperature 21.4 °C, measured 19–21 May 2009 Receptura cement [g] popílek [g] struska [g] Glemium [g] Isola [g] Lentan [g] voda (50 °C) [g] Počátek tuhnutí [min] Konec tuhnutí [min] Průměr

vz. 1 vz. 2 vz. 1 vz. 2 poč. kon.

1 se zpomalovačem

2 základní

964 250 285 7,8 7,8 1,4 625 969 978 1 109 1 118 973,5 1 114

964 250 285 7,8 7,8 – 625 910 940 1 010 1 080 925 1 045

3 s upravenými dávkami jemných příměsí 1 098 250 146 9,1 8 – 640 990 980 1 100 1 110 985 1 105

Tab. 2 Beton C30/37-XC2,XC1 S3, Dmax 16 mm Tab. 2 Concrete C30/37-XC2, XC1 S3, Dmax 16 mm Složka

Druh

Cement Kamenivo

0–4 8–16

Voda Přísada Příměs

CEM II/A–M 42,5 R Rudersdorf Hostín Všechlapy vodovod Glemium 110 Isola BV popílek Ledvice struska Dětmarovice

4b

Množství [kg]

Obj. hmotnost mater. [kg/m3]

350

3 100

980 915 165 3,3 – 40 –

2 590 3 070 1 000 1 090 1 160 2 200 2 500

Tab. 3 Beton C30/37-XC2,XC1 S3, Dmax 16 mm, náběh pevnosti 9 až 10 h Tab 3 Concrete C30/37-XC2, XC1 S3, Dmax 16 mm, start of increase of strength – 9 to 10 hours Složka

Druh

Cement Kamenivo Voda Přísada Příměs

42

0–4 8–16

CEM II/A–M 42,5 R Rudersdorf Hostín Všechlapy vodovod Glemium 110 Isola BV popílek Ledvice struska Dětmarovice

4a

Množství [kg]

Obj. hmotnost mater. [kg/m3]

255

3 100

940 875 170 1 3,6 80 80

2 590 3 070 1 000 1 090 1 160 2 200 2 500

Zdálo se, že po stránce receptur je vše dostatečně vyřešeno, ale vlastní realizace ukázala, že použití plastifikátorů na bázi polykarboxylátů způsobuje vysokou lepivost betonové směsi, a tím i velké znečištění povrchů bednících plechů posuvného bednění a armovací výztuže. Po několika dnech realizace jsme zjistili, že receptura je velmi choulostivá na venkovní teploty, a tak bylo potřeba receptury průběžně upravovat v návaznosti na venkovní teplotu, která při nepřetržité betonáži 24 h denně často výrazně kolísala. Po sedmi dnech betonáže, kdy realizátor se zpracovatelností betonové směsi stále nebyl spokojen, upravil hlavní technolog dodavatele betonu za souhlasu projektanta věží konzistenci používaných betonů z S3 na S4. Konzistence byla vždy laděna na sednutí Abramsova kužele 190 až 210 mm. S upravenými recepturami byla až na několik výjimek provedena betonáž celých věží. I když dodavatel jednotlivých vstupních materiálů pro betonovou směs zaručoval vždy stejné parametry, stalo se několikrát, že přivezená betonová směs měla dobu tuhnutí dosti odlišnou – velice rychlou, a tím byla ohrožena kvalita povrchu železobetonové stavby. Po okamžitém zásahu hlavního technologa dodavatele betonu, který byl dosažitelný na telefonu 24 h denně celou dobu betonáže, došlo opět ke stabilizaci vlastností a chování čerstvého betonu a k uklidnění situace. Důležitým prvkem, který také pozitivně ovlivňoval průběh realizace, byly bohaté praktické zkušenosti vedoucích pracovníků realizační firmy, kteří se prakticky vyjadřovali k objednávání každé dávky betonu v závislosti na složitosti konstrukce a předpokládané rychlosti posunu a doporučovali množství přísad.


6/2009

M AT E R I Á LY A T E C H N O L O G I E M AT E R I A L S A N D T E C H N O L O G Y Tab. 4 Sledování vývoje tekutosti tří směsí v čase (rozliv cementového tmelu z kužele výšky 90 mm) Tab 4 Monitoring of development of consistency of 3 mixes in time Označení receptury teplota směsi [°C] 1 – se zpomalovačem rozliv (průměr koláče) [mm] teplota směsi [°C] 2 – základní rozliv (průměr koláče) [mm] teplota směsi [°C] 3 – s upravenými dávkami jemných příměsí rozliv (průměr koláče) [mm]

D O P R AVA

ČERSTVÉHO BETONU

N A M Í S T O U LO Ž E N Í

Jedna věc je beton navrhnout a vyrobit, ale neméně důležité je zajištění dopravy betonu od betonárky do bednících plechů posuvného bednění. Původně navržený systém objednávání mixu běžným způsobem s tím, že betonáž schodišťových věží měla prioritu pro dodávky, se ukázal vzhledem k obtížně odhadnutelným zpožděním u jiných zpracovatelů jako nedostačující, a teprve zavedením systému dvou stálých mixů určených pouze pro realizaci věží se dostala tato část dopravy do optimálního stavu. Zkušební krychle byly plněny přímo na betonárně a po příjezdu mixů na stavbu byla zkontrolována konzistence a beton mohl být dopraven pomocí betonového čerpadla a dvou distributorů betonu přímo do bednění. Po vyladění souběhu hlavního čerpadla na beton (Putzmeister BSA 2109 HD) s rezervním (Putzmeister BSA 1407 D-EH) byla činnost celé obsluhy bezchybná.

15 236 230 233 235 268 223

30 222 236 229 240 250 233

60 220 248 227 248 239 240

Doba zrání [min] 90 120 220 212 250 243 219 213 243 248 232 227 240 235

Z ÁV Ě R Sledoval–li nezúčastněný pozorovatel realizaci s pohledem na dodávku betonu, mohlo se mu to vše zdát velice jednoduché. Beton se plynule vyrábí a dováží, na stavbě je po kontrole dopravován přes čerpadlo a svislá potrubí do distributorů a odtud jde přímo do bednících plechů, kde je uložen a zvibrován. Zkušený odborník ale ví, že právě tato zdánlivá plynulost a jednoduchost je projevem a důsledkem pravé profesionality, kterou do této fáze výstavby vložili všichni realizátoři pod vedením hlavního dodavatele stavby. Je třeba připomenout, že během celé doby betonáže byli všichni odpovědní pracovníci neustále dosažitelní na telefonu nebo přímo na stavbě. Bez ohledu na své funkce byli k dispozici 24 h denně a operativně řešili všechny vzniklé problémy tak, aby se za několik hodin staly jen běžnými pracovními záležitostmi. Vím, že tento způsob nemůže být běžný u realizace všech staveb a jsem rád, že u této akce se toto podařilo uskutečnit.


6/2009

150 209 235 209 245 222 230

365 – – 207 220 – –

409 207 213 – – – –

Velice cenné praktické konzultace poskytli realizátorům odborníci pro beton Ing. Milada Mazurová, TBG Metrostav, Ing. Jiří Jelínek, Skanska Transbeton, a Ing. Vladimír Veselý, Betotech.

Investor Projekt Hlavní dodavatel stavby Subdodavatel Dodavatel betonu Čerpání betonu Smluvní konzultant

Elektrárna Ledvice – ČEZ Recoc Praha, s. r. o. Metrostav, a. s., divize 8 – Ing. Zeman, Ing. Špryňar, Ing. Vrbka Omega-Teplotechna Praha, a. s. — p. Flíbor, Ing. Šefčík, Ing. Ježek Sdružení CEMEX – ILLBAU – p. Fenyk, Ing. Dlouhý fa Aleš Caska Betonconsult, s. r. o. – Doc. Ing. Dohnálek, CSc, Ing. Tůma, Ph.D.

Ing. Bohumil Ježek Omega-Teplotechna Praha, a. s. Velehradská 26, 130 00 Praha tel.: 222 728 683 e-mail: [email protected], www.ot.cz

43



SPECIÁLNÍ

BETONY SPECIAL CONCRETES JAN JAŠEK Článek je zaměřen na problematiku výroby speciálních betonů chránících proti ionizujícímu záření od návrhu až po realizaci, vyzdvihuje důležitá hlediska, která je nutné při správném návrhu zohlednit, stejně tak i na co je třeba dbát při provádění. This article investigates production of special concretes protecting from ionizing radiation from design to construction. It highlights major aspects which should be assumed in correct design, and everything that should be considered during construction. Objev radioaktivity vedl velmi rychle k využití vlastností záření především pro léčebné účely (např. lineární urychlovače), později v oblasti výroby elektrické energie (jaderné reaktory v elektrárnách). Nesprávné postupy při práci se zdroji ionizujícího záření vedou k negativním účinkům na živé organizmy včetně lidské populace. Samostatnou oblastí využívání radioaktivních materiálů je jejich použití při výrobě zbraní hromadného ničení. VÝZNAM

O C H R A N Y P R OT I Ú Č I N K Ů M

IONIZUJÍCÍHO ZÁŘENÍ

Smyslem radiační ochrany je zabránit neplánovanému ozáření osob. Proti nežádoucím účinkům primárního a sekundárního ionizujícího záření jsou vyvíjeny různé druhy pasivní ochrany. Vhodný způsob ochrany vychází z charakteru ionizujícího záření a jeho parametrů. Od toho se potom odvozuje správný návrh stavební konstrukce z hlediska výběru vhodných materiálů pro výrobu betonů stínění, kombinace těchto materiálů a rozměry stavebních konstrukcí včetně správného dispozič-

– –

OCHRANA PROTI IONIZUJÍCÍMU ZÁŘENÍ PROTECTION FROM IONIZING RADIATION

ního řešení. Tyto konstrukce mají zeslabovat záření na takové hodnoty, které již nemají negativní vlivy na populaci. Povolené hodnoty jsou stanoveny hygienickými předpisy. N ÁV R H

STÍNÍCÍCH BETONOVÝCH

KONSTRUKCÍ

Obecně platí, že čím větší je objemová hmotnost materiálu, tím lepší jsou jeho stínící vlastnosti. S rostoucí objemovou hmotností materiálu však významně roste i jeho cena, jak bude dále uvedeno. Při návrhu stavební konstrukce, která má mít funkci ochrany proti působení ionizujícího záření, lze volit mezi vysokou objemovou hmotností materiálu nebo tloušťkou stavební konstrukce. Změna tloušťky stavební konstrukce vede celkově ke změně dispozičního řešení stavby, k zvětšení rozměrů celé stavby a následně ke zvýšení celkových nákladů na stavbu. Proto je potřeba provést důkladnou ekonomickou analýzu všech, z hlediska účinnosti vhodných, řešení. V řadě případů, kdy se konstrukce stínění buduje v rámci již existujícího objektu, případně rekonstrukce, jsou dispoziční možnosti omezené. V těchto případech zbývá pouze možnost použití speciálních betonů stínění s vysokou objemovou hmotností. V naší běžné praxi jsou betony stínění navrhovány a vyráběny v široké škále objemových hmotností od „normálního“ betonu 2 300 kg/m3, častěji však 2 600 až 4 000 kg/m3 (dále jen TB) až po extrémní 4 000 až 5 700 kg/m3 (dále jen ETB) (obr. 1). V některých případech je nutné řešit požadavky na vlastnosti betonů stínění i kombinací materiálů velmi těžkých s materiály velmi lehkými, často lehčími než voda. Výroba těchto betonů je náročná jak z hlediska dosažení vysoké objemové hmotnosti stavební konstrukce, tak především z hleObr. 1 ETB 5000 – zkušební těleso po zkoušce pevnosti v tlaku Fig. 1 Extremely heavy concrete ETB 5000 Obr. 2 TB 3000 čerpatelný Fig. 2 Heavy concrete TB 3000 possible to pump Obr. 3 TB 3000 v násypce čerpadla Fig. 3 Heavy concrete TB 3000 in the hopper of the pump Obr. 4 Extrémně těžký beton ETB 5500 Fig. 4 Extremely heavy concrete ETB 5500

1

44

Obr. 5 Extrémně těžký beton ETB 5700 Fig. 5 Extremely heavy concrete ETB 5700

diska technologického. Jiným řešením těchto konstrukcí je sendvičové uspořádání konstrukce, kde každá vrstva plní svoji specifickou funkci. Výhodou použití těžkých betonů oproti jiným materiálům je jejich snazší zpracování do potřebného tvaru stavební konstrukce, menší pracnost a nižší cena. Materiálové báze Pro výrobu speciálních betonů pro výrobu betonových konstrukcí stínění se používá řada materiálů počínaje běžným kamenivem až po speciální a drahé materiály. Výběr materiálu (složek betonu) je nutné řešit ve spolupráci s odborníkem, který je odpovědný za návrh konstrukce stínění. Jeho stanovisko k výběru vhodných materiálů a složení betonu je závazné. V oblastech Česka a Slovenska se pro výrobu speciálních těžkých betonů o objemové hmotnosti kolem 3 000 kg/m3 používá jako hlavní složka betonu např. barytové kamenivo. Tento materiál obsahuje vysoký podíl síranu barnatého, dodavatelem deklarovaná měrná hmotnost je minimálně 3 700 kg/m3. Těží se v Markušovcích na Slovensku a je upravován na frakce 0 až 4 mm, 0 až 8 mm a 6 až 30 mm. Hrubá frakce je použitelná problematicky, protože se jedná o širokou frakci, která bývá poměrně dost znečištěna jemnými částicemi. Jednání o lepším třídění na úzké frakce se až na jeden případ nesetkala s úspěchem. Cena materiálu je poměrně vysoká a činí kolem 130 EUR/t. Materiál na stejné bázi je také dovážen z Číny. Čistota tohoto materiálu je velmi vysoká (více než 90 % BaSO4), měrná hmotnost kolem 4 200 kg/m3. Cena je v důsledku vyšších dopravních nákladů poněkud vyšší než cena slovenského barytu. Dalším vhodným materiálem pro výrobu těžkých betonů jsou horniny s vysokým obsahem rud, především železné rudy. Tyto materiály jsou vhodné pro částečnou náhradu barytu, čímž lze dosáhnout mírného snížení materiálových nákladů na výrobu těžkých betonů. Vysoký obsah železa (Fe) může být v řadě realizací na závadu. Při působení ionizujícího záření o vyšších energiích (více než 6 MeV) může vysoký obsah železa v konstrukci způsobit vznik sekundárního gama záření. V takových případech je nutné řešit zpomalení rychlých neutronů dopadajících na atomy žele-


6/2009

M AT E R I Á LY A T E C H N O L O G I E M AT E R I A L S A N D T E C H N O L O G Y za speciální ochranou z materiálů obsahujících velké množství atomů vodíku (H). Takovou ochranou mohou být materiály obsahující velké množství chemicky vázané vody, např. serpentinit, limonit obsahující 10 až 12 % chemicky vázané vody nebo materiály bohaté na bor (B), jako je kolemanit a pandermit. Vhodnost těchto materiálů je potřeba posuzovat i z hlediska použití betonu v konkrétní konstrukci. Např. při výrobě speciálních betonů na stavbách jaderných elektráren byly u reaktorových šachet používány materiály, které jsou schopny „udržet“ chemicky vázanou vodu i při vysokých teplotách, čímž si beton zachovává svoje stínící vlastnosti. V těchto případech bylo použito např. serpentinitové kamenivo. Řada těžkých rud kovů je potenciálně vhodným materiálem pro výrobu těžkých betonů. Při výběru je nutné podrobně zkoumat jejich vlastnosti. Některé z nich mají při vyšším obsahu negativní vliv na tuhnutí a tvrdnutí betonu a také na výsledné vlastnosti betonu. Návrh složení ve vazbě na vlastnosti použitých materiálů Návrh složení speciálních betonů určených pro ochranu proti ionizujícímu záření musí velmi přísně řešit: • správný výběr materiálových vstupů, materiálové báze, • objemovou hmotnost betonu, • pevnostní charakteristiky betonu, • poměry mísení složek betonu z hlediska stability čerstvého betonu, • minimální smršťování betonu (zabránit vzniku trhlin v konstrukci), • modul pružnosti betonu (tehdy, je-li předepsán), • konzistenci betonu, • způsob výroby čerstvého betonu (výběr vhodného mísícího zařízení), • způsob primární dopravy, • způsob sekundární dopravy, • otázku tuhnutí a tvrdnutí betonu, • otázku vývinu hydratačního tepla, • volbu vhodných přísad do betonu, • postup ukládání betonu do konstrukce, • ošetřování betonu v konstrukci. Těžký beton dodávaný na stavbu musí mít dostatečnou rezervu v objemové hmotnosti. S tím je potřeba uvažovat již při samotném návrhu. Je nutné vzít v úvahu všechny vlivy, které negativně ovlivní kvalitu betonu během celého výrobního procesu včetně hutnění ve stavební konstrukci (kvalita a rovnoměrnost hutnění betonu v konstrukci je horší než v laboratorních

podmínkách). Výsledná objemová hmotnost je hodnocena ve vztahu k suchému vyzrálému betonu. Je nutné počítat se statistickým rozptylem hodnot měření objemové hmotnosti betonu v konstrukci. Předimenzováním betonu z hlediska objemové hmotnosti se nemusí vyřešit všechna úskalí kvality konstrukce. Dosažení požadovaných pevnostních charakteristik betonu nebývá většinou problémem. Třída pevnosti se obvykle pohybuje mezi C16/20 a C30/37. Vzhledem k vlastnostem vstupních materiálů a používané technologii bývají požadované pevnosti překračovány. Pokud je předepsán modul pružnosti, je nutno při návrhu postupovat velmi obezřetně, jelikož při použití kovových složek roste hodnota modulu pružnosti v tlaku výrazně. Vodní součinitel by měl být co nejnižší, stejně tak i obsah cementu a vody, tedy složek, které snižují objemovou hmotnost těžkého betonu a zvyšují náchylnost betonu ke smršťování. Konzistence čerstvého těžkého betonu má zásadní vliv na kvalitu celé konstrukce stínění. Při používání široké škály materiálů, které mají často zcela rozdílné vlastnosti, především měrnou hmotnost, nasákavost, kvalitu povrchu částic a podobně, je nutné zajistit maximální homogenitu těžkého betonu v celé konstrukci stínění (obr. 2 až 5). Při použití řídkých betonových směsí, byť aplikací účinných plastifikačních přísad, hrozí segregace těžších složek betonu. V konstrukci tak mohou vzniknout vrstvy betonu s nižší objemovou hmotností, kterými ionizující záření pronikne snadněji. Tím se celá konstrukce chránící proti ionizujícímu záření stane nevyhovující. Náprava takového stavu někdy není možná, nebo je neúměrně nákladná. Proto je potřeba těžký beton navrhovat tak, aby byl homogenní a dobře zpracovatelný bez velkého rizika znehodnocení konstrukce stínění. Od uvedených požadavků se odvíjí i výběr vhodného mísícího zařízení a způsob primární a sekundární dopravy. Pro betony o objemové hmotnosti do 3 900 kg/m3 je možno jako dopravní prostředek použít autodomíchávač a pro sekundární dopravu čerpadlo betonu (obr. 3, 6, 7). Čerpadlo betonu lze použít za předpokladu, že v betonu nejsou obsaženy hrubší kovové složky plniva. Při vyšších objemových hmotnostech se musí uvažovat o dopravě vanovými dopravníky a ukládce bádiemi (obr. 8 a 9). Při extrémně vysokých


6/2009

2 3

4 5

45



Obr. 6 TB 3500 čerpatelný Fig. 6 Heavy concrete TB 3500 possible to pump Obr. 7 TB 3000 v bednění před zhutněním Fig. 7 Heavy concrete TB 3000 in the formwork prior to compacting Obr. 8 Přeprava ETB do bednění badií Fig. 8 Transport of extra heavy concrete to the formwork Obr. 9 Násypka na ukládku ETB Fig. 9 Hopper for placing extremely heavy concrete Obr. 10 Radiační hutnoměr Fig. 10 Radiation density meter Obr. 11 Materiálové náklady na 1 m3 Fig. 11 Material costs per 1 m3 Obr. 12 Materiálové náklady na 1 t Fig. 12 Material costs per 1 t

6 7

objemových hmotnostech je vhodné vyrábět speciální betony přímo u betonované konstrukce. Výroba čerstvého těžkého betonu Ve výrobně speciálních těžkých betonů se klade zvýšený důraz především na: • výběr vhodného mísícího zařízení, které

10

9

11

46

Materiálové náklady [Kč/t]

Materiálové náklady [Kč/m3]

8

Objemová hmotnost betonu [kg/m3]

12

Objemová hmotnost betonu [kg/m3]


6/2009

&/

bude schopno dokonale homogenizovat těžkou betonovou směs různé konzistence a bude mít dostatečnou výrobní kapacitu, • oddělené skladování všech složek betonů na dokonale vyčištěných skládkách (každé sebemenší znečistění materiálu pro výrobu způsobí prudké zhoršení objemové hmotnosti a znehodnocení betonu, který již nemůže být do konstrukce uložen), • dokonalé vyčištění výrobního zařízení, provozních zásobníků, skipů, pasů – mísící zařízení nesmí být po čas betonáže speciálních betonů používáno k výrobě jiných směsí, • vybavení zásobníky s přesnými dávkovacími zařízeními v dostatečném počtu, • prostředky pro dopravu čerstvého betonu na stavbu, které musí být pod neustálou kontrolou z hlediska čistoty a celkové technologické kázně. Zpracování speciálních těžkých betonů v konstrukci Pro zpracování speciálních těžkých betonů v konstrukci platí podobná pravidla jako pro běžné betony. Je však třeba mít na paměti odlišné vlastnosti složek betonu, které jsou náchylnější k segregaci. Beton se musí ukládat ve vrstvách tloušťky maximálně 400 mm. Proces hutnění ponornými vibrátory je nezbytné neustále kontrolovat, aby byl beton dokonale zhutněn, ale aby nedošlo k rozvibrování směsi a k segregaci těžkých částic kameniva. Zásadně nesmí dojít ke vzniku jakékoli pracovní spáry, případně „hnízda“, které jsou nejsnadnějším místem pro prostup ionizujícího záření. KONTROL A KVALIT Y V rámci kontroly kvality je nutné zajistit především následující: • kvalitativní přejímku všech složek použitých pro výrobu betonu, především plniva, • kontrolu správného skladování složek ve výrobně betonu; je potřeba se řídit technologickým předpisem zpracovaným pro každou konkrétní stavební akci; požadavky na způsob skladování různých materiálových bází se mohou významně lišit; u kovových složek snadno dochází ke korozi, „srůstání“ zrn, a tím k znehodnocení materiálu, • každá dodávka těžkého betonu na stavbu musí být před odjezdem z výrobny zkontrolována především z hlediska konzistence a objemové hmotnosti čerstvého betonu,

• četnost kontrolních zkoušek mechanických vlastností betonu musí být v souladu s technologickým předpisem (obr. 1), • přejímka čerstvého těžkého betonu na stavbě se provádí u každé dodávky změřením objemové hmotnosti betonu radiačním hutnoměrem (obr. 10) před uložením do stavební konstrukce; v případě pochybností o kvalitě nesmí být beton uložen do bednění, • kontrola hutnění těžkého betonu v konstrukci se provádí v každé hutněné vrstvě radiačním hutnoměrem, • kontrola procesu výroby speciálních betonů probíhá formou autorského dozoru kontrolními zkouškami prováděnými akreditovanou zkušební laboratoří a pracovníky střediska radiační defektoskopie. EKONOMIKA Při výběru vhodných složek pro výrobu speciálních betonů je potřeba, kromě předepsané kvality, vzít v úvahu také hledisko ekonomické. Většina vstupních materiálů je poměrně drahá a navíc se dováží ze vzdálených zdrojů. Při návrhu těchto betonů je tedy ekonomické hledisko hned na druhém místě. Vhodnou kombinací materiálových vstupů lze ušetřit i desítky procent na materiálových nákladech. Pro ilustraci uvádím orientační grafickou závislost výše materiálových nákladů na objemové hmotnosti těžkého betonu (obr. 11 a 12). Z ÁV Ě R Návrh technologie speciálních konstrukcí ochrany proti účinkům ionizujícího záření – těžkých betonů, výběr vhodných materiálů, výroba betonu, zpracování ve stavební konstrukci a zajištění potřebné kvality konstrukce stínění vyžaduje mimořádnou péči. Většina výrobců betonů má jen velmi malé zkušenosti s výrobou těchto betonů a má tendenci podceňovat možná rizika. Pokud se tedy vyskytne požadavek na realizaci konstrukcí ochrany proti ionizujícímu záření, je vhodné se touto problematikou seriozně zabývat s velkým předstihem nebo se obrátit na firmu, která má s touto problematikou zkušenosti. Příspěvek na toto téma zazněl na konferenci Betón 2009 na Štrbském Plese (pozn. redakce) Ing. Jan Jašek Qualiform Slovakia, s. r. o. Pasienková 9D, 821 06 Bratislava tel.: 00420 602 724 792 email: [email protected]

/PWÁQSPHSBNZ QPEMF&VSPLËEÑ

WFS[F

&/ &/ &/ pWÕQPÀUZ[EÅ QBxFOÅ [¹LMBEÑBTUBCJMJUZ TWBIVQPEMFBLUV¹MOÅDI&VSPLËEÑ pBVUPNBUJDLÁTUBOPWFOÅ OFKOFQÐÅ[OJWÄKtÅDITPVÀJOJUFMÑ pWÕQPÀFUQPEMFWtFDIUÐÅO¹WSIPWÕDI QÐÅTUVQÑ pVWBxPW¹OÅLPNCJOBDÅWFTNZTMVOPSNZ QSP[BUÅxFOÅ pNPxOPTU[BEBUTPVÀJOJUFMFQPEMF MJCPWPMOÁ/¹SPEOÅQÐÅMPIZ

XXXGJOFD[

&/ &/ &/ &/ &/ pEJNFO[PW¹OÅCFUPOV PDFMJ EÐFWBQPEMF BLUV¹MOÅDI&VSPLËEÑ pBVUPNBUJDL¹HFOFSBDFLPNCJOBDÅQPEMF [BUÄxPWBDÅOPSNZ pNPxOPTU[BEBUTPVÀJOJUFMFQPEMF MJCPWPMOÁ/¹SPEOÅQÐÅMPIZ pQPTPV[FOÅMJCPWPMOÁIPUWBSV CFUPOPWÕDIBPDFMPWÕDIQSÑÐF[Ñ pQPTPV[FOÅQPx¹SOÅPEPMOPTUJ pQPTPV[FOÅ.4²J.41 NF[OÅTUBWOBQÄUÅ WCFUPOFDI p#FUPO%QPTPV[FOÅWtFDIWOJUÐOÅDI TJM WÀFUOÄLSPVDFOÅBtJLNÁIPTNZLV

civil engineering software

UFM GBY &NBJMIPUMJOF!GJOFD[

VĚDA

A VÝZKUM SCIENCE AND RESEARCH

NAVRHOVÁNÍ KONZOL S POUŽITÍM MODELŮ NÁHRADNÍ PŘÍHRADOVINY STRUT-AND-THIE MODELS FOR CORBEL DESIGN J I Ř Í Š M E J K A L , J A R O S L AV P R O C H Á Z K A Článek uvádí modely náhradní příhradoviny pro analýzu konzol a návrh jejich výztuže. Konzoly obecně mohou být krátké, dlouhé, přímo nebo nepřímo zatížené, případně přímo nebo nepřímo uložené. Modely náhradní příhradoviny jsou uvedeny pro všechny nejčastější typy konzol, a to s přihlédnutím k ČSN EN 1992-1-1 a DIN 1045-1. Na základě nelineárních analýz, praktických zkušeností a závěrů experimentů jsou pak uvedena doporučení pro návrh a vyztužení různých druhů konzol. The article introduces strut-and-tie models for the analysis of corbels and detailing of their reinforcement. The corbels in principle should be short and long, with direct and indirect load and direct and indirect supported. The strut-and-tie models are described for all frequent types of corbels with regard to ČSN EN 1992-1-1 and DIN 1045-1. Based on the non-linear analyses, experience and measurements, the recommendation for design and detailing of various types of corbels are given. K O N Z O LY Návrh konzol je častý problém, zejména u prefabrikovaných konstrukcí. K jejich návrhu byla vypracována řada postupů [1] až [7]. Návrhové modely vycházejí z principů modelování poruchových oblastí pomocí náhradní příhradoviny [8]. Z hlediska zatížení mohou být konzoly přímo nebo nepřímo zatížené (obr. 1a, b), z hlediska napojení na konstrukci přímo a nepřímo uložené (obr. 1c, d) a z hlediska jejich poměrného vyložení a/z konzoly mohou být krátké při a/z ≤ 0,5 nebo dlouhé při 0,5 < a/z ≤ 2, kde a je rameno vnější síly FEd a z je rameno vnitřních sil (obr. 1e, f). Při návrhu konzoly je velmi důležité rozlišovat místo působení zatížení. Principiálně jsou dvě možnosti způsobu zatížení. Prvním způsobem je přímé zatížení. Zatížení působí na horním povrchu konzoly a u přímo uložené konzoly se přenáší přímo do sloupu (obr. 1a). Druhým způsobem je nepřímé zatížení. U nepřímo zatížených konzol přímo uložených se např. část zatížení přenáší svislou taženou výztuží k hornímu líci konzoly a zbývající část přímo šikmou výztuží do sloupu (obr. 1b). Zatížení přenesené svislou výztuží k hornímu líci konzoly se dále přenáší do sloupu jako u krátkých nebo dlouhých konzol přímo zatížených. Základní model pro návrh konzoly přímo zatížené a přímo uložené podle ČSN EN 1992-1-1 [1] je uveden na obr. 2a. Zatížení z konzoly se přenáší hlavní tlačenou betonovou diagonálou do styčníku 1 při okraji sloupu a tahovou vodorovnou výztuží přímo do sloupu. V předpisech [2], [3], [5] a [7] je předepsáno uvažovat u každé konzoly minimální vodorovnou sílu HEd = 0,2 FEd. V [1] není tato vodorovná síla blíže specifikována a záleží tedy na uvážení statika, jaké síly bude při návrhu uvažovat. Doporučuje se uvažovat minimální hodnotu vodorovné síly HEd = 0,2 FEd. Vliv vodorovné síly HEd se projevuje především ve zvětšeném množství hlavní tahové výztuže. Dále se dopo48

ručuje počítat s excentricitou e zatížení FEd (obr. 5), která může vzniknout jako důsledek výrobních a montážních tolerancí. Jak bylo uvedeno, pro přenos zatížení z konzoly do sloupu je důležitý poměr ramen vnější síly a a vnitřních sil z. Vzhledem k tomu, že při začátku návrhu nejsou známé délky ramen vnitřních a vnějších sil, některé předpisy uvádějí jiná rozhraní mezi krátkou a dlouhou konzolou. V ČSN EN 1992-1-1 [1] je např. rozhraní uvažováno hodnotou ac/hc ≤ 0,5, kde ac je vzdálenost břemene FEd od líce sloupu a hc je celková výška konzoly (obr. 2a, b). Rozhraní mezi krátkou a dlouhou konzolou je důležité především pro stanovení konstrukční svislé a vodorovné výztuže. Přesnější je tedy uvažovat poměr ramen vnějších a vnitřních sil, jak je uvedeno. Pokud platí: • a/z ≤ 0,5 – hovoříme o krátké konzole a zatížení se přenáší přímo šikmou diagonálou do sloupu, • 0,5 < a/z ≤ 2 – jedná se o dlouhou konzolu a zatížení se přenáší nejen diagonálou, ale i vloženou příhradovinou (obr. 3), • a/z > 2 – řešíme konzolu jako nosník a oblast jeho uložení řešíme jako rámový roh. Nejjednodušší model náhradní příhradoviny je pro krátké přímo zatížené konzoly (obr. 2b). Návrh vnitřních sil vychází z podmínky rovnováhy ve styčníku 1 ve svislém směru. Odtud stanovíme šířku tlačené oblasti x1 od kraje sloupu. Z momentové rovnováhy ve styčníku 1 stanovíme výšku tlačené oblasti y1. V dalším stanovíme rameno vnitřních sil z a rameno vnějších sil a. Z jejich poměru dopočteme sklon tlačené diagonály θ. Hlavní tahovou sílu stanovíme z rovnováhy ve vodorovném směru ve styčníku 2, z rovnováhy ve svislém směru stanovíme pak tlakovou sílu v betonové diagonále. Pro velmi krátké konzoly s úhlem θ ≥ 68° uvažujeme ve výpočtu vnitřních sil s úhlem θ = 68°. V místě průniku tlačené diagonály s rovinou vnějšího líce sloupu se předpokládá částečné opření. Dále je zatížení přenášeno svisle do dalšího styčníku, kde nastává odklon pod stejným úhlem θ = 68° do místa uložení – styčníku 1. Hranice pro velmi krátkou konzolu odpovídá kritériu v ČSN EN 1992-1-1 [1] pro maximální redukci posouvající síly β = 0,25. Podle výsledků analýzy programem ATENA 2D je patrné, že svislá výztuž na velmi krátkých konzolách je velmi málo využita. Vodorovná výztuž je nutná především pro zachycení příčných tahů vznikajících v betonové vzpěře. Návrh dlouhé konzoly zůstává v principu stejný jako návrh krátké konzoly. Navíc oproti návrhu krátké konzoly je nutné se soustředit na návrh svislých třmínků v oblasti mezi lícem sloupu a vnitřním lícem styčné – ložiskové desky. Rozhodující pro posouzení svislé výztuže je opět poměr ramene vnějších sil a a vnitřních sil z. Pro dlouhé konzoly se předpokládá částečné vynášení svislého zatížení nepřímo – vloženou příhradovinou. Posouzení vloženého svislého táhla – svislých třmínků vychází z řešení modelu náhradní příhradoviny podle obr. 3 a obr. 15a-c v [8]. Soustava náhradní příhradoviny je staticky neurčitá. Velikost rozdělení zatížení mezi diagonálu a vloženou příhradu závisí na tuhostním poměru obou částečných staticky určitých soustav


6/2009

VĚDA SCIENCE

43R

AND

O

63R

O h

63R 43R

1

O

111

P

Q

R

S

2a

Od 43R 4b

2

43R

Q

11B

4b

4Qg

Q

43R

63R 11B

Q 4Q

11B

Q 43R

4Q Oe

11B

3b

uvedených na obr. 3. Při návrhu můžeme postupovat podle ČSN EN 1992-1-1[1] jako u krátké konzoly a tahovou sílu stanovíme pomocí součinitele β. Tahovou sílu můžeme stanovit i přímo z modelu náhradní příhradoviny na obr. 3. Vyjdeme z předpokladu, že Ft2 = 0, pokud a = z/2 a Ft2 = FEd, pokud a = 2z. Dále předpokládáme vyjádření síly Ft2 jako lineární funkce délky ramene a ve tvaru Ft2 = X1a + X2. Po dosazení výše uvedených okrajových podmínek dostaneme řešení ve tvaru: ⎛4 ⎞ ⎛ O ⎞ 4 4b = ⎜ 3R ⎟ O − 3R = ⎜ − ⎟ 43R ! !⎝ h !⎝ h ⎠ ⎠ U zavěšené (nepřímo uložené) konzoly např. do průvlaku (obr. 1d) se jedná o oblast vlastní konzoly a o přenesení zatížení z konzoly do těžiště průřezu průvlaku. Problematice nepřímo uložených konzol bude věnováno další pokračování seriálu poruchových oblastí. BETON • TECHNOLOGIE • KONSTRUKCE • SANACE

Od O

2c

43R O %#Od 43R 43R

4Q

Q

Od OQ

4Q!

4Q

4Qg

f

]PZOab \Sa^]XWb]abW

f

63R

4Q!

3a

43R 43R

h R

h R VQ 4Qf+43R

g

2b

O

g

2

6

"

4Qg

Pf

4Q

111 4 Q

%V Rb

B

4Qg

T

OO

63R

4b

Od OQ

O h

P ST

63R h R VQ

#

43R

O

2

h

O h #

11B

43R

O

Q

A VÝZKUM RESEARCH

6/2009

Obr. 1 Základní typy kozol, a) přímo zatížené, b) nepřímo zatížené, c) přímo uložené, d) nepřímo uložené, e) krátké konzoly, f) dlouhé konzoly Fig. 1 Basic corbel types, a) corbel with direct load, b) corbel with indirect load, c) direct supported corbel, d) indirect supported corbel, e) short corbel, f) long corbel Obr. 2 Konzola, a) označení rozměrů, b) základní model náhradní příhradoviny podle ČSN EN 1992-1-1 [1], c) styčník 1 konzoly – přímo uložená konzola Fig. 2 Corbel, a) description of dimensions, b) basic strut-and-tie model according to ČSN EN 1992-1-1 [1], c) corbel node 1 – direct supported corbel Obr. 3 Model dlouhé konzoly podle DIN 1045-1 [5], metoda prof. Reinecka [2], a) přímý přenos zatížení, b) nepřímý přenos zatížení Fig. 3 STM for long corbel according DIN 1045-1 [5], prof. Reineck’s method [2], a) direct load transmission, b) indirect load transmission

49

VĚDA


P O S T U P N Á V R H U K O N Z O LY P O D L E Č S N E N 19 9 2 - 1- 1 • Šířka tlačené oblasti ve sloupu (obr. 2b)

bÂ[\YgOd]R]`]d\tdÝhbcÐY]\h]Zg bdO`]d{^`cbg

dÝhbcÐaZ]c^c

[ÂS\Y]bSd\ R{ZYga[gxSY ZPR dWhvA<

abgx\t RSaYO Z]ÐWaY]

f =

P P

O = OQ + # f +

6 3R

43R • Výška tlačené oblasti

adWaZ{bÂ[\Yg O

(1)

σ @R[Of P

U přímo uložené konzoly se jedná o styčník CCC (obr. 2c). Únosnost betonu v tlaku σRd,max ([8] vztah 5) je definována vztahem σRd,max = 1,0 ν’ fcd. U nepřímo uložené konzoly se jedná o styčník CCT. Únosnost betonu v tlaku σRd,max ([8] vztah 6) je definována vztahem σRd,max = 0,85 ν’ fcd. • Rameno vnější síly

Q\][ VZOd\bOV]dt dÝhbcÐµa[gxYg Od

43R

(2)

( R ʹ + Δ V)

(

g = R − R − f O + 6 3R 43R ( R ʹ + Δ V)

Q\][

O

)

(3)

• Rameno vnitřních sil

4

z = d – 0,5y1

(4)

• Tahová síla při horním líci konzoly 43R

OQ Od

4b = 43R

S

Rb

Q\][

• Kontrola zakotvení tahové výztuže při horním líci konzoly. Horní tahovou výztuž obvykle navrhujeme ve tvaru smyček. Délku jejich zakotvení uvažujeme od vnitřního líce styčné –

5

4e43R

4e43R 4eaZO^`]\td`VadWaZ{dÝhbcÐS

&

Y`tbYtY]\h]ZO ^]RZS6STb# #

'

(6)

U dlouhé konzoly se síla rozdělí do dvou diagonál (obr. 3) nebo také ([8] obr. 15a-c). • Napětí v betonu pod styčnou deskou 4 6 σ Q = 3R ) τ = 3R (7) /RSaYg /RSaYg

h R

2 11B

(5)

+ 6 3R

Fc = FEd / sin θ

%V "#

4Q

h

• Síla v betonové diagonální vzpěře

63R

4b

O

Y`tbYtY]\h]ZO ^]RZS96@SW\SQY OvA<3<''

'

6STb# #

%

4eaZO^`]\td`Vd]R]`]d\{dÝhbcÐS

&

Y`tbYtY]\h]ZO ^]RZS96@SW\SQY OvA<3<''

%

Y`tbYtY]\h]ZO ^]RZS6STb# #

$

!

RZ]cVtY]\h]ZO ^]RZS96@SW\SQY OvA<3<''

+ +

#

6

#

# #

!

vA<3<''

Y]\h]Z]dÝ \]a\Y

50

6S Tb

"

6a

6

#

6S Tb

vA <

3<

"

96 @

'

'

SW\

SQ

Y

#

RZ]cVtY]\h]ZO ^]RZS6STb# #

4

$

#

#

O h

6b

#

#


O h

6/2009

VĚDA SCIENCE

ložiskové desky (obr. 4). Pro výpočet délky zakotvení je rozhodující vnitřní poloměr zakřivení smyčky podle [1] (vztah 8.1). • Stanovení svislé výztuže konzoly Asv = β FEd / fyd ,

(8)

kde β = av / 2d nejméně však β = 0,25. Svislá výztuž se umístí do oblasti 0,75 av podle obr. 7. • Doplnění konstrukční ortogonální výztuže pro zachycení vznikajících příčných tahů v tlačené betonové vzpěře ([8] vztah 4). Ortogonální výztuž, svislé a vodorovné třmínky, není kolmá na směr rozvíjejících se podélných trhlin v tlačené diagonále. Proto je vhodné množství výztuže v každém směru zvětšit o 20 % [6]. • Překontrolování geometrie modelu náhradní příhradoviny s konkrétním vyztužením a případné nové posouzení navržené výztuže. P R I N C I P Y V Y Z T U Ž E N Í K O N Z O LY U krátkých konzol je nutné konstrukční vyztužení především vodorovnou výztuží, u dlouhých konzol je nutné především vyztužení svislými třmínky (obr. 5, 6 a 7). Pro vyztužení konzoly platí následující zásady: • maximálně dvě vrstvy horní tahové výztuže (obr. 5), • větší průměr zakřivení smyček hlavní tahové výztuže, • minimálně dva podélné vodorovné třmínky o průměru 6 nebo 8 mm, plocha třmínků u krátkých konzol by měla být větší než 25 % [1] a až 50 % [7] hlavní tahové výztuže (obr. 7). Přitom vodorovné třmínky jsou umístěny obvykle jako třmínky sloupu první od vnějšího líce prvku. • minimálně tři svislé třmínky o průměru 6 nebo 8 mm, u dlou-

]PZOab^`]adWaZ]c a[gY]d]cdÝhbcÐ

%#Od

Od

63R d]R]`]d\tdÝhbcÐ ^`]hOQVgQS\ ^Âx\ÝQVbOV×

7

A VÝZKUM RESEARCH

hých konzol by měly svislé třmínky přenést minimálně sílu 0,5 FEd [1] až 0,7 FEd [7] (obr. 4 a 7). Svislé třmínky jsou obvykle umístěny jako druhé od líce sloupu v úrovni s podélnou výztuží sloupu. • používat betonářskou výztuž duktility B, • zhustit třmínky sloupu pod a nad konzolou, podélnou výztuž sloupu nestykovat v oblasti napojení konzoly na sloup, • lze použít i speciální výztuž pro konzoly při respektování stavebně technického osvědčení a národních specifikací ČSN EN 1992-1-1 [1] (obr. 9), • styčná – roznášecí plocha desky nesmí přesahovat obrys výztuže konzoly při uvažování roznášení zatížení pod úhlem 45° (obr. 4 a 5). N Á V R H K O N Z O LY P O D L E J I N Ý C H P Ř E D P I S Ů Další návrhové metody vycházejí z německých předpisů DIN 1045-1 [5] a z řady předchozích metod. V současné době jsou nejčastějšími návrhová metoda podle Heft 525 [7] a podle K. H. Reinecka [2]. Obě metody vycházejí z modelů náhradní příhradoviny. Základem pro posuzování je však DIN 1045-1 [5], která je částečně odlišná od ČSN EN 1992-1-1 [1], a to nejen v NA parametrech. Použití těchto metod je dále vázáno na stanovení zatížení v souladu s DIN 1055-100. Např. není možná redukce stálého zatížení v rámci návrhové kombinace 6.10b podle ČSN EN 1990. Pro další výpočty platí na rozdíl od ČSN EN 1992-1-1 [1] následující pevnosti betonu. • Pevnost betonu s víceosým tlakem je podle DIN 1054-1 (změna 2008)

σRd,max = 1,1 η1 fcd Obr. 4 Principy vyztužení konzoly – hlavní tahová výztuž Fig. 4 Corbel detailing – main tension reinforcement

43R

adWaZtdÝhbcÐ ^`]hOQVgQS\ ^Âx\ÝQVbOV×

AND

bg^WQYÝ^`×PV ^]`cQV]d{b`VZW\g

8a BETON • TECHNOLOGIE • KONSTRUKCE • SANACE

Obr. 5 Styčník 2 konzoly Fig. 5 Corbel node 2 Obr. 6 Srovnání množství a) svislé, b) vodorovné výztuže konzoly podle různých návrhových metod Fig. 6 Comparison of a) vertical stirrups, b) horizontal reinforcement according to various design methods Obr. 7 Principy vyztužení konzoly – svislá a vodorovná výztuž Fig. 7 Corbel detailing – vertical and horizontal reinforcement Obr. 8 Speciální smykové trny pro konzoly Fig. 8 Special shear reinforcement for corbels

8b 6/2009

51

VĚDA


• Pevnost betonu pro betonové tlačené pruty v tlačených oblastech s trhlinami

σRd,max = 0,75 η1 fcd , kde součinitel η1 je pro normální betony roven 1, pro lehčené betony jsou hodnoty uvedeny v DIN 1045-1 [5]. Posouzení konzoly podle Heft 430 [6] a DIN 1045-1 [5] Předpis rozděluje konzoly opět na krátké a dlouhé, kritérium rozdělení je mírně odlišené. Krátké konzoly jsou ac/z < 0,5 a dlouhé konzoly jsou pro ac/z ≥ 0,5 • Šířka tlačené oblasti ve styčníku 1 je x1 = FEd / (0,6 fcd)

Posouzení konzoly podle Heft 525 [7] a DIN 1045-1 [5] Metoda podle DAfStb Heft 525 [7] vychází z modelu příhradové analogie podle obr. 3. Na rozdíl od metody podle ČSN EN 1992-1-1 zavádí jinou podmínku maximálního zatížení konzoly. Pro maximální posouvající sílu na konzole platí VEd = FEd ≤ VRd,max = 0,5 ν b z fcd, ⎛ T ⎞ kde ν s ⎜ % − QY ⎟ s # . ⎠ ⎝ • Hlavní tahová síla Ft se stanoví podle vztahu OQ

O6 + h

, h h kde aH je vzdálenost působiště vodorovné síly od těžiště hlavní tažené výztuže (měřeno ve svislém směru), zo poloha tlačeného ⎛ D ⎞ pasu, která se vyjádří podle h = R ⎜⎜− " 3R ⎟⎟ , přičemž D@R[Of⎠ ⎝ musí platit ac/z0 ≤ 0,40. • Pro krátkou konzolu ac ≤ 0,5hc a pokud platí FEd > 0,3VRd,max, se navrhnou uzavřené vodorovné třmínky o minimální ploše rovné 50 % plochy hlavní tahové výztuže. • Pro dlouhou konzolu ac > 0,5hc a pokud platí FEd ≥ VRd,ct, se navrhnout uzavřené svislé třmínky na přenos celkové síly Fwd = 0,7 FEd, kde VRd,ct se stanoví jako podle [1] s použitím německých národních parametrů. + 6 3R

Posouzení konzoly podle K. H. Reinecka [2] a DIN 1045-1 [5] Metoda posouzení konzoly podle prof. K. H. Reinecka odpovídá metodě náhradní příhradoviny podle ČSN EN 1992-1-1 [1]. Ve výpočtu jsou uvažovány pouze jiné únosnosti betonu v tlače52

⎛ T ⎞ g ⎜− QY ⎟ ≤ "R # ⎠ ⎝ • Pro krátké konzoly (a ≤ 0,5z) lze vyjádřit vznikající vodorovnou sílu dle vztahu: Fwd = 0,2 Ft

• Rameno vnější síly FEd je a = ac + x1/2. • Z momentu ve vetknutí se vyjádří hlavní tahová síla Ft, na kterou se navrhne hlavní tahová výztuž. ⎛ ⎛V ⎞ V ⎞ ; = −43RO − 6 3R ⎜Δ V + Q ⎟ = 4b ⎜ Q − R ʹ ⎟ ⎝ ⎠ ⎝ ⎠ • Pro krátké konzoly se navrhne vodorovná výztuž na sílu Fwd = FEd z1/z tanθ, kde z = 0,95d a z1 je rameno vnitřních sil. • Pro dlouhé konzoly se navrhnou svislé třmínky na sílu ⎛O ⎞ 4eR = 43R ⎜ Q bO\ θ ⎟ ⎝ h ⎠

4b = 43R

ných pásech, které vyplývají z národních parametrů pro soustavu norem DIN (Německo). Postupuje se jako při návrhu podle ČSN EN 1992-1-1 [1]. Odlišnosti jsou především ve stanovení vodorovné a svislé výztuže třmínkové. Maximální výška tlačené oblasti musí navíc splňovat podmínku dostatečné duktility konstrukce, která je vyjádřena výrazem:

• Pro dlouhé konzoly (0,5z > a ≥ 2z) se tahová síla ve svislých třmíncích vyjádří ze vztahu: ⎛ O ⎞ 4eR = ⎜ − ⎟ 43R . !⎝ h ⎠ Odtud se vypočte nutná plocha výztuže /ae =

4eR TgR

s # /h .

S V I S L Á A V O D O R O V N Á V Ý Z T U Ž K O N Z O LY Při návrhu konzoly nelze jednoznačně stanovit rozhraní mezi krátkou konzolou a dlouhou konzolou. Každá metodika má jiné kritérium pro stanovení rozhraní mezi krátkou a dlouhou konzolou. Pro krátkou konzolu je rozhodující pro zachycení příčných tahů ze strmé betonové diagonály především vodorovná výztuž. Pro dlouhé konzoly je rozhodující svislá třmínková výztuž. Při výpočtu podle ČSN EN 1992-1-1 [1] je nutné navrhovat vodorovnou i svislou výztuž podle vznikajících příčných tahů nezávisle na rozdělení konzol na krátké a dlouhé. To vede k plynulému vyztužení v celém rozsahu konzol od velmi krátké po dlouhou na rozdíl od předpisů vycházejících z DIN 1045-1 [5]. Plynulý přechod mezi krátkou a dlouhou konzolou je optimálním řešením i přes to, že u krátkých a velmi krátkých konzol je svislá výztuž málo účinná. Konstrukční vodorovná výztuž je naopak účinná i u dlouhých konzol. U krátkých konzol je nutné svislé třmínky navrhnout na sílu β FEd a svislou složku síly 2T zachycující příčné tahy v tlačené betonové diagonále [8]. Vzhledem k malé využitelnosti svislé výztuže u krátkých konzol postačuje navrhnout svislé třmínky na větší z hodnot β FEd a 2T. Srovnání metod z hlediska svislé a vodorovné výztuže (nikoliv hlavní tahové výztuže při horním líci konzoly) je provedeno na obr. 6a, b. Hlavní tahová výztuž při horním líci konzoly je přibližně stejná u všech uvedených návrhových metod. Speciální výztuž pro konzoly Použití speciální tahové výztuže (obr. 8) ve formě trnů s kovanými hlavicemi je možné pouze v souladu s příslušným stavebně technickým osvědčením, např. Z-15,6-204 z 2. 11. 2007. Metoda vychází z modelu příhradové analogie podle DAfStb Heft 425. Návrh nosného systému konzoly se sloupem je nutné provádět dle jednoho předpisu například podle ČSN EN 1992-1-1 [1]. Při použití smykových trnů je nutné v návrhu zohlednit rozdíly v návrhových postupech a v národních parametrech.


6/2009

VĚDA SCIENCE

Z ÁV Ě R Konzoly na sloupech představují z hlediska bezpečnosti a spolehlivosti konstrukce velmi významný prvek. Proto je nutné jejich návrhu věnovat maximální pozornost. Na dokumentaci pro konzoly je nutné uvádět všechny závazné parametry a předpoklady, které jsou při návrhu použity. Velmi vhodné je například uvádět nejen betonové krytí výztuže, ale i maximální toleranci v uložení rozhodující výztuže – maximální betonové krytí. Pro správný návrh je dobré znát i výrobní postup realizace prefabrikátu s konzolou. Při návrhu konzoly je nutné po dokončení výpočtu a nakreslení výztuže ověřit předpokládanou geometrii modelu náhradní příhradoviny. Vzhledem k tomu, že při prvním návrhu se dá velmi špatně dostatečně přesně odhadnout všechny veličiny, které ovlivňují geometrii modelu, je obvykle nutné provést nové posouzení s upřesněnou geometrií modelu. Tento příspěvek vznikl za podpory grantu GAČR 103/08/1533. Ing. Jiří Šmejkal, CSc. ŠPS statická kancelář, Lísková 10, 312 16 Plzeň tel.: 739 613 929, mob.: 777 241 470, e-mail: [email protected] Prof. Ing. Jaroslav Procházka, CSc. Odborná společnost pro vědu, výzkum a poradenství ČSSI Komornická 15, 160 00 Praha 6 tel.: 222 938 907, mob.: 602 825 789, e-mail: [email protected]

AND

A VÝZKUM RESEARCH

Literatura: [1] ČSN EN 1992-1-1 Navrhování betonových konstrukcíČást 1-1: Obecná providla a pravidla pro pozemní stavby. ČNI 2006 [2] Reineck K. H.: Modellierung der D-Bereiche von Fertigteilen. BetonKalender 2005, Ernst & Sohn, A Wiley Company, 2005. ISBN 3-433-01670-4 [3] Hottmann U. H., Schäfer K.: DAfStb Heft 459 Bemessung von Stahlbetonbalken und Wandscheiben mit Öffnungen. Beuth Verlag GmbH, Berlin 1996 [4] Narayanan, R., S.: Eurocode 2, Worked Examplex, Camberlay, 5/2008 [5] DIN 1045-1 (8/2008) Tragwerke aus Beton, Stahlbeton und Spannbeton – Teil 1: Bemessung und Konstruktion, DIN Deutsches Institut für Normung s. V. Beuth Verlag GmbH, Berlin [6] DAfStb Heft 430 Beuth Verlag GmbH, Berlin, 2002 [7] DAfStb Heft 525 Beuth Verlag GmbH, Berlin, září 2003 [8] Šmejkal J., Procházka J.: Navrhování s použitím modelů náhradní příhradoviny, Beton TKS 5/2009, str. 80–85 [9] Bachmann H., Steinie A., Hahn V.: Bauen mit Betonfertigteilen im Hochbau. BetonKalender 2009, Ernst & Sohn, A Wiley Company, 2009, ISBN 978-3-433-01854-5

TH I N K I N G A R C H I T E C T U R E Peter Zumthor K postavení budovy opravdu pro žití je třeba myslet trochu dál než jen na její vzhled a konstrukce. Ve svých textech vyjadřuje přední švýcarský architekt Peter Zumthor své podněty a pohnutky, které ho vedou při práci nad nějakým návrhem, mnoha způsoby ovlivňují jeho cítění, vnímání a chápaní a zmocňují se tak jeho přítomnosti i osobnosti. Předkládaný soubor esejů je oproti svému prvnímu vydání, které vyšlo před pár lety, nově rozšířen o tři další: Má krása formu?, Kouzlo opravdovosti a Světlo v krajině. Kniha svěže ilustrovaná barevnými fotografiemi Laury Padgett z nového domu a studia Petera Zumthora v Haldensteinu dostala novou typografickou úpravu od Hannele Gronlund. Peter Zumthor Thinking Architecture 2. rozšířené vydání 96 stran, 16 barevných ilustrací 14 x 23 cm, plátěná vazba CHF 49,90/ EUR 29,90 (bez DPH) ISBN 978-3-7643-7497-6 anglicky © 2009 Birkhauser www.birkhauser.com


6/2009

53

VĚDA


NÁVRH

ŠTÍHLÉHO SLOUPU METODOU GLOBÁLNÍHO SOUČINITELE DESIGN OF A SLENDER COLUMN BY THE METHOD OF A GLOBAL COEFFICIENT P AV E L M A R E K Na jednoduchém příkladě nosného rámu jsou ukázány výhody použití alternativního způsobu návrhu štíhlého sloupu metodou globálního součinitele únosnosti, který norma ČSN EN 1990 umožňuje. Je ukázán postup návrhu výztuže a posouzení únosnosti sloupu. Autor v článku vychází ze závěrů své disertační práce. The advantage of the application of the global coefficient method of a resistance during design of a slender column, allowed by code ČSN EN 1990 is presented on a simple example of bearing frame. A process of reinforcement detailing is shown and further, a proof of column resistance is carried out. In the article, the author comes out of the results of his thesis. Výsledky vnitřních sil, deformací, a tedy i účinků druhého řádu u nosných prvků jsou závislé na hodnotách součinitelů spolehlivosti uvažovaných ve výpočetních modelech a také na výstižnosti použitých modelů základních veličin. Pro splnění návrhových kritérií mezního stavu únosnosti se dnes obvykle pro lineární i nelineární analýzu používá metoda dílčích součinitelů. Ukazuje se, že návrh štíhlého prvku je, i přes použití přesného nelineárního modelu, v důsledku redukce pevnosti a tuhosti dílčími součiniteli příliš konzervativní. Pokud se použijí pro stanovení únosnosti štíhlého prvku návrhové hodnoty materiálových vlastností, dojde u takového prvku k vyčerpání jeho únosnosti vlivem ohybových momentů druhého řádu dříve, než by odpovídalo požadované úrovni spolehlivosti (směrnému indexu spolehlivosti), na kterou byly dílčí součinitele kalibrovány. Z tohoto důvodu norma DIN 1045-1 (2001) [4] a Eurokód ČSN EN 1992-2 (2005) [3] uvádějí jako alternativu nelineární analýzu, pro kterou se požadované spolehlivosti v únosnosti konstrukce dosahuje na základě globálního součinitele únosnosti, který zajišťuje relativně konstantní průběh spolehlivosti podél celé konstrukce. Podle metody globálního součinitele se nejprve stanoví únosnost prvku na základě reálných (průměrných) materiálových vlastností a následně se hodnota únosnosti redukuje jedním globálním součinitelem únosnosti. Návrhové 1

účinky zatížení se stanoví obvyklým postupem – metodou dílčích součinitelů. Tento článek se opírá o vybrané výsledky disertační práce autora článku [6] zaměřené na analýzu spolehlivosti štíhlých tlačených prvků na základě pravděpodobnostních metod teorie spolehlivosti a zásad Eurokódů ČSN EN 1990 [1] a ČSN EN 1992-2 [3]. Práce obsahuje obsáhlé porovnání interakčních diagramů podle jednotlivých metod pro stanovení účinků druhého řádu (metody zjednodušené vs. metoda obecná). Ukazuje se, že výsledky metody jmenovité křivosti velmi dobře vystihují reálné chování tlačených prvků a pokud nejsou zcela srovnatelné, pak jsou prakticky vždy na bezpečné straně. Je proto možné použít globální součinitele únosnosti i pro stanovení návrhové únosnosti prvků, u nichž byly účinky druhého řádu řešeny touto zjednodušenou metodou. Je třeba poznamenat, že použití metody globálního součinitele ve spojení se zjednodušenými metodami není podle ČSN EN 1992-1-1 [2] připuštěno, výsledky z disertační práce tuto možnost však nabízí. Globální součinitele únosnosti byly vyhodnoceny na základě uvážení vlivu materiálových a geometrických parametrů štíhlého prvku na jeho spolehlivost. K tomuto účelu byl použit generátor náhodných hodnot, který generoval vlastnosti podle odpovídajících pravděpodobnostních rozdělení základních veličin a podle jejich vzájemné závislosti. Soubor náhodných základních veličin následně vstupoval do nelineárního jednodimenzionálního řešiče konečných prvků. Vyhodnocením hodnot únosností se stanovil rozptyl a následně globální součinitel. Více viz [6]. Příklad uvedený v tomto příspěvku se detailněji zaměří na praktické uplatnění kalibrovaných globálních součinitelů. Rozdíly mezi metodou jmenovité křivosti s metodou dílčích součinitelů a s metodou globálního součinitele budou ilustrovány na příkladě integrovaného sloupu v rámové nosné konstrukci. PŘÍKLAD Nadimenzujte výztuž vnitřního sloupu rámové konstrukce, který je čtvercového průřezu o straně 0,5 m. Rozměry konstrukce jsou uvedeny na příčném řezu – obr. 1. Konstrukce je z betonu třídy C30/37 a výztuže B500 B. Osové krytí podélné výztuže se uva2

Obr. 1 Statické schéma nosného rámu s vyznačením vnitřních sil analyzovaného sloupu Fig. 1 Scheme of the load-bearing frame with internal forces Obr. 2 Schéma průřezu sloupu Fig. 2 Scheme of the column cross-section

54


6/2009

VĚDA SCIENCE

žuje 35 mm. V podélném směru je konstrukce ztužena betonovými stěnami. Výpočet výztuže sloupu Nejprve se stanoví účinná výška l0 na základě tuhostí v uložení plně vetknutého sloupu:

⎪⎧ Y Y ⎛ Y ⎞ ⎛ Y Z = Z ⋅[Of ⎨ + ) ⎜+ ⎟ ⋅ ⎜+ Y + Y ⎝ + Y ⎠ ⎝ + Y ⎪⎩

⎞⎪⎫ ⎟⎬ , (1) ⎠⎪⎭

kde součinitel k1 se stanoví jako

Y = =

Σ 3 Q[ ⋅ ZQ ZQ Σ 3 Q[ ⋅ α ⋅ Z P Z P

/a

TgR

⋅ !! ⋅ ' ⋅⋅ !! ⋅ −

−< 3R − λ P f TQR

(9)

TgR

(10)

kde MEd0 představuje ekvivalentní koncový moment od účinků prvního řádu:

;3R = $; +"; > "; ) ;3R = IY<[K (11) a další dílčí momenty ve vztahu (10) se stanoví jako

; W = < SW = < θ W

⋅ !! ⋅ ' ⋅ # & ⋅ −! %

=

;3R = ;3R + ;W + ; h

= (2)

= !"'

⎧⎪ !"' ⋅ Z = %⋅[Of ⎨ + ⋅ ) !"' + ⎪⎩

; = <S = < = < 9 ` 9ϕ

Z

= < θ α V α [

Z

= < 9 ` 9ϕ

` ε gR Z

Z

Z `

(12)

= (13)

"# R

a kde pro součinitele Kr a Kφ lze zapsat:

9` =

⎛ !"' ⎞ ⎛ ⎞⎫⎪ + ⋅ + ⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎬ = '% # I[K (4) ⎝ + !"' ⎠ ⎝ + ⎠⎭⎪

ξbal,1 < x < h/λ .

(5)

Podrobněji se tomuto tématu věnuje např. příručka Navrhování betonových konstrukcí [5]. Účinek zatížení pak v takovém případě přenáší pouze tlačený beton a tlaková výztuž As2. Z momentové podmínky k těžišti tlakové výztuže se stanoví poloha neutrální osy:

;3R = ;3R + < 3R h

(6)

;@R = 4QR (# λ f − R ) = λ P f TQR (# λ f − R )

(7)

Z mezního stavu únosnosti, kdy MEd2 = MRd2, lze stanovit tlačenou výšku průřezu x:

⎞ ⎟ ⎟ ⎠

(8)

( \ − \) c

(\ − \ ) c

\c = +

Předpokládejme, že v kritickém (nejvíce namáhaném) posuzovaném průřezu sloupu bude převládat tlak a sloup se bude nacházet v oblasti II interakčního diagramu s výškou tlačené zóny omezené zdola i shora nerovností

;3R R ⎛ ⎜+ − ⎜ λ ⎝ P R TQR

−< 3R − 4QR

=

A VÝZKUM RESEARCH

Ohybový moment MEd v rovnici (10) vyjadřuje účinek zatížení včetně imperfekce a účinku druhého řádu.

a kde k2 = 0,1 (doporučená minimální hodnota pro tuhou podporu) (3)

f=

`S_

AND

≤ ) \ =

POZ

/a TgR /Q TQR

< 3R /Q TQR

) (14)

) \POZ = "

Kφ = 1 .

(15)

Ve výpočtu nebylo pro jednoduchost zohledněno dotvarování, ačkoliv jeho vliv na únosnost štíhlých prvků je velmi významný (může dojít k více než 50% snížení únosnosti). Problémem při dimenzování prvku je určení součinitele Kr, který zohledňuje stupeň vyztužení podélnou výztuží. Na tomto součiniteli závisí velikost účinku druhého řádu, který se podílí na zatížení průřezu. Proto je nutné součinitel Kr nejprve odhadnout nebo za něj dosadit hodnotu 1. V dalším kroku jej dosadíme do rovnic (6) až (15) pro výpočet účinku druhého řádu a nutné plochy výztuže. Výpočet následně opakujeme s upraveným součinitelem Kr, ve kterém je zohledněna hodnota nutné výztuže z předchozího kroku. Nakonec po n provedených iteracích, kdy se již výsledky v aktuálním a předchozím kroku příliš nemění, je třeba zkontrolovat, zda průřez skutečně náleží do tlačené oblasti II a splňuje tak nerovnost (5). Výpočet byl proveden jednoduše v tabulkovém editoru EXCEL, ze kterého se po n iteracích získala hodnota výztuže As2,req =

Tab. 1 Souhrn mezivýsledků pro výpočet nutné výztuže sloupu metodou dílčích součinitelů Tab. 1 Summary of the results for determination of required column reinforcement based on the partial factor method

Iterace n

Kontrola

MEd Mi MEd0 [kNm] [kNm] [kNm] 358,465 100 87,159 MEd2 = -931,53 [kNm] As = 0,00303 [m2] = 3 035 [mm2]

M2 [kNm] 171,306

NEd [kN] -6000

2As = 0,00607 [m2] = 6 070 [mm2] ξbal,1.d < x < h/λ


e2 [m] 0,0286

1/r [-] 0,00302

Kr [-] 0,291

Kfi [-] 1

1/r0 [-] 0,0104

x = 0,58506 [m] 0,260 [m] < x < 0,625 [m] 6/2009

vyhovuje

55

VĚDA


Tab. 2 Souhrn mezivýsledků pro výpočet nutné plochy výztuže sloupu metodou globálního součinitele únosnosti Tab. 2 Summary of the results for determination of required column reinforcement based on the method of global resistance factors

iterace n:

MEd Mi MEd0 [kNm] [kNm] [kNm] 734,465 145,95 127,209 MEd2 = –1148,3 [kNm] As = 0,00264 [m2] = 2 642 [mm2]

M2 [kNm] 461,306

NEd [kN] -8757

1/r [-] 0,00557

Kr [-] 0,424

Kfi [-] 1

1/r0 [-] 0,0131

x = 0,48053 [m]

2As = 0,00528 [m2] = 5 283 [mm2] ξbal,1.d < x < h/λ

kontrola:

e2 [m] 0,0527

0,287 [m] < x < 0,625 [m]

vyhovuje

Obr. 3. Statisticky vyhodnocená závislost variačního koeficientu (a globálního součinitele únosnosti) na stupni vyztužení, štíhlosti sloupu a třídě betonu pro sloup průřezu 0,5 × 0,5 m. Součinitel kp představuje pomocný součinitel, který propojuje horní dva diagramy. Schéma vlevo dole ukazuje postup při odečtení globálního součinitele únosnosti. Mezi stupněm vyztužení a třídami betonu lze lineárně interpolovat Fig. 3 Statistically evaluated dependence of the coefficient of variation (and global resistance factor) on the reinforcement ratio, slenderness and concrete class for a column of cross-section 0,5 × 0,5 m. Coefficient kp represents an auxiliary factor connecting two upper diagrams. Scheme in the left bottom indicates the procedure how to subtract the global resistance factor. Linear interpolation is allowed between the reinforcement ratio and concrete classes Obr. 4 Posouzení únosnosti prvku s využitím interakčního diagramu průřezu s vlivem štíhlosti (modrá křivka) podle návrhové metody dílčích součinitelů (a) a metody globálního součinitele (b). Fig. 4 Determination of the load-bearing resistance of column by means of interaction diagram of cross-section with influence of slenderness (blue curve) according to the partial factor method (a) and the method of global resistance factors (b)

3 4a

4b

& %

$ M +

<3R;3R

# "

<@R

<@[

M +$%"

M +$%"

"

"

$

&

" $ & "

! "

"

;@R

56

M +

$

!

"$f<3R "$f;3R

&

;@[

Literatura: [1] ČSN EN 1990: Zásady navrhování konstrukcí, ÚNMZ, 2004 [2] ČSN EN 1992-1-1: Navrhování betonových konstrukcí – Obecná pravidla a pravidla pro pozemní stavby, ÚNMZ, 2007 [3] ČSN EN 1992-2: Navrhování betonových konstrukcí – Betonové mosty, ÚNMZ, 2007 [4] Goris A., Schmitz U. P.: DIN 1045 digital, Universität Siegen, 2003 [5] Procházka J. a kol.: Navrhování betonových konstrukcí 1, Praha, 2009 [6] Marek P.: Disertační práce: Spolehlivost štíhlých tlačených konstrukcí, Praha, 2009


6/2009

VĚDA SCIENCE

3 034 mm2. Protože však zatížení může mít i opačnou orientaci, je třeba průřez vyztužit souměrně. Souměrně vyztužený průřez při obou okrajích vyžaduje plochu výztuže As2,req = 6 069 mm2. Tato plocha odpovídá cca 2,4% stupni vyztužení. Na základě požadované výztuže je navržena podélná výztuž 2 × 5 ∅R30 (3 534 mm2) při obou stranách průřezu. Pokud by se vycházelo z metody globálního součinitele, může se počítat s průměrnými hodnotami vlastností materiálů a vyjádřit tak průměrnou hodnotu únosnosti sloupu. Aby byla konstrukce spolehlivá, musí být splněna následující nerovnost, viz ČSN EN 1992-2 (2005) [3]

⎛_ ⎞ γ AR γ @R 3 γ U 5 + γ _ ? ≤ @ ⎜ cR ⎟ , ⎝ γ; ⎠

(

)

(16)

kde γSd je součinitel modelových nejistot pro účinky zatížení, γRd je součinitel modelové nejistoty pro únosnost, γM je globální součinitel únosnosti a qud je mezní zatížení, při kterém dojde k meznímu přetvoření materiálů. Globální součinitel lze v nerovnosti pro ověření spolehlivosti osamělého prvku (16) převést na stranu zatížení. Pro tuto hodnotu zatížení, které je rozšířeno o globální součinitel, se opět hledá potřebná výztuž. Na tomto místě autor uvádí návrhový diagram, ze kterého lze odvodit globální součinitel únosnosti na základě štíhlosti, třídy pevnosti betonu, stupně vyztužení a indexu spolehlivosti. Návrhový diagram se opírá o znalosti stavební mechaniky a teorii pravděpodobnosti (předpokládá se lognormální rozdělení únosnosti sloupu). Podrobnosti k sestavení diagramu poskytuje disertační práce [6]. Uvažuje se, že procento vyztužení se nebude výrazně lišit od návrhu metodou dílčích součinitelů. Vstupní hodnotou pro diagram bude tedy procento vyztužení ρ = 0,024. Globální součinitel γM se stanoví z diagramu na základě zadaných parametrů hodnotou γM = 1,39 (pro index spolehlivosti β = 3,8). Protože výstřednost zatížení je relativně malá, návrhový diagram, který byl odvozen pro tlačené sloupy, není nutné rozšířit součinitelem pro sloupy mimostředně zatížené, který byl v disertační práci také odvozen. Modelové nejistoty lze uvažovat odchylkou přibližně 5 %. Po vynásobení globálního součinitele modelovými nejistotami se získá součinitel 1,39.1,05 = 1,46. Podobným způsobem jako u metody dílčích součinitelů se stanoví plocha výztuže 2 642 mm2, resp. 5 283 mm2 pro oboustranné vyztužení prvku. Tato plocha odpovídá cca 2 % vyztuže-

AND

A VÝZKUM RESEARCH

ní. Na základě požadované výztuže je navržena podélná výztuž 2 × 4 ∅R30 (2 827 mm2) při obou stranách průřezu. Z porovnání jednotlivých metod na příkladě návrhu výztuže sloupu plyne, že metodou globálního součinitele lze dosáhnout jisté úspory výztuže. Konkrétní velikost úspory vždy závisí na zatížení a geometrických vlastnostech posuzovaného sloupu. Posouzení únosnosti sloupu Únosnost prvku o navržené podélné výztuži bude následně ověřena zakreslením návrhového zatížení do interakčního diagramu. Přesněji je možné únosnost ověřit pomocí postupů obecné metody, která by ukázala, že návrh výztuže s dostatečnou rezervou vyhovuje předepsané spolehlivosti. Posouzení obecnou metodou je ovšem časově velmi náročné a bez použití výpočetní techniky neproveditelné. Z ÁV Ě R Na příkladu štíhlého sloupu, který je součástí nosného skeletu konstrukce, bylo ukázáno, že použití alternativní metody globálního součinitele umožňuje navrhnout štíhlý prvek ekonomicky a zajistit požadovanou úroveň spolehlivosti. Metoda globálního součinitele, která byla aplikována na uvedeném případě, se může s výhodou uplatňovat tam, kde je zajištěna kvalita výroby na stavbě (zásady ČSN EN 1990, stupně inspekce IC1 až IC3) nebo ve výrobně prefabrikátů, neboť globální součinitel úzce závisí na variačním koeficientu únosnosti. Velikost variačního koeficientu určuje rozptyl geometrických a materiálových vlastností. Na zde uvedeném příkladě se vycházelo z globálního součinitele, který byl odvozen pro monoliticky prováděný sloup na staveništi. Pokud by však byly dostupné statistické údaje z výroben prefabrikátů, mohl by být pro takové prvky odvozen globální součinitel o mnohem nižší hodnotě. Tato studie vznikla jako součást řešení výzkumného záměru MSM 6840770001 „Spolehlivost, optimalizace a trvanlivost stavebních materiálů a konstrukcí“. Rád bych na tomto místě zároveň vyjádřil poděkování České betonářské společnosti ČSSI za udělení titulu „Vynikající disertační práce v oboru betonových konstrukcí 2009“ a podporu při tvorbě tohoto příspěvku. Ing. Pavel Marek, Ph.D. Stavební fakulta ČVUT v Praze, Thákurova 7, 166 29 Praha 6 e-mail: [email protected]

ÇÆ¿Ã¼»ÆÍ)Ñ»ÀÍÆ

Ñ»Àº2ÊÐÊË)Ä¿¼´ÃÂÅ ´ ´ÃÂÅ ÊÄÐÊÃÇÉÆçÜêåæêë¥¥¥ î

î

î ¥

ã

à

Ø

ç

æ

é ¥


Ú

ñ 6/2009

ĆåçÖëÞÙÚáãYèéçêàéêçÖ ĆÙäàäãÖáÚåÚèãdçäïâeçî Ć×ÚïåäëçØÝäëØÝåçÖë¢äâméÚà ĆãmïàYä×ßÚâäëYÝâäéãäèé ĆëÚáâÞÙä×çdÖàêèéÞØàdëáÖèéãäèéÞ ĆåäYçãmäÙäáãäèé¶¦

ĈÈéeãîëçä×ãmØÝÖèåäçéäëãmØÝÝÖá¡ àÖãØÚáYèàdåçäèéäçî¡éÚØÝãÞØàdåçäèéäçî¡ äïÙä×ãdåçëàîëÞãéÚçÞdçÚØÝ¡åáäéîÖïmÙàî£

57

VĚDA


A N A LÝ Z A P R Ů Ř E Z U – STAV VÝZKUMU CROSS-SECTIONAL

ŽELEZOBETONOVÝCH PRUTŮ A N A LY S S I S O F R E I F O R C E D C O N C R E T E

BEAMS

T H O M A S L Ö H N I N G , J O C H E N S C H E N K , U W E S TA R O S S E K Řada běžných konstrukčních systémů ve stavebnictví má prutový charakter. Pro tyto konstrukce je používána prutová teorie, při které se chování materiálu vystihuje na úrovni průřezu. V případě železobetonových konstrukcí je přitom obecně nutné zohlednit materiálovou nelinearitu. Předkládaný příspěvek uvádí přehled stavu výzkumu průřezové analýzy železobetonových prutů. Analýza průřezu popisuje vztah mezi vnitřními silami a deformací. K dispozici je značný počet rozdílných modelů, pro které je v příspěvku navržena klasifikace. Současně používané modely mohou být roztříděny do integrálních modelů, příhradových modelů, vrstvičkových modelů a modelů na základě metody konečných prvků. Pro každou třídu budou vysvětleny její charakteristiky a popsány nejdůležitější modely. Many common structures consist of one-dimensional members. For such structures beam theory is applicable. Within beam theory, the material behaviour can be captured on cross-sectional level. Regarding reinforced-concrete structures, material nonlinearity has generally to be considered. The present article provides an overview of the state of the art in crosssectional analysis of one-dimensional reinforced-concrete elements. A cross-sectional analysis describes the relationship between the internal forces and the generalised strains. There is a large number of different models, for which a classification is suggested here. Existing models can be classified into resultant models, truss models, uniaxial models, wall models, and finite element models. For each class, the characteristics are outlined and the most important models are presented. V rámci prutové teorie se předpokládá, že vliv chování materiálu lze vystihnout na úrovni průřezu. Chování průřezu se stanoví na základě průřezové analýzy, která pro dané vnitřní síly vyšetřuje odpovídající stav napětí a přetvoření. Stav přetvoření popisuje rozdělení přetvoření po průřezu nejčastěji pomocí zobecněných deformací ε tvořících deformační veličiny prutového elementu. Výslednice odpovídajících napětí představují vnitřní průřezové síly f prutu. Relace mezi vnitřními silami a deformačními veličinami jsou označovány jako konstitutivní vztahy S. Za předpokladu lineárně pružného chování materiálu a lokálních os prutu kongruentních (shodných) k hlav-

ním osám a těžišti průřezu, jsou tyto vztahy lineární a nezávislé. Známé konstitutivní vztahy pro prvek mohou být formulovány v maticové formě následovně: SLin . ε = f , kde

⎡ 3/ ⎢ ⎢ 5/?g ⎢ 5/ ?h A:W\ = ⎢ ⎢ ⎢ ⎢ ⎢⎣

57B 37 g

⎡ε f ⎤ ⎡<⎤ ⎤ ⎥ ⎢ ⎥ ⎢ ⎥ ⎥ ⎢γ fg⎥ ⎢ Dg ⎥ ⎢γ ⎥ ⎢D ⎥ ⎥ ⎥ ε = ⎢ fh⎥ T = ⎢ h ⎥ ⎥ ⎢κ f⎥ ⎢; f ⎥ ⎥ ⎢ ⎥ ⎢ ⎥ κ ; ⎥ ⎢ g⎥ ⎢ g⎥ ⎢⎣κ ⎥⎦ ⎢⎣; ⎥⎦ 37 h ⎥⎦ h h

Matice SLin je diagonální matice s konstantními hodnotami tuhostí na hlavní diagonále, přičemž EA značí axiální tuhost, GAQy a QAQz smykové tuhosti s účinnými smykovými plochami, GIT torzní tuhost a EIY a EIZ ohybové tuhosti. Stav přetvoření odpovídající příslušné vnitřní síle lze určit přímo. Kroucení je zjednodušeně uvažováno prostým St. Vénantovým kroucením. Nelineární chování materiálu vede k nelineárním vztahům mezi vnitřními silami a přetvořením. Prvky konstitutivní matice SNiLi již nejsou konstantní, nýbrž závislé na aktuálním stavu deformace a vzájemně vázané. Matice ztrácí diagonální formu a je obecně plně obsazena. SNiLi . ε = f , kde

⎡Aε ⎢ ⎢A ε ⎢A ε A<W:W = ⎢ ! ⎢A"ε ⎢A ε ⎢ # ⎢⎣A$ε

A ε A!ε A"ε A#ε A$ε ⎤ ⎥ A ε A !ε A "ε A #ε A $ε ⎥ A! ε A!!ε A!"ε A!#ε A!$ε ⎥ ⎥ A" ε A"!ε A""ε A"#ε A"$ε ⎥ A# ε A#!ε A#"ε A##ε A#$ε ⎥ ⎥ A$ ε A$!ε A$"ε A$#ε A$$ε ⎥⎦

; ;c ;g

;g <

; 777

1

58

Dh κ 777

κg

κc κ

2


;f

6/2009

VĚDA SCIENCE

Z důvodů nelinearity vztahů není možné přímo určit stav přetvoření odpovídající vnitřním silám. Jednou z aplikací analýzy průřezu je určení vztahů mezi vnitřními silami a přetvořením, např. vztahy moment-křivost nebo krouticí moment-poměrné zkroucení. Hlavní aplikací analýzy průřezu je posouzení průřezu, přičemž jednu z variant představují interakční diagramy. V budoucnu bude průřezová analýza, která je běžnou součástí programů pro řešení prutových konstrukcí, intenzivněji využívána také při nelineárních statických výpočtech komplexních systémů. Rozmanité, v současnosti používané, modely průřezové analýzy lze zařadit do pěti tříd: integrální modely, modely příhradové analogie, jednoosé modely, vrstvičkové modely a modely na základě metody konečných prvků (MKP). V následujícím textu budou jednotlivé třídy blíže charakterizovány a vybrané modely vysvětleny. Doposud neexistuje žádný obecně uznávaný model k průřezové analýze libovolných obecně zatížených prostorových železobetonových prvků. I N T E G R Á L N Í M O D E LY Integrální modely formulují chování průřezu přímo prostřednictvím vztahů mezi vnitřními silami a zobecněnými deformacemi. Tyto vztahy jsou buď čistě empirické, nebo vznikají spojením charakteristických bodů detailní analýzy průřezu tak, jak je ukázáno v kapitolách o jednoosých modelech, vrstvičkových modelech a modelech na základě MKP, přičemž poslední jmenovaný se užívá v trilineárním vztahu moment-křivost podle DIN 1045-1 (obr. 1). Empirické formulace se používají zejména pro chování při kroucení. V praxi rozšířený postup paušální redukce tuhosti v nelineárním režimu též odpovídá integrálnímu modelu. Jednosměrný vliv jedné vnitřní síly na ostatní může být vyjádřen analyticky nebo interpolací. Při komplexní interakci vnitřních sil je tento postup nevhodný. Alternativní formulace se zakládá na modifikaci současně používaných plastických modelů [2]. Namísto trojosého materiálového modelu pro hlavní napětí se formulace provádí pro dva ohybové momenty a normálovou sílu, přičemž kalibrace modelových parametrů je nutná pro každý průřez. Integrální modely mohou být použitelné pro analýzu konstrukce, pro obecně platnou analýzu průřezu ovšem nejsou vhodné. P Ř Í H R A D O V É M O D E LY (Strut-and-Tie, pozn. překladatele) Modely na základě příhradové analogie idealizují chování železobetonového prvku prostřednictvím předpokládaného příhradového systému složeného z betonových tlačených prvků a tažených pásů a diagonál tvořených betonářskou výztuží. První modely pocházejí od Ritter [3] und Mörsch [4]. Průběhy sil na železobetonovém nosníku namáhaném normálovou silou, ohybo-

;g

J E D N O O S É M O D E LY Jednoosé modely slouží standardně k posouzení průřezů namáhaných biaxiálním ohybem a normálovou silou. Zjednodušeně předpokládají čistě jednoosý stav přetvoření a napětí ve směru podélné osy prutu. Obecně se dále předpokládá platnost Bernoulliho hypotézy o zachování rovinnosti průřezu. Určení stavu přetvoření pro dané vnitřní síly probíhá iterativně řešením inverzního problému. Vnitřní síly způsobené daným stavem přetvoření lze určit integrací příslušných napětí. Za předpokladu vhodných počátečních hodnot je tento stav iterativně zpřesňován. Přehled udává [6] a [7]. Poněkud zvláštní postavení mezi jednoosými modely zabírá Schadeova formulace [8]. Tento model je určen k výpočtu tenkostěnných průřezů namáhaných biaxiálním ohybem, normálovou silou a vázaným kroucením. Celkové podélné přetvoření je superpozicí podélného přetvoření ohybem a normálovou silou a přetvoření vázaným kroucením, afinním k deplanační funkci podle St.-Vénantovy teorie kroucení. V R S T V I Č K O V É M O D E LY Vrstvičkové modely rozloží průřez do jednotlivých vrstviček. Vrstvičky jsou uspořádány paralelně k ose prutu tak, že jejich norObr. 1 Trilinieární závislost moment-křivost podle DIN 1045-1 Fig. 1 Tri-linear moment-curvature relationship according to DIN 1045-1 Obr. 2 Rovinný příhradový model podle Rittera a Mörsche Fig. 2 Plane truss model of Ritter and Mörsch Obr. 3 Prostorový příhradový model podle Rausche Fig. 3 Spatial truss model of Rausch Obr. 4 Model podle Vecchia a Collinse [14] Fig. 4 Model proposed by Vecchio & Collins [14] Obr. 5 Model podle Lucero-Cimas [15] Fig. 5 Model proposed by Lucero-Cimas [15] Obr. 6 Model podle Cocchi & Volpi [16] Fig. 6 Model proposed by Cocchi & Volpi [16]

;g ;h

;h

4

5


A VÝZKUM RESEARCH

vým momentem a posouvající silou jsou idealizovány pomocí rovinné příhradoviny. Pro kroucení rozšiřuje Rausch [5] tento model na prostorovou příhradovinu. Ještě dnes se tato koncepce posouzení na účinky posouvající síly a kroucení, obsažená v převážné části národních i mezinárodních předpisů pro železobeton, zakládá na těchto modelech. Modely na základě příhradové analogie splňují pouze podmínky rovnováhy. Tuhost, kompatibilita lokálních přetvoření ani pracovní diagramy materiálu nejsou zohledněny. Z tohoto důvodu je platnost příhradových modelů omezena maximálně na mezní stav únosnosti.

;g D g < D h ;f

< Dh

AND

;g

< ;f

;h

< ;f

6 6/2009

59

VĚDA


Obr. 7 Model podle Hartung & Krebs [18] Fig. 7 Model proposed by Hartung & Krebs [18] Obr. 8 Model podle Rahal & Collins [19] Fig. 8 Model proposed by Rahal & Collins [19]

^g ; g Dg < Dh ; ;h f ^ f ^h

7

Obr. 9 Rozdělení smykových napětí v důsledku namáhání kroucením Fig. 9 Shear stress distribution due to torque 8

O 23ZS[S\bS

9a

P 23ZS[S\bS

9b

mála probíhá ortogonálně k ose prutu. Jednotlivé vrstvičky přebírají síly působící výlučně v jejich rovině. Z toho vyplývá rovinná napjatost každé vrstvičky se dvěma normálovými napětími, smykovým napětím a odpovídajícími přetvořeními včetně smykových deformací. Přetvoření příčnou roztažností kolmo k rovině vrstvičky se zanedbávají, což vede rovněž k rovinnému stavu přetvoření. Pro vrstvičky ze železobetonu existuje široké spektrum rozdílných modelů, které budou v následujícím odstavci shrnuty a vysvětleny. Kromě pojmu vrstvičkový element je běžný pojem membránový element. Jednotlivé vrstvičky vrstvičkových modelů jsou vzájemně vázány podmínkami kompatibility a rovnováhy. Díky zohlednění smykových napětí je v porovnání s jednoosými modely možné vystihnout posouvající síly a kroucení. Kromě globálních deformačních veličin prutu je nutné určit lokální stav napětí a přetvoření jednotlivých vrstviček. Membránové elementy pro železobeton Oproti rovinným příhradovým modelům se v případě Compression Field Theory (CTF) [9] kromě podmínek rovnováhy zohledňuje kompatibilita přes trhliny průměrovaných přetvoření. Předpokládá se, že se směr hlavních napětí, přetvoření a trhlin resp. fiktivních tlačených prvků překrývá a v závislosti na přetvořeních rotuje. Pracovní diagramy se zadávají pro beton tlačených prvků, beton v kolmém směru k těmto prvkům a pro výztuž. Důležitým efektem je vliv příčného tahu na snížení pevnosti a tuhosti myšlených tlačených prvků. Pomocí modifikované funkce σ(ε) betonu v tahu vystihuje tzv. Modified Compression Field Theory (MCFT) [10] také přenos smyku trhlinami, který je umožněn hmoždinkovým efektem výztuže a „zazubením“ okrajů trhlin. V případě Cracked Membrane Model (CMM) [11] je rovnováha formulována přes lokální napětí, tedy odlišným způsobem než je tomu u metody MCFT. Konzistentní způsob zohlednění přenosu smyku v trhlině je zvolen v modelu Fixed Angle Softened Truss Model (FASTM) [12]. Směr tlačených prvků případně trhlin a hlavních os se již 60

Q !23ZS[S\bS Q !23ZS[S\bS

9c

nepřekrývá. Kromě funkce σ(ε) betonu tlačených prvků a betonu ve směru k nim kolmém se odvozuje další vztah mezi smykovými napětími a posunutím. Tlačený prvek probíhá ve směru hlavních okrajových membránových napětí. Odlišné řešení je použito u Disturbed Stress Field Model (DSFM) [13] s kombinací pevných a volně rotujících trhlin, přičemž od koaxiality hlavních napětí a přetvoření se upouští. Model Softened Membrane Model (SMM) představuje rozšíření modelu FASTM zohledněním příčné roztažnosti. Tím jsou vázána obě přetvoření i ve sledovaném pootočeném souřadnicovém systému. Příčná roztažnost má význam zejména pro chování po vzniku trhliny. Systematické srovnání nejrozšířenějších modelů je uvedeno v tab. 1. Rozlišovací znak jednotlivých modelů je koncepce vystižení trhlin. Kromě koncepce rozetřených trhlin se používají lokální a kombinované formulace. Dále se jednotlivé modely liší ohledně předpokládané orientace trhliny, která je u uvedených modelů definována směrem hlavních napětí nebo přetvoření. Současné vrstvičkové modely Poprvé byly vrstvičkové modely k analýze průřezu rovinného železobetonového nosníku namáhaného normálovou a posouvající silou a ohybovým momentem použity v [14]. Průřez prutu je modelován pomocí na sebe vrstvených membránových elementů podle teorie MCFT. Výsledkem jsou kromě stavu přetvoření jednotlivých elementů také křivost, smykové deformace a délkové přetvoření prutu. Rozdělení smykových napětí se předpokládá zjednodušeně. V [15] jsou analyzovány prostorové obdélníkové nebo T-průřezy tak, že vnější oblasti průřezu jsou modelovány membránovými elementy. Vnitřní jádro se zanedbává. Membránové elementy jsou modelovány podle teorie CFT, jejich tloušťka je závislá na křivosti prutu. V případě obdélníkového průřezu je zohledněno všech šest vnitřních sil, a kromě tří křivostí a axiálního přetvoření je určena také smyková deformace prutu, přičemž jsou posouvající síly předpokládány jako rovnoměrně rozdělené


6/2009

VĚDA SCIENCE

Tab. 1 Přehled membránových elementů Tab. 1 Overview of membrane elements Označení CFT

model rozetřená

Trhlina orientace závislá na přetvoření

MCFT

kombinovaná

přetvoření

CMM DSFM FASTM SMM

lokální kombinovaná rozetřená rozetřená

přetvoření přetvoření/napětí napětí napětí

Charakter poprvé kompatibilita modifikovaná σ (ε) betonu v tahu lokální GG-podmínka dva směry konsistentní přenos smyku uvážení příčné roztažnosti

Tab. 2 Přehled vrstvičkových modelů Tab. 2 Overview of wall models Model

Vnitřní síly

Membrána

Vecchio & Collins [14]

N, My, Vz

MCFT

Lucero-Cimas [15]

N, Mx, My, Mz, (Vy), (Vz)

CFT

Cocchi & Volpi [16]

N, Mx, My, Mz

MCFT/DSFM

Rahal & Collins [19]

N, Mx, My, Mz, Vy, Vz

MCFT

Hartung & Krebs [18]

N, Mx, My, Mz, Vy, Vz

Průřez

na protilehlé strany průřezu. V případě T-průřezů posouvající síly a posuny vystiženy být nemohou. V [16] je odvozen model pro polygonální železobetonové průřezy namáhané kroucením, šikmým ohybem a normálovou sílou, posouvající síly se nezohledňují. Stejně jako v předchozím případě se okraje průřezu rozloží do membránových elementů různých tlouštěk a vnitřní jádro se zanedbává (obr. 6). Jejich tloušťka je opět závislá na křivosti prutu. Pro elementy je pro použita teorie MCFT. V [17] je tento model rozšířen o cyklické zatížení, přičemž se používá modelu DSFM. Model popsaný v [18] je vhodný k analýze polygonálních průřezů železobetonových prutů. Průřez je přitom rozložen na vrstvičky, tvořící jednoduchý spojitý řetězec. Na rozdíl od všech již popsaných modelů se mohou vyznačovat více než jedním materiálovým bodem. Přísně vzato se již ve vrstvičkách nejedná o rovinný stav napětí, protože se předpokládají smyková napětí kolmo k rovině vrstvičky. Pro beton tlačených prvků a beton ve směru k nim kolmém se používají zjednodušené pracovní diagramy. Zohledňuje se všech šest vnitřních sil a spojitá zatížení ve třech směrech souřadnicového systému. Pro kroucení se předpokládá uzavřený tenkostěnný průřez. Odlišný postup vzhledem k uvedeným vrstvičkovým modelům je zvolen v [19]. Průřez se rozdělí na dva fiktivní spolupůsobící systémy, přičemž v prvním z nich, který představuje masivní betonový průřez s podélným vyztužením, se předpokládá jednoosý stav napětí. Druhý systém se skládá z membránových elementů podle teorie MCFT, které vytvářejí tenkostěnný uzavřený průřez odpovídající svými vnějšími rozměry výchozímu průřezu. Kromě tří křivostí se určují posunutí a axiální přetvoření prutu. Rozdělení do dvou systémů je podobné základnímu principu hybridního modelu [20, 21] odvozeného na pracovišti autorů příspěvku. Přehled současně používaných vrstvičkových modelů je uveden v tab. 2. Je zřejmé, že s výjimkou modelu podle [18] jsou přijata omezení týkající se geometrie průřezu. Problematické se jeví též zohlednění posouvajících sil. V případě jednoduchých geometrií průřezů se zavádějí zjednodušené předpoklady týkající se rozBETON • TECHNOLOGIE • KONSTRUKCE • SANACE

AND

A VÝZKUM RESEARCH

dělení smykových napětí, u komplexních geometrií se posouvající síla často zanedbává. Toto zjednodušení je problematické zejména v případě současného namáhání kroucením a z toho vyplývající superpozice smykových napětí. Tímto postupem je také ignorován vliv posouvajících sil na zmenšení ohybové a axiální tuhosti prutu. Jednotlivé vrstvičkové modely se rozlišují také způsobem, jakým zohledňují smykové deformace. Některé z nich určují průměrné smykové deformace na základě zjednodušených předpokladů rozdělení smykových napětí, jiné sice vystihují lokální smykové deformace, předpokládají ale smykově tuhý prut. A N A LÝ Z A M E T O D O U K O N E Č N Ý C H P R V K Ů Metoda konečných prvků (MKP) se vyvinula do univerzálního nástroje mechaniky stavebních konstrukcí. V klasické MKP je pole posunutí popsáno funkcemi v závislosti na uzlových hodnotách. Pro analýzu průřezu se používají jednorozměrné, rovinné a prostorové prvky (obr. 9). Použití 1D prvků se omezuje zejména na tenkostěnné průřezy, při kterých lze průřez redukovat na střednici průřezu a mohou být použity zjednodušené teorie. Tyto elementy najdou uplatnění zejména v případě tenkostěnných profilů obvyklých u ocelových konstrukcí [22]. Při použití 2D prvků se průřez rozkládá do rovinných elementů. Tato metoda se používá také při analýze průřezů namáhaných teplotou [23]. Model zohledňující všech šest vnitřních sil, avšak s omezením na St.-Vénantovo kroucení, uvádí [24]. Průřez je diskretizován v závislosti na poloze v průřezu prvky s čistě jednoosou napjatostí, prvky s normálovým a smykovým napětím případně normálovým a dvěma smykovými napětími. Použitý popis materiálu se zakládá na teorii MCFT. V [25] je zohledněno rovněž šest vnitřních sil, uvažována je ale prostorová napjatost. Formulace se zakládá na, v porovnání s klasickou teorií prutu, rozšířené kinematice ve spojení s elasto-plastickým multi-surface materiálovým modelem. Diskretizace probíhá adaptivně (obr. 9b). Modelování pomocí 3D elementů ve své podstatě již neodpovídá analýze průřezu. Namísto průřezu je modelována konečná část prutu. Modelování ve 3D je nezbytné v případech, kdy v podélném směru prutu nemůže být předpokládán homogenní stav, čímž se teorie prutu stává neplatnou. V rámci analýzy prutových konstrukcí je na uvážení, zda modelování dílčích částí prutu 3D elementy s následnou idealizací do prutového prvku ve srovnání s 3D modelem celkového konstrukčního systému skutečně přináší výhody. V [26] je analyzováno komplexní chování při kroucení (obr. 9c). Prostřednictvím 3D modelů se v [27] stanovují vztahy mezi vnitřními silami a deformacemi pro výpočet scénářů zhroucení prostřednictvím dílčích modelů. Oba jmenované 3D modely aplikují elasto-plastický model porušení. Velká přednost MKP spočívá v její flexibilitě. Obecně nejsou nutná žádná omezení týkající se geometrie či rozdělení napětí a přetvoření. Další výhodou je možnost využití v současnosti používaných osvědčených algoritmů k diskretizaci, výpočtu a vyhodnocení. Nevýhodou může být výpočtová náročnost v závislosti na způsobu diskretizace. FE-analýza průřezu neposkytuje výsledky ve formě zobecnělých přetvoření event. vnitřních sil, k tomu je zapotřebí následný postprocessing. SHRNUTÍ Při nelineárním výpočtu prutových konstrukcí je vliv materiálu vystižen analýzou průřezu. Analýza průřezu poskytuje vztah mezi 6/2009

61

VĚDA


Literatura: [1] DIN1045-1: Tragwerke aus Beton, Stahlbeton und Spannbeton Teil 1: Bemessung und Konstruktion, Beuth Verlag, DI, 2001 [2] El-Tawil S., Deierlein G. D.: Nonlinear analysis of mixed steelconcrete frames. I: Element formulation. Journal of SE 127 (2001), S. 647–655 [3] Ritter W.: Die Bauweise Hennebique. Schweizerische Bauzeitung 33 (1899), 59–61 [4] Mörsch E.: Der Eisenbeton seine Theorie und Anwendung I, 1. und 2. Hälfte. Auflage 5. Konrad Wittwer 1920/1922 [5] Rausch E.: Berechnung des Eisenbetons gegen Verdrehen (Torsion) und Abscheren, Auflage 2. Springer 1938 [6] Furlong R. W., Hsu C. T. T., Mirza S. A.: Analysis and design of concrete columns for biaxial bending — Overview, ACI Structural Journal 101 (2004), S. 413–423 [7] Busjaeger D., Quast U.: Programmgesteuerte Berechnung beliebiger Massivbauquerschnitte unter zweiachsiger Biegung mit Längskraft, DafStb Heft 415, 1990 [8] Schade D.: Bimomente in dünnwandigen Stahlbetonquerschnitten mit gerissener Zugzone, Bauingenieur 68 (1993), S. 167–173 [9] Mitchell D., Collins M. P.: Diagonal compression field theory — a rational model for structural concrete in pure torsion, ACI Journal 71 (1974), S. 396–408 [10] Vecchio F. J., Collins M. P.: The modified compression field theory for reinforced concrete elements subjected to shear, ACI Journal 83 (1986), S. 219–231 [11] Kaufmann W., Marti P.: Structural concrete: cracked membrane model, Journal of SE 124 (1998), S. 1467–1475 [12] Zhu R. R. H., Hsu T. T. C., Lee J. Y.: Rational shear modulus for smeared-crack analysis of reinforced concrete, ACI Structural Journal 98 (2001), S. 443–450 [13] Vecchio F. J.: Disturbed stress field model for reinforced concrete: Formulation. Journal of SE 126 (2000), S. 1070–1077 [14] Vecchio F. J., Collins M. P.: Predicting the response of reinforced concrete beams subjected to shear using modified compression field theory, ACI Structural Journal 85 (1988), S. 258–268 [15] Lucero-Cimas H. N.: Zur Berechnung prismatischer

vnitřními silami a deformacemi. Současně používané modely mohou být zatříděny do integrálních modelů, příhradových modelů, jednoosých modelů, vrstvičkových modelů a modelů na základě metody konečných prvků. Integrální modely formulují přímý vztah mezi vnitřními silami a zobecnělými deformacemi a nejsou vhodné pro obecnou analýzu průřezu. Platnost modelů příhradové analogie se omezuje na mezní stav únosnosti. Jednoosé modely zohledňují šikmý ohyb a normálovou sílu. Vrstvičkové modely rozkládají průřez do vzájemně vázaných membránových prvků a mohou principiálně vystihnout všech šest vnitřních sil. Modely analýzy průřezu na základě konečných prvků jsou velmi flexibilní, ale náročné na výpočetní operace. Z ÁV Ě RY • Doposud neexistuje obecně uznávaný model pro analýzu průřezu libovolných prostorových železobetonových prutových konstrukcí. • Integrální modely popisují chování průřezu přímo pomocí vztahů mezi vnitřními silami a zobecnělými deformacemi. 62

[16]

[17]

[18] [19]

[20]

[21]

[22] [23] [24]

[25]

[26]

[27]

Stahlbetonbalken mit verschiedenen Querschnittsformen für allgemeine Beanspruchungen, Dissertation, Uni Hannover, 1990 Cocchi G. M., Volpi M.: Inelastic analysis of reinforced concrete beams subjected to combined torsion, flexural and axial loads, Computers & Structures 61 (1996), S. 479–494 Cocchi G. M., Tiriaca P.: Nonlinear analysis of reinforced concrete beam elements subject to cyclical combined actions of torsion, biaxial flexure and axial forces. Structural Engineering and Mechanics 17 (2003), S. 829–862 Hartung B., Krebs A.: Erweiterung der technischen Biegelehre, Teil 1. Beton- und Stahlbetonbau 99 (2004), S. 378–387 Rahal K. N., Collins M. P.: Combined torsion and bending in reinforced and prestressed concrete beams. ACI Structural Journal 100 (2003), S. 157–165 Löhning T., Schenk J., Starossek U.: A Hybrid approach for the non-linear analysis of reinforced concrete cross sections. The Ninth Intern. Conf., CST2008, Athens Greece, September 2008 Löhning T.: Nichtlineare Berechnung räumlicher Stahlbetonstabtragwerke, Dissertation, TU Hamburg-Harburg. (in Vorbereitung) Kindmann R., Kraus M.: Finite-Element-Methoden im Stahlbau. Ernst und Sohn, 2007 Katz C.: Zweiachsige Bemessung von Stahlbeton-Querschnitten. 21. SOFiSTiK Seminar, Hannover, 2008 Gregori N. J., Sosa M. P., Prada F. M. A., Filippou F.: A 3D numerical model for reinforced and prestessed concrete elements subjected to combined axial, bending, shear and torsion load, Engineering Structures 29 (2007), S. 3404–3419 Kettil P., Ródenas J., Aguilera Torres C., Wiberg N. E.: Strength and deformation of arbitrary beam sections using adaptive FEM, Computers and Structures 85 (2007), S. 15–29 Werner B.: Numerische Untersuchung zum Tragverhalten von Stahlbetonbalken unter Torsion, Studienarbeit, TU HamburgHarburg, 2006 Höhler S., Stangenberg F.: Simulation of building collapse using resistance characteristic curves in special multi body systems, Proc. of the Third Intern.Conf. on Struct. Engineering, Mechanics and Computation, Kapstadt, Südafrika, 2007, S. 502–508

• Průběh sil v železobetonovém nosníku lze idealizovat pomocí

příhradové analogie. • Jednoosé modely se standardně používají pří dimenzování

prutů a jednosměrně pnutých desek. • Vrstvičkové modely rozkládají průřez do jednotlivých vzájemně

vázaných membránových elementů. • Pro analýzu průřezu se používají jedno-, dvou a trojrozměrné

elementy.

Dipl.-Ing. Thomas Löhning e-mail: [email protected] Dipl.-Ing. Jochen Schenk e-mail: [email protected] Univ.-Prof. Dr.-Ing. Uwe Starossek e-mail: [email protected] Technische Universität Hamburg-Harburg Institut für Baustatik und Stahlbau Denickestraße 17, 21073 Hamburg, Germany


6/2009

VĚDA SCIENCE

ZKOUŠENÍ

AND

A VÝZKUM RESEARCH

SVĚTLOSTÁLOSTI ANORGANICKÝCH PIGMENTŮ

V BETONU LIGHT STABILITY TESTING OF INORGANIC PIGMENTS IN CONCRETE JAN PŘ I KRYL Barevný odstín probarvených betonových povrchů je důležitou vlastností dekorativních betonových prvků či betonů pohledových. Důležitým faktorem je i dlouhodobá odolnost barevného betonového povrchu vůči UV záření a povětrnosti, čili barevná světlostálost. V případě užití kvalitních stálobarevných anorganických pigmentů, které jsou zakotveny v kvalitní betonové matrici, lze očekávat nezměněný barevný odstín betonového povrchu po desetiletí. Colour shade of coloured concrete surfaces is important property of decorative concrete members and the exposed concretes. Long-time durability of coloured concrete surfaces again UV radiation and climatic treatment, which is called light stability, is also important factor. Unchanged shade of concrete surface for many years can be expected in the case of using ultra light resisting inorganic pigments embodied in durable concrete matrix. ZKOUŠENÍ

ANORGANICKÝCH

PIGMENTŮ V BETONU

Největší český výrobce anorganických pigmentů, přerovská Precheza, jejíž železité pigmenty jsou distribuovány po desetiletí do několika desítek zemí po celém světě, zřídila v roce 2004 České technologické centrum pro anorganické pigmenty. Centrum v rámci výzkumné činnosti testuje i světlostálostálost anorganických pigmentů na dvou povětrnostních stanicích. Po dobu dlouholetého výzkumu je neustále simulováno vystavení barevného betonu v reálném prostředí. Obě povětrnostní stanice byly vybrány tak, aby modelovaly jednak prostředí městské aglomerace, to v případě povětrnostní stanice Precheza, a jednak horské prostředí s vyšším srážkovým úhrnem, vyššími teplotními rozdíly mezi dnem a nocí a vyšším UV zářením, které je obvyklé na povětrnostní stanici Vičanov v Hostýnských vrších. Obě stanice jsou vybaveny malou meteorologickou stanicí, která dálkově přenáší data, jež jsou ukládána do vyhodnocovacího softwaru v PC.

VÝROBA PROBARVENÉHO BETONU Příprava betonových vzorků probíhá částečně dle normy ČSN EN 196-1 „Metody zkoušení cementu – Část 1: Stanovení pevnosti“ [1]. Dávka vody byla upravena snížením vodního součinitele na hodnotu 0,35. Nižší vodní součinitel dotváří recepturu podobnou nášlapným vrstvám vibrolisovaných zámkových dlažeb, ve kterých jsou anorganické železité pigmenty nejčastěji užívány. Navážené suroviny jsou postupně dávkovány do míchačky. Nejprve je míchána při pomalejších otáčkách (140 ot.min-1) suchá směs písku, cementu a pigmentu (obvykle 5 % z hmotnostního množství pojiva), po minutě míchání je přidána záměsová voda. Betonová malta s vodou je dále míchána pomalejšími otáčkami, jednu minutu poté je míchání zastaveno. Stěrkou je oddělena betonová malta od stěn míchací nádoby a následně je pokračováno v míchání dvě minuty rychlejšími otáčkami (285 ot.min-1). Takto připravená betonová malta je uložena pomocí stěrky a ocelové násypky do trojformy 160 × 40 × 40 mm, umístěné na vibračním stolku. Malta je ve formě vibrována 2 min při amplitudě 0,75 mm. Následně je ocelová forma uložena do zrací komory. Po 24hodinovém zrání a odformování je betonový vzorek uložen ve vlhké zrací komoře (relativní vlhkost minimálně 90 %) dalších dvacet sedm dní. Po dvaceti osmi dnech zrání jsou trámečky spektrofotometricky měřeny pouze na spodní ploše 160 × 40 mm, na níž je beton při vibraci v kontaktu s rovnou ocelovou podložkou a ztvrdlý povrch betonu lze následně přesně spektrofotometricky měřit. K vypočtení průměrné barevné souřadnice vzorku je měřeno pět kruhových ploch o průměru 25 mm. Tyto plochy jsou dány rozměrem měřícího otvoru spektrofotometru. Geometrie měření spektrofotometru je 45°/0°. Pro přesné měření je potřeba přístroj před měřením kalibrovat pomocí bílé kachle a černé světelné pasti. Použité osvětlení je D65,


6/2009

normalizované denní světlo s pozorovatelem 10°. Vzorky jsou následující den po proměření vystaveny na povětrnostní stanici, kde jsou ukládány do stojanů z nerez-oceli, které jsou otočeny na jih se sklonem konstrukce 45° (obr. 1). HODNOCENÍ

S V Ě T LO S TÁ LO S T I

PIGMENTŮ V BETONU

Světlostálost, neboli odolnost vůči vlivu slunečního světla je hodnocena z výsledků měření barevnosti probarvených betonových trámečků. Měření se provádí spektrofotometrem MiniScan XE firmy HunterLab. Přístroj umožňuje měření barevnosti v prostoru CIE 1976 L* a* b*, což je zjednodušená verze Adams-Nickersonova prostoru, který je grafickým zobrazením bodu v barevném prostoru L*, a*, b* (v pravoúhlých souřadnicích) nebo L*, C*, h° (v cylindrických souřadnicích). Přístroj je propojen s počítačem a barevné parametry vyhodnocuje pomocí programu Universal. Pro hodnocení světlostálosti je porovnávána barevnost série vzorků, které jsou uschovány na suchém a temném místě, se sérií vzorků, jež byly vystaveny na povětrnostní stanici po určitý časový interval. Po 1, 3, 6, 12 a 24měsíční expozici jsou vzorky vždy přeneseny ze stanice do laboratoře, kde jsou tři dny aklimatizovány volným schnutím, poté je změřena barevná souřadnice jak na exponovaných, tak na neexponovaných (referenčních) vzorcích. Výsledkem je porovnání barevných odchylek u vzorků exponovaných a neexponovaných. Velikost celkové barevné odchylky DE* je nepřímo úměrná světlostálosti. Celková barevná diference DE* (ΔECIE*) je vypočtena dle rovnice:

ΔECIE* = [(ΔL*)2 + (Δa*)2 + + (Δb*)2]1/2,

(1)

kde souřadnice L* odpovídá jasu, a* a b* vyjadřují barevný tón [2]. Po proměření jsou vzorky opět vystaveny na povětrnostní stanici. Doba vystavení se uvádí ve dnech a celkové vyhodnocení světlostálosti lze provést nejdříve po dvouletém vystavení [3]. 63

VĚDA


2

1

Obr. 1 Probarvené betonové vzorky na povětrnostní stanici Vičanov Fig. 1 Coloured concrete samples at the weathering station in Vičanov

=dÂS\adbZ]abtZ]abWO\]ÙO\WQYÝQV^WU[S\b×dPSb]\c ^]Rd]cZSb{Sf^]hWQW\O^]db`\]ab\abO\WQW 1SZY]dtPO`Sd\t]RQVgZYO23

" !#

AdbZ]abtZ{^WU[S\bg

!

Dga]QSadbZ]abtZ{^WU[S\bg

# # #

3

adV\0

adV\/

b[V\0

b[V\/

xS`°0

xS`°/

ÐZcÍ0

ÐZcÍ/

adxS`dS°0

adxS`dS°/

b[xS`dS°0

b[xS`dS°/

\SPO`dS\ÝPSb]\

Tab.1 Meziroční porovnání povětrnostních stanic Tab. 1 Annual statistics of weathering stations Povětrnostní stanice Precheza (205 m. n. m) Vičanov (685 m. n. m) rozdíl (V – P) [%]

PŮSOBENÍ

Solární energie [kWh/m2] 2160 2036 –5,74

Celková dávka Srážky [mm] 724 1307 +80,52

K L I M AT I C K Ý C H S L O Ž E K

N A S V Ě T LO S TÁ LO S T B A R E V N É H O BETONU

Díky možnosti srovnávat zcela odlišná prostředí povětrnostních stanic Precheza a Vičanov jsme získali informace o vlivu jednotlivých složek klimatu a jejich působení na barevné změny barevných betonových vzorků. V tab. 1. jsou uvedeny vybrané veličiny s největším vlivem na stálobarevnost, a to celková dávka solární energie a srážky dopadající na vzorky jak na stanici Precheza, tak na stanici Vičanov. Z rozdílů těchto dvou hlavních sledovaných povětrnostních parametrů lze říci, že se stanice neliší v množství dopadající solární energie (vzdálenost mezi stanicemi je pouze 65 km), ale za povšimnutí stojí zvýšené množství srážek o + 80,5 % na hor64

Průměrná roční teplota [°C]2008 10,9 8,1 25,69

Obr. 2 Pravoúhlé a cylindrické souřadnice CIE 1976 L*a*b* prostoru Fig. 2 Rectangular and cylindrical coordinates of space CIE 1976 L*a*b* Obr. 3 Ověření světlostálosti anorganických pigmentů v betonu po dvouleté expozici na povětrnostní stanici Fig. 3 Two-years weathering resistance of iron pigments in concrete Obr. 4 Detaily povrchů barevných betonů po dvouletém vystavení na povětrnostní stanici Vičanov, srovnání s referenčními povrchy i s pigmenty organickými. Fig. 4 Details of coloured concrete surfaces after two years at the weathering station in Vičanov, compared with reference surfaces and also organic pigment

ské povětrnostní stanici Vičanov v nadmořské výšce 685 m. n. m (rozdíl nadmořských výšek obou stanic je 480 m). Pro zjištění vlivu rozdílných srážek jsou srovnány celkové barevné odchylky DE* párovým T-testem na hladině významnosti 7,5 % u vzorků na stanici Vičanov a Precheza. Výsledným rozdílem je číselná hodnota 0,443, což dokazuje, jak je výrazný i vliv srážek na světlostálost probarveného betonu. Toto zjištění dozajista koresponduje s vyšší erozí jemných částic z povrchu betonu právě díky zvýšenému množství srážek, kdy v kombinaci s mrazovými cykly dochází i k degradaci povrchu betonu. Empirickým zjištěním byly v interní metodice rozděleny pigmenty na tzv. „vysoce světlostálé“, jež vykazují odchylku DE* po dvou letech do hodnoty 3

a „svěltostálé“ pigmenty, které by pak měly vykazovat odchylky DE* mezi 3 až 6. Pro zjištění celkové barevné odchylky DE* (obr. 3) byly srovnávány vždy dva pigmenty stejného chemického složení a stejného odstínu, kdy vzorky betonu s označením A obsahovaly pigmenty Fepren. S V Ě T LO S TÁ LO S T

ANORGANICKÝCH

PIGMENTŮ V BETONU

Interní metodika stanovení světlostálosti byla vyvinuta v souladu s příslušnou normou ČSN EN 12878 [3]. Dlouhodobé zkoušení světlostálosti na povětrnosti prokázalo srovnatelnou kvalitu anorganických pigmentů na bázi oxidů železa, a to ve smyslu srovnání světlostálosti pigmentů od různých světových výrobců. Výsledné barevné odchylky na betonových vzor-


6/2009

VĚDA SCIENCE

AND

A VÝZKUM RESEARCH

4

2 roky na povětrnosti Referenční vzorek Fepren TP 303

2 roky na povětrnosti Referenční vzorek Fepren Y 710

2 roky na povětrnosti Referenční vzorek Fepren B 610

2 roky na povětrnosti Referenční vzorek Fepren OG 970

2 roky na povětrnosti Referenční vzorek Nestabilní organická červeň

2 roky na povětrnosti Referenční vzorek Nestabilní organická modř

cích prokazují velmi podobný trend barevných změn. U všech železitých pigmentů probíhá stejná barevná změna, která se utváří v počátečních údobích expozice barevných betonových povrchů. Výrazná barevná změna se vyskytla i u neprobarveného betonu z šedého cementu, což potvrzuje předchozí úvahy o velmi výrazném vlivu změny barvy samotné cementové matrice, jež se mění v závislosti na tvorbě hydratačních produktů cementu v čase. Změnou matrice jsou pak ovlivněny zejména světlé odstíny žlutí a červení, tmavé odstíny černí a hnědí šedý povrch betonu více překrývají ve smyslu subtraktivního mísení barev. Reálně změny barvy povrchu dokumentuje obr. 4., kde jsou vyfoceny povrchy betonu s anorganickými pigmenty na snímcích po dvouletém vystavení povětrnosti (vždy vlevo) a vpravo pak referenční vzorky, které byly uloženy na temném a suchém místě. Pro srovnání stálobarevnosti jsou zařazeny také pigmenty organické, které jsou obecně UV nestabilní a vlivem povětrnosti se výrazně mění barva betonového povrchu již po jednom měsíci expozice [4]. Zkoušky světlostálosti na povětrnostních stanicích se ukazují jako přesněj-

ší a průkaznější metodika v predikci stálobarevnosti barevných betonových povrchů, navíc odpovídají skutečné barevné změně betonového výrobku, než je tomu např. u zrychlených testů v QUV panelech. Zkoušky světlostálosti barevného betonu v QUV panelech (fluorescentní UV aparatura koncipovaná dle ASTM G 154-00) lze považovat pouze za orientační, jelikož na vzorcích betonů, díky působení cyklické kondenzace a transferu vlhkosti, enormně vznikají vápenné výkvěty, čili povrchy výrazně světlají (roste souřadnice L*). Dále zde nedochází k téměř žádné mechanické námaze na povrchu vlivem deště, větru či dokonce mrazu. Zrychlené testy světlostálosti v QUV panelu jsou prováděny dle standardu ASTM D 4587-01 – Standard Praktice for Fluorescent UV-Condensation Exposures of Paint and Related Coatings, který je koncipován především pro nátěrové barvy. Oproti tomu na povětrnostních stanicích vzorky již během prvního půl roku vystavení výrazně tmavnou (klesá souřadnice L*) a mírně ztrácí sytost (klesá C*). K těmto změnám dochází právě vlivem vodní a větrné eroze jemných částic pigmentu či jemných pískových frakcí z povrchu betonových vzorků. Po uplynu-


6/2009

Literatura: [1] ČSN EN 196-1 – Metody zkoušení cementu. Část 1: Stanovení pevnosti, 2005 [2] Šulcová P.: Vlastnosti anorganických pigmentů a metody jejich hodnocení, Univerzita Pardubice, ISBN 80-7194-305-3, 2000 [3] ČSN EN 12878, Pigmenty pro vybarvování stavebních materiálů na bázi cementu a/nebo vápna – Specifikace a zkušební postupy, 2005 [4] Hela R., Přikryl J.: Pohledové povrchy stavebních konstrukcí. Stavitel, 2007, roč. 2007, č. 12, s. 14–15. ISSN: 1210-4825

tí určité doby pak další expozice již nezpůsobuje u anorganických pigmentů výraznější změny. Text článku byl posouzen odborným lektorem. Ing. Jan Přikryl České technologické centrum pro anorganické pigmenty, a. s. Nábřeží Dr. E. Beneše 24, 751 62 Přerov tel.: 581 252 629, fax: 581 252 549 e-mail: [email protected], www.ctcap.cz

65

VĚDA


VLIV

PIGMENTŮ NA VLASTNOSTI BETONU INFLUENCE OF PIGMENTS ON CONCRETE PROPERTIES IVANA PEČ U R, SAN DR A JU R ADI N, M I R O S L AV D U V N J A K , T O M I S L AV L O V R I Č V současné době jsou barevné betony používány pro výstavbu nových budov i při rekonstrukcích a přestavbách stávajících objektů. Přidání pigmentu do směsi betonu má dopad na jeho barvu i mechanické vlastnosti. V článku jsou prezentovány výsledky experimentálního výzkumu vlivu typu a množství přidaného pigmentu na tlakovou pevnost betonu různého stáří a jeho modul pružnosti. In the recent time, during reconstruction concrete structures, coloured concrete are using for building new and/or repair a part of construction. Pigment admixture amount has impact on concrete colour shade and mechanical characteristics. Results of experimental investigation of influence types and amount of pigment on compressive strength and modulus of elasticity in different age are shown in paper. Barevné betony patří do zvláštní skupiny dekorativních pohledových betonů. Zabarvení betonu se získává přidáním pigmentu do betonové směsi a zbarvení je trvalé. Pigment musí být schopen zbarvit beton jednoduše a kvalitně, to znamená stejnoměrně a spolehlivě. Pigmenty jsou dodávány v práškové nebo granulované formě. Granulované pigmenty jsou používány posledních patnáct let a pro svůj jednoduchý způsob aplikace a přesné dávko-

vání se staly nejžádanější formou užití pigmentů. Požadavky trhu a nové definice pigmentů vedou k „efektivním granulím“ pigmentové směsi, která ovlivňuje takové vlastnosti betonu, jako jsou plasticita, porozita, kompaktnost, tlaková pevnost, absorpce vody ad. Nehledě na zbarvení betonu, ovlivňují tedy vlastnosti, které mohou přispět k lepší kvalitě výsledného betonu. Např. snížení rizika výluhů na povrchu betonu je zvláště důležité. Užívání barevných betonů v Chorvatsku je pod úrovní v současném světě běžnou, i když příležitostí je dostatek. Důvody pro povzbuzení výroby a rozšíření barevných betonů jsou zejména ekonomické povahy. Kvalitní povrch pohledového betonu simuluje tak dobře některé přírodní materiály (kámen, keramiku), že je jen velmi obtížné je rozeznat. Může je tedy plně nahradit a šetřit tak přírodní materiálové zdroje. Barevné betony si získaly velkou oblibu, jediným nedostatkem je obava o dostatečnou trvanlivost sytosti vybrané barvy a pevnost materiálu. Teoretické analýzy upozorňovaly na možnost poklesu tlakové pevnosti betonu při použití určitých typů pigmentů, ale pouze ve velkém (až nadbytečném) množství. V praxi jsou tato tvrzení diskutabilní, protože pokles tlakové pevnosti byl naměřen u dávkování pigmentu nad 5 % z množství cementu. Jako jsou tyto závěry relativní vzhledem k užívání různě kvalitních komerčně dostupných pigmentů, je obtížné popsat předem vliv určitého pigmentu na navrhovaný beton. Většina výrobců připravuje a realizuje

Tab. 1 Betonové směsi použité pro výrobu zkušebních vzorků Tab. 1 Composition of tested concrete [4, 5] Betonová I série II série směs mass natur black natur red I red II yellow Cement [kg] 350 350 400 400 400 400 w/c 0,45 0,45 0,45 0,45 0,45 0,45 SuperViscoCrete ViscoCrete Glenium Glenium Glenium Glenium plastifikátor 20 HE: 0,3% 20 HE: 0,3% Sky 510 1% Sky 510 1% Sky 510 1% Sky 510 1% Kamenivo [kg] 1840 1814 1801,5 1801,5 1801,5 1801,5 0–4 mm 45 % 4 5% 40 % 40 % 40 % 40 % 4–8 mm 20 % 20 % 10 % 10 % 10 % 10 % 8–16 mm 35 % 35 % 20 % 20 % 20 % 20 % 16–31,5 mm – – 30 % 30 % 30 % 30 % Pigment – Black 3 % – Red 1 dose Red 2 dose Yellow 1 dose

66

zkoušky barevných betonů tak, že srovnává své vzorky s vzorky barevných betonů jiných výrobců za účelem ukázat, že jejich barevný beton je odolnější a trvanlivější než beton jiného výrobce. Velmi málo zkoušek bylo realizováno s cílem stanovit vliv pigmentů na mechanické vlastnosti betonu porovnáním výsledků identických zkoušek barevných betonů s různým obsahem pigmentů s betony bez přidání pigmentů. Předmětem tohoto článku je porovnat vliv obsahu pigmentů na tlakovou pevnost a modul pružnosti betonu. E X P E R I M E N TÁ L N Í

VÝZKUM

Betonové směsi Byly vyrobeny dvě série zkušebních vzorků. Betonová směs pro první sérii obsahovala: cement CEM II/B-M (S-V) 42,5 N od Holcim Koromačno, přírodní těžené kamenivo Dmax = 16 mm (Ježdovec), černý práškový pigment (Elementis) [2] a superplastifikátor ViscoCrete-20HE (0,3 %). Pro druhou sérii byl použit cement Strukto – CEM II/B-M (S-LL) 42,5 od CemexDalmacijacement, drcené kamenivo D = 31,5 mm z Klis-Kosa, žlutý a červený práškový pigment Sika Cim Color S [3] a superplastifikátor Glemium Sky 510 (1 %) (tab. 1). Průběh zkoušek První skupina vzorků byla vyrobena ze dvou záměsí stejného složení. Do směsi byl přidán černý pigment v množství 3 % obsahu cementu. Betonové vzorky z obou záměsí stáří 1, 3, 7 a 28 dnů byly podrobeny zkouškám k určení jejich pevnosti v tlaku a modulu pružnosti. Pevnost v tlaku byla zkoušena na krychlích o délce hrany a = 150 mm a válcích o průměru/ výšce ∅/h = 150/300 mm podle chorvatské normy HRN EN 12390-3. Hodnoty statického modulu pružnosti betonu byly určeny na základě výsledků zkoušek provedených na válcích o průměru/výšce ∅/h = 150/300 mm dle normy HRN U.M1.025. Po určení modulu pružnosti byly stejné prvky podrobeny zkoušce pevnosti v tlaku. Druhá skupina zkoušek zahrnovala


6/2009

VĚDA SCIENCE

POPIS

VÝSLEDKŮ ZKOUŠEK

A DISKUZE

Tlaková pevnost Výsledky zkoušek tlakové pevnosti vzorků v první sérii jsou uvedeny na obr. 1. Je zde vidět, že v prvních dnech mají vzorky vyrobené z černého betonu vyšší pevnost než vzorky z nebarveného betonu. Po 28 dnech je však tlaková pevnost černého betonu jen nevýrazně vyšší než tlaková pevnost nebarveného betonu. Tlaková pevnost betonu byla stanovena i na válcích o průměru/výšce ∅/h = 150/300 mm. Soubor vypočtených pevností na válcích a krychlích o hraně a = 150 mm byl porovnán s hodnotami naměřených pevností (obr. 2). f15c,cube = (1,2 f15/30c,cyl) / 0,95 Podle obr. 2 černé betonové krychle dosáhly mírně vyšší hodnoty pevnosti betonu v tlaku po 28 dnech než zkušební prvky z referenčního materiálu. Černé betonové zkušební válce vykazovaly pevnost v tlaku po 28 dnech

#

1][^`SaaWdSab`S\UVbI;>OK

Obr. 1 Tlaková pevnost černého a nebarveného betonu zkoušená na krychlích různého stáří [4] Fig. 1 Compressive strength of black and natural concrete tested on cubes, for different age [4]

"#

"

0ZOQY

Obr. 3 Pevnost betonu v tlaku měřená na krychlích z barevného a nebarveného betonu [5] Fig. 3 Compressive strength of coloured and naturel concrete tested on cubes, for different age [5]

"!"#

"!$

!#"

!!$ '&

! !#

#

#'

# #

!

%

&

%

&

/USIROgaK

1 $ \Obc`QcPS #

1][^`SaaWdSab`S\UbVI;>OK

Obr. 2 Srovnání tlakových pevností černého a nebarveného betonu měřených na krychlích a válcích [4] Fig. 2 Comparison of compressive strength of black and natural concrete tested on cubes and cylinders [4]

" "

!#

\Obc`QgZW\RS` PZOQYQcPS

"

PZOQYQgZW\RS`

!

2

!

%

1][^`SaaWdSab`S\UbVI;>OK

určení vlivu přidání pigmentu na tlakovou pevnost betonu. Byly připraveny čtyři skupiny vzorků ze záměsí: 1 - referenční vzorky – beton bez přidání pigmentů 2 - vzorky z betonu stejného složení s přidáním maximálního doporučovaného množství červeného pigmentu (dvě dávky) 3 - vzorky z betonu stejného složení s přidáním jedné dávky červeného pigmentu 4 - vzorky z betonu stejného složení s přidáním jedné dávky žlutého pigmentu Jednotlivé dávky pigmentu obsahují doporučenou skladbu pigmentu dle vlastností pojiva. Pigment je obvykle balen tak, že na 50 kg pojiva se použijí jedna až dvě dávky. Předmětem zkoušek vzorků červeného betonu obarveného oběma způsoby (jednou a dvěma dávkami pigmentu) bylo sledování vlivu množství přidaného pigmentu na tlakovou pevnost betonu. Tlaková pevnost druhé série nebarvených a červených betonových vzorků byla zkoušena po 3, 7 a 28 dnech, zatímco vzorky ze žlutého betonu byly zkoušeny pouze po 28 dnech. Všechny vzorky byly skladovány ve vlhké místnosti až do dne zkoušení.

A VÝZKUM RESEARCH

AND

$

#

@SR77 GSZZ]e

"

/USIROgaK

$'$ $'& #%"# "''"

"'"%

$#%

# #

"" ! !'"%

"!!

! !

3

vyšší o 4 až 5 MPa než prvky připravené z nebarveného betonu. Tento vztah pevností může být vysvětlován hutnější konzistencí směsi černého betonu. Na základě porovnání výsledků můžeme konstatovat, že přidáním černého pigmentu do betonové směsi v množství 3 % z obsahu pojiva nedojde k ovlivnění tlakové pevnosti betonu. Výsledky zkoušek druhé série vzorků jsou zobrazeny na obr. 3. V první části grafu na obr. 3 jsou hodnoty měřené na betonových vzorcích ve stáří tři dny. Vzorky připravené z obou typů červeného betonu vykazovaly vyšší pevnost v tlaku než nebarvený beton. Dokonce


%

&

/USIROgaK

6/2009

i beton s přidáním jedné dávky pigmentu měl vyšší hodnotu, avšak tlaková pevnost stejného betonu po sedmi dnech byla už o trošku nižší, méně než 0,5 MPa, než nebarveného betonu. Pevnost betonu obarveného dvojnásobnou dávkou pigmentu byla o 2 MPa vyšší. Po 28 dnech byly pevnosti v tlaku všech barvených betonů o 4 až 8 MPa vyšší než pevnost referenčního nebarveného betonu. Největší rozdíl byl u žlutého betonu. Příčina tohoto jevu byla zřejmě v množství připravovaného betonu. Protože tohoto betonu bylo připravováno nejmenší množství, podmínky mísení se pravděpodobně lišily od mísení ostat67

VĚDA


\Obc`µ3

!#

PZOQYµ3

;]RcZca]TSZOabWQWbgI5>OK

!##

&&

! $&

$'

!"

! "

% '

$$

# # #

Literatura: [1] Egger C. M.: Problems with coloured concrete, Betonwerk + Fertigteil – Technik, 7/05, str. 14–20 [2] www.elementispogments.com [3] www.sika-croatia.hr [4] Duvnjak M.: Obojani beton, Diplomski rad, Gradevinski fakultet Sveučilište u Zagrebu, str. 99, 2005 [5] Lovrič T.: Utjecaj pigmenta na čvrstoču betona, Završni rad, Gradevinsko – arhitektonski fakultet Sveučilišta u Splitu, str. 39, 2008

4

!

/USIROgaK

%

&

\Obc`µB "

PZOQYµB ! ''

;]RcZca]TSZOabWQWbgI5>OK

!# !

!'#

''!

! !%

! $"

!"

!"%$

!#&

Obr. 4 Hodnoty statického modulu pružnosti měřené na betonových vzorcích z černého a nebarveného betonu různého stáří [4] Fig. 4 Static modulus of elasticity measured on natural and black concrete, for different age [4] Obr. 5 Statické moduly pružnosti spočítané pro černý a nebarvený beton různého stáří [4] Fig. 5 Static modulud of elasticity calculated on natural and black concrete, for different age [4]

# #

Obr. 6 Beton s a) jednou a b) dvěma dávkami červeného pigmentu [5] Fig. 6 a) 1 dose and b) 2 doses of red pigment in concrete [5]

#

5

!

/USIROgaK

%

ních směsí. Na základě získaných výsledků je možno konstatovat, že přidání barevných pigmentů do směsi čerstvého betonu nezpůsobí pokles jeho pevnosti v tlaku. Statický modul pružnosti Naměřené hodnoty statického modulu pružnosti černého a nebarveného betonu jsou vyneseny na obr. 4. Křivky ukazují, že modul pružnosti černého betonu je opět vyšší než modul pružnosti referenčního nebarveného betonu, zejména v ranném stádiu je rozdíl větší

6a

68

&

rychlejším nárůstem sledované veličiny u černého betonu. Hodnota rozdílu klesá s narůstajícím stářím betonu a po 28 dnech jsou hodnoty modulu pružnosti černého a nebarveného betonu téměř totožné. Statický modul pružnosti betonu lze teoreticky spočítat ze vztahu 3 Pa = ' # TQ#QcPS +

⎡⎣5>O⎤⎦ ,

kde fc,cube je pevnost betonu v tlaku měřená na krychlích o hraně a = 150 mm. Výsledky vypočítaných statických modulů pružnosti betonů zkušebních vzorků

jsou vyneseny na obr. 5. Konečný rozdíl mezi spočtenými moduly pružnosti černého a nebarveného betonu je téměř stejný jako u hodnot naměřených při zkouškách. Hodnoty spočtených modulů pružnosti jsou o 3 až 5 GPa vyšší než hodnoty získané měřením. Na základě získaných výsledků je možno konstatovat, že pro černý beton vyrobený přidáním 3 % pigmentu z obsahu pojiva je možno vyloučit, že přidání pigmentu do směsi způsobí pokles hodnot statického modulu pružnosti a pevnosti betonu v tlaku.


6/2009

VĚDA SCIENCE

Vliv množství přidaného pigmentu Výsledky zkoušek červeného betonu s jednou a dvojitou dávkou pigmentu ukázaly, že zabarvení betonu nemá žádný vliv na jeho pevnost v tlaku, tzn. pevnost se nesníží. Na obr. 6 je vidět, že barevný rozdíl není příliš velký. Abychom získali realistický vzhled barevného odstínu, nechali jsme vzorky nějakou dobu uložené ve vnějším prostředí, kde mohlo dojít k jejich přirozenému stárnutí a mohl být sledován vliv množství pigmentu na trvanlivost barevného odstínu. Z ÁV Ě R Běžný beton, do kterého jsou přidávány barevné pigmenty, se rychle stal nejpoužívanější dekorativním betonem díky jednoduchosti přípravy. Během posledních let se však objevily některé chyby a defekty týkající se trvanlivosti barevného odstínu a mechanických vlastností betonu. Uskutečněné zkoušky umožnily stanovit množství přidaného pigmentu, které ještě negativně neovlivní mechanické vlastnosti betonu. Tato omezení není možné brát dogmaticky, neboť je vždy celá řada parametrů, které určitou kombinací mohou způsobit pokles mechanických vlastností materiálu. Také otázka trvanlivosti a stálosti barevného odstínu betonu ještě není dořešena a není stanovena univerzální formulace, která by případným změnám zabránila.

V experimentální části projektu byly porovnány mechanické vlastnosti (pevnost betonu v tlaku a statický modul pružnosti) různě starých černých a nebarvených betonů, tlakové pevnosti červených a žlutých betonů byly porovnány s referenčními vzorky za účelem stanovení vlivu množství přidaného pigmentu na pevnost betonu v tlaku. Po analýze získaných výsledků bylo možno učinit následující závěry: • prvky barveného betonu měly v raném stáří vyšší tlakovou pevnost než prvky z referenčního betonu, • naměřená pevnost barevných betonů v tlaku byla stejná, příp. vyšší než u referenčních vzorků z nebarveného betonu, na základě toho je možno konstatovat, že přidání pigmentů v doporučeném množství nevytváří nebezpečí poklesu tlakové pevnosti betonu, • prvky z černého betonu raného stáří měly vyšší modul pružnosti než prvky vyrobené z referenční betonové směsi, • po 28 dnech byly moduly pružnosti přibližně stejné (přičemž moduly pružnosti černého betonu byly nevýznamně vyšší), takže je možno konstatovat, že zvýšení množství přidaného pigmentu nezpůsobí snížení hodnot mechanických vlastností betonu. Byly zkoušeny dvě série vzorku s různým přidaným množstvím červeného pigmentu. Nebyla naměřena významnější


6/2009

AND

A VÝZKUM RESEARCH

odchylka hodnot pevnosti v tlaku a prvky měly téměř stejný barevný odstín. Otázkou zůstává, jak se bude měnit během času sytost barevného odstínu a jaká bude jeho stálost, budou-li zkušební prvky ponechány na slunci.

Příspěvek na toto téma zazněl na konferenci Sanace 2009 (pozn. redakce).

Prof. dr. sc. Ivana Banjad Pečur Fac. of CE, Univ. of Zagreb, Dept. of materials Kaciceva 26, 10000 Zagreb Croatia tel.: +385 146 391 62 e-mail: [email protected] www.grad.hr Doc. dr. sc. Sandra Juradin Fac. of CE and Arch., Univ. of Split Dept. of Struct. materials Matice hrvatske 15, 21000 Split Croatia tel.: +385 213 033 39 e-mail: [email protected] www.gradst.hr Miroslav Duvnjak, B. S. in Civil engineering Tomislav Lovrič, student of Graduate studies: CE

69

SOFTWARE SOFTWARE

ŽELEZOBETONOVÉ

SCHODIŠTĚ SE ZALAMOVANOU SCHODNICÍ A REINFORCED CONCRETE STAIRCASE WITH A CRANKED STRING ONDŘEJ KLEČKA Popis návrhu železobetonového schodiště se zalamovanou schodnicí v rámci rekonstrukce staré zanedbané průmyslové budovy. The description of the structural analysis of a reinforced concrete staircase with a cranked string within a reconstruction of an old neglected industrial building.

1

V rámci revitalizace zdevastované průmyslové budovy v areálu bývalého podniku ČKD jsme navrhovali postup sanace původních železobetonových konstrukcí postavených ve 40. letech dvacátého století. Téměř všechny horizontální betonové konstrukce byly zasaženy karbonatací betonu, místy až do hloubky 80 mm. Vertikální konstrukce byly zasaženy karbonatací pouze lokálně v tloušťce do 7 mm. Tyto zkarbonatované části betonu byly sanovány antikorozní im

pregnací s migračními inhibitory (Sika FerroGard 903). Původní čtyřpodlažní budova byla navýšena o jedno podlaží. Kvůli přístupu do nástavby byla v trámovém stropě vybourána čtyři pole. Tři slouží k vizuálnímu propojení pater, čtvrté pro konstrukci nového železobetonového schodiště, které se stalo nejdůležitějším architektonickým prvkem rozsáhlé místnosti ateliéru. SCHODIŠTĚ Jeden z prvních návrhů autora projektu Ing. arch. Kubička počítal s ocelovým schodištěm z válcovaných jäckelů. Ale tak jako celková rekonstrukce objektu probíhala postupně, tak se postupně vyvíjel i návrh schodiště až k dnešnímu železobetonovému. Jedna z variant uvažovala i s černým probarveným betonem. Tvar zalamované schodnice a rozměry byly dány architektem, který s rozšíře-

2

4

70


6/2009

SOFTWARE SOFTWARE

5

6

7

Obr.1 Fig. 1

Zrekonstruovaná budova tiskárny AF BKK, s. r. o. A reconstructed building of the printery AF BKK, s. r. o.

Obr. 2 Boční pohled na zalamovanou schodnici Fig. 2 Side view of a cranked string Obr. 3 Čelní pohled na stupnice různé šířky Fig. 3 Front view of treads with different width Obr. 4 Schodiště jako dominanta prostoru Fig. 4 Staircase as a dominating feature of the room Obr. 5 Pružná deformace 2D prvků v programu RENEX3D Fig. 5 Elastic deformation of the 2D elements at RENEX3D software Obr. 6 Maximální ohybový moment uprostřed rozpětí Fig. 6 Maximum bending moment in the middle of the span Obr. 7 Řez výztuží pomocí programu RECOC BETON Fig. 7 Section of reinforcement by RECOC BETON software BETON • TECHNOLOGIE • KONSTRUKCE • SANACE

8 Obr. 8 Zvýrazněná deformace s předpokládanými trhlinkami, šířka do 0,13 mm nad podporami Fig. 8 Highlighted displacements with expected cracks, width upto 0,13 mm over supports 6/2009

71

SOFTWARE SOFTWARE

5 kN/m2 a nynější využití jako administrativní budova nepotřebuje tak vysokou únosnost. Rozměry stupnice jsou 370 x 168 mm s šířkou stupně 900 respektive 1200 mm, přesah tvořící „podstupnici“ je 100 mm. Zatížení na schodech je uvažováno užitné 3 kN/m2 a vlastní tíha. Ostatní stále zatížení není uvažováno, neboť beton je pochozí.

9 Obr. 9 Bednění s výztuží během provádění (autor Ing. arch. Kubíček) Fig. 9 Formwork with reinforcement during construction (foto by Ing. arch. Kubíček)

ním betonových prvků souhlasil, pokud to bude jen trochu možné. V době posuzování tohoto schodiště byly stále ještě aktuální fotografie z jiné stavby, šířené po internetu, na kterých bylo vidět, jak katastrofálně dopadla realizace podobného schodiště se zalamovanou schodnicí. N ÁV R H Schodiště začíná i končí na monolitických deskách tloušťky 168 mm o rozměrech zhruba 1,9 x 1,8 m, které jsou nabetonovány na původní stropní konstrukce, s nimiž jsou spojeny navrtanými vlepovanými trny. Překonávaný výškový rozdíl je 3,7 m a rozpětí 5,4 m. S přitížením stropů nebyl problém, protože původně byly navrženy na únosnost

ZV Ý H O D N Ě N É

Z ÁV Ě R Schodiště je celé monolitické a bylo prováděno přímo na místě. O tom, že bylo realizováno v popsané formě, jsem se dozvěděl nedlouho před vydáním tohoto příspěvku, kdy jsem se na schodiště jel poprvé podívat. Spíše jsem předpokládal, že projekt skončí v deskách jako jedna z možných alternativ. Schodiště je opravdu dominantou místnosti a díky minimálnímu přesahu jednotlivých stupňů má konstrukce lehký až vzrušující výraz, což byl architektův záměr. Povrch schodiště je kompaktní, konstantních pohledových vlastností. Prováděcí firma si musela dát záležet, nejsou vidět žádné opravované ulomené rohy a nikde nevznikly kaverny, přestože výztuže tam není málo a probetonování nebylo snadné. Zúčastnění AF BKK, s. r. o. Investor Architektonický caraa.cz, s. r. o., Ing. arch. Kubíček návrh Recoc, s. r. o., Statický návrh Ing. Klečka DNA, s. r. o., Zhotovitel Ing. Eichler schodiště 2007 Realizace

OVĚŘENÍ Jelikož se jedná o velmi atypický konstrukční prvek, bylo vhodné ověřit jeho chování v programu umožňujícím fyzikálně nelineární analýzu. Vázaná výztuž kreslená pomocí programu RECOC BETON se dá lehce importovat do programu ATENA 2D,

Ing. Ondřej Klečka Recoc, s. r. o. Seydlerova 2451/8, 158 00 Praha tel: 251 624 661, fax: 251 624 609 e-mail: [email protected], www. recoc.cz

P Ř E D P L AT N É P R O S T U D E N T Y A S TA V E B N Í I N Ž E N Ý R Y D O

Zvýhodněná cena za roční předplatné (šest čísel) pro studenty a stavební inženýry do 30 let je 270 Kč bez DPH včetně balného a distribuce. Podmínkou je přiložit k objednávce doklad o studiu, např. kopii studentské karty ISIC, nebo datum narození.

72

VÝPOČET Prvotní výpočty a návrh výztuže byly simulovány pomocí programu RENEX3D (výpočtové jádro NEXIS resp. ESA implementované do prostředí AutoCADu) na deskostěnové konstrukci složené z 2D prvků desek, modelujících stupnice, a stěn podstupnic. Na pomyslné střednici mají vodorovné prvky rozměry 270 x 900 mm s tloušťkou 170 mm, resp. svislé 170 x 900 mm s tloušťkou 100 mm. Pružné deformace pro MSP vycházejí 4,3 mm a návrh výztuže pro MSÚ cca 800 mm2 nad podporami a cca 500 mm2 uprostřed rozpětí, pro teoretickou podstupnici. Pro porovnání deformací a návrhu výztuže byl vymodelován prutový model z 1D prvků. Deformace prutového modelu jsou o trochu vyšší, což se dá očekávat, neboť výpočtové schéma je jednodušší a poddajnější než skořepina z 2D prvků. Výpočet ale posloužil k ověření ohybových momentů, vypočtených ručně. Výztuž navržená na hodnoty momentů nad podporami vychází devět profilů průměru 10 mm, při rozpočítání na běžný metr šířky je to 785 mm2. Na základě nezávislých výpočtů se dá konstatovat, že výpočtové modely spolu korespondují a nic by nemělo bránit závěru, že daná konstrukce vyhovuje.

který patří mezi nejvýkonnější programy svého druhu a máme s ním dobré zkušenosti. Program je založen na deformační metodě konečných prvků a jeho hlavním rysem je použití nelineárních modelů chování materiálů včetně uvažování vzniku trhliny a úpravy sítě konečných prvků. Umožňuje analyzovat chování stavební konstrukce v kritických podmínkách, kdy dochází k jejímu porušování a predikovat chování při případném přetížení.

1/2009

6/2009

POZEMNÍ

STAV BY

OBČANSKÉ

A P R Ů MY S LOV É STAV BY

3/2009

2/2009

SANAC E

M A T E R I Á LY

A T E C H N O LO G I E

30

LET

4/2009

5/2009

MOSTY

TUNELY

A PODZEMNÍ KONSTRUKCE

p f 2 0 1 0 BETON • TECHNOLOGIE • KONSTRUKCE • SANACE

6/2009

NORMY • JAKOST • CERTIFIKACE S TA N D A R D S • Q U A L I T Y • C E RT I F I C AT I O N

A P L I K AC E Č S N E N 19 9 2 - 1- 1

DO STATICKÉHO SOFTWARU A P P L I C A T I O N O F Č S N E N 19 9 2 - 1- 1 I N T O C I V I L E N G I N E E R I N G SOFTWARE JAN GAJDOŠÍK Poměrně nová norma ČSN EN 1992-1-1 přináší různé otázky při aplikaci do praxe. Tento článek se pokouší na některé z nich odpovědět z pohledu programátora, který prováděl algoritmizaci normy do statického softwaru. The relatively new standard ČSN EN 1992-1-1 brings various questions about its application in the praxis. This article tries to answer some of them from point of view of the programmer, who appliied its algorithm into civil engineering software. S ohledem na blížící se ukončení platnosti normy ČSN 73 1201, podobně jako i ostatních klasických ČSN norem na konci tohoto roku, se tento článek pokusí seznámit čtenáře s určitými úskalími nové normy ČSN EN 1992-1-1, včetně návrhu na řešení z pohledu statika-programátora, který aplikoval tuto normu do statického softwaru. Je jasné, že zde uvedené postřehy se nemusejí shodovat s problémy statika z praxe, nicméně i tak pro něj mohou být určitým obohacením a poskytnout mu trochu jiný pohled na věc. Článek se nesnaží pokrýt celou složitou problematiku betonových konstrukcí, ale pokouší se popsat pasáže, které pro algoritmizaci představovaly největší problém. V článku se budou vyskytovat odkazy na kapitoly, články, oddíly a vzorce normy, vždy se jedná o části normy ČSN EN 1992-1-1. M E Z N Í S TAV Ú N O S N O S T I P R O O H Y B O V Ý M O M E N T A / N E B O N O R M Á LO V O U S Í L U Pro základní výpočet únosnosti konstrukce nebo její části zatížené momentem a/nebo normálovou silou platí jasně stanovená pravidla (viz kap. 6.1 normy). Průřez zůstává rovinný, beton se deformuje stejně jako výztuž a mezní přetvoření pro oba materiály je určené volbou pracovního diagramu. A právě volba vhodného pracovního diagramu je poměrně zajímavou otázkou. Na výběr jsou celkem tři pracovní diagramy pro beton uvedené v kap. 3.1.7 normy, parabolicko-rektangulární, bilineární nebo obdélníkový diagram. Poslední jmenovaný se běžně používá při ručním výpočtu. Na volbě pracovního diagramu závisí maximální povolená průměrná deformace betonu ε. Betonový průřez, případně jeho části (např. pásnice u průřezu tvaru T při namáhání ohybem táhnoucím spodní vlákna), musí být po zprůměrování po ploše vyšetřované části průřezu zatíženy maximálně deformacemi εc2, εc3 předepsaným v tab. 3.1 normy. Zatímco pro ohyb vycházejí výsledky při srovnání podobně (rozdíl většinou pouze jednotky procent), pro oblast tlaku se mohou výsledky lišit celkem výrazně. Následuje modelový výpočet pro čtvercový průřez o straně 200 mm z betonu třídy C30/37, který bude pro zjednodušení nevyztužený (respektive bude zanedbán příspěvek k únosnosti od tlačené výztuže), namáhaný čistým tlakem. • Obdélníkový diagram: NRd = A 0,8 fcd = 0,04 . 0,8 . 20.106 = 640 [kN] • Bilineární nebo parabolicko-rektangulární diagram: NRd = A fcd = 0,04 . 20.106 = 800 [kN] BETON • TECHNOLOGIE • KONSTRUKCE • SANACE

• Výpočet pro bilineární diagram vychází z průměrné deformace betonu εc3 = 1,75 , které podle pracovního diagramu odpovídá pevnost betonu o hodnotě fcd = 20 MPa. Rozdíl únosnosti v tomto případě činí 25 % s tím, že ruční výpočet je konzervativnější. Nyní tentýž výpočet se započítáním výztuže: čtyři pruty průměru 16 mm z oceli B500A. • Obdélníkový diagram: NRd = Es 0,8 fcd + As εc2 Es = 0,04 . 0,8 . . 20.106 + 8,04.10-4 . 2.10-3 . 200.109 = 961,7 [kN] • Bilineární diagram: NRd = Ac fcd + As εc3 Es = 0,04 . 20.106 + + 8,04.10-4 . 1,75.10-3 . 200.109 = 1 081,5 [kN] • Parabolicko-rektangulární diagram: NRd = Ac fcd + As εc2 Es = = 0,04 . 20.106 + 8,04.10-4 . 2.10-3 . 200.109 = 1121,7 [kN] V případě, že je započítána i výztuž, výsledky vycházejí pochopitelně jinak (rozdíly únosnosti jsou menší), ale i tak jsou rozdíly mezi výpočtem prováděným ručně pomocí obdélníkového a parabolicko-rektangulárního diagramu cca 16 % – opět v neprospěch ručního výpočtu. Nevýhodou parabolicko-rektangulárního diagramu je ovšem rychlost. EFEKTIVNÍ (ÚČINNÁ) VÝŠKA PRŮŘEZU Dalším zajímavým střípkem, který je potřeba nějakým vhodným způsobem vyřešit, je otázka účinné výšky průřezu. S ní je na mnoha místech počítáno, avšak v normě není uvedena přesná definice, jak ji určit. Existují přinejmenším tři možné interpretace (obr. 1): • vzdálenost od nejvíce tlačeného okraje betonu ke středu nejvíce taženého prutu, • vzdálenost od nejvíce tlačeného okraje betonu k těžišti tažené výztuže, • vzdálenost od nejvíce tlačeného okraje betonu k působišti výslednice tahové složky dvojice vnitřních sil (sil vzniklých integrací kladného a záporného napětí po průřezu). Z obrázku je i patrné, která interpretace účinné výšky je nejdelší a která nejkratší. Pro nejběžnější případ, kdy je uvažována pouze jedna řada prutů, všechny tyto postupy vrátí stejnou hodnotu. Právě tento případ je v normě většinou uváděn jako ilustrativní. Podstatné je, že účinnou výšku průřezu je možné stanovit pouze pro konkrétní zatížení, protože jinak nejde určit taženou výztuž (tažená výztuž se stává taženou výztuží až na základě zatížení, nikoliv pouze svým umístěním). Všeobecně přijímaná interpretace pro ruční výpočet je těžiště tažené výztuže. Nicméně protože působiště tahové složky vnitřních sil může poskytnout lepší výsledek, je při softwarovém výpočtu vhodnější definice jako vzdálenost od nejvíce tlačeného okraje betonu k působišti výslednice tahové složky dvojice vnitřních sil. Jak bylo uvedeno, pro běžné případy na definici nezáleží a výsledek je zřejmý, proto je tato část uvedena spíše jako zajímavost. M E Z N Í S TAV Ú N O S N O S T I P R O S MY K Je potřeba pro výpočet smykové únosnosti posuzovat smykové síly dohromady se zadanými vnitřními silami N, My, Mz? Nebo stačí počítat pouze smyk s normálovou silou N? Jak posuzovat smyk u sloupů, u kterých převládá zatížení tlakem a vyskytuje se 6/2009

73

NORMY •

JAKOST • CERTIFIKACE S TA N D A R D S • Q U A L I T Y • C E RT I F I C AT I O N

Obr. 1 Tři interpretace efektivní výšky průřezu: A – vzdálenost od nejvíce tlačeného okraje betonu ke středu nejvíce taženého prutu, B – vzdálenost od nejvíce tlačeného okraje betonu k těžišti tažené výztuže, C – vzdálenost od nejvíce tlačeného okraje betonu k působišti výslednice tahové složky dvojice vnitřních sil (sil vzniklých integrací kladného a záporného napětí po průřezu) Fig. 1 Three different interpretations of effective depth of the crosssection: A – the distance of the most compressed concrete edge to the axis of tensile steel bar with numerically greatest tension in it, B – the distance of the most compressed concrete edge to the center of gravity tensile reinforcement, C – the distance of the most compressed concrete edge to the point of action of the tensile component of internal forces couple (the forces are product of integration of the positive and negative stress on cross-section)

1

Obr. 2 Ukázka určení minimální šířky tažené oblasti (výpočet únosnosti průřezu bez smykové výztuže) Fig. 2 Example of determination of the minimal width of tensile area (the calculation of members not requiring design shear reinforcement) Obr. 3 Srovnání určení vstupních parametrů pro „velký a malý ohyb”, a) využití průřezu ohybem je relativně malé, jedná se o „malý ohyb“; z, d, a b jsou určeny pro namáhání virtuálním momentem, jehož vektor je kolmý na vektor smyku, b) „velký ohyb“; namáhání ohybem je dominantní, z, d, a b jsou přepočítány do směru vektoru smyku Fig. 3 Comparison of the input parameters of “big and small bending”, a) the bending utilization of cross-section is quite low, therefore it is the case of the “small bending”; z, d, and b are determined from stress state of the virtual moment, which vector is perpendicular to the shear vector, b) “big bending”; flexural stress is dominant; z, d, and b are projected to the direction of the shear vector.

2

Obr. 4 Interakční diagram Vy + Vz: a – čtvercový průřez o straně 300 mm, b – kruhový průřez o průměru 300 mm, oba průřezy jsou vyztuženy podélnou výztuží 8 prutů o průměru 20 mm a třmínky 2 × 10 mm Fig. 4 Interaction diagram Vy+Vz: a – the square-shaped cross-section with side 300 mm, b – the circular-shaped cross-section with diameter 300 mm. The both cross-sections are reinforced by 8 rods of 20 mm diameter and by the links 2 × 10 mm.

3

4

5

6

74

Obr. 5 Interakční diagram N-Vz pro čtvercový průřez stejný jako u obr. 4: a – smyková únosnost třmínků VRds; b – smyková únosnost betonu VRdc, spočtená pro vyztužený beton, c – smyková únosnost betonu VRdc, spočtená pro prostý beton, d – smyková únosnost betonu VRdc, spočtená pro prostý beton – chybně určené napětí v betonu jako σcp = NEd / Acc. Není-li celý průřez tlačen (N < 1 460 kN), platí únosnosti VRds (a), VRdc (b); únosnost VRdc (c) platí nad touto hranicí. Je zřejmé, že dochází ke skokové změně únosnosti. Fig. 5 Interaction diagram N-Vz for the square-shaped cross-section of the fig. 4: a – the shear resistance of links VRds, b – the shear resistance of concrete VRdc, calculated as reinforced concrete, c – the shear resistance of concrete VRdc, calculated as plain concrete, d – the shear resistance of concrete VRdc, calculated as plain concrete – error in the determination of the stress in concrete as σcp = NEd / Acc. If the whole crosssection is not compressed (N < 1 460 kN), the resistances VRds (a), VRdc (b) apply; the resistance VRdc (c) applies above this limit. The jump of resistance values at the limit is obvious. Obr. 6 Určení vzdálenosti ohybů pro výpočet smykové únosnosti v případě osamělého ohybu Fig. 6 The distance of bends determination for the calculation of shear resistance in the single bend case BETON • TECHNOLOGIE • KONSTRUKCE • SANACE

6/2009

NORMY • JAKOST • CERTIFIKACE S TA N D A R D S • Q U A L I T Y • C E RT I F I C AT I O N pouze relativně malé (ve srovnání s velikostí normálové síly) zatížení ohybem a smykem? Na tyto otázky se pokouší odpovědět následující odstavce. Pro železobetonové prvky bez smykové výztuže je možné uplatnit výpočet uvedený v kapitole 6.2.2 normy. Zde stojí za zmínku, že šířka bw je definována jako šířka průřezu v tažené oblasti. Což ovšem staví člověka před problém, jaká je smyková únosnost betonu v případě, že na průřezu podle výpočtu pro N, My, Mz není žádná tažená část průřezu. Podobný problém nastává např. u trojúhelníkového nebo kruhového průřezu, kde nejmenší šířka tažené části vychází nulová. Tento případ je možné řešit tak, že pro stanovení nejmenší šířky tažené části průřezu není uvažována část betonového průřezu s deformací větší, než má nejvíce tažený prut výztuže (obr. 2). Pro prvek se smykovou výztuží norma vychází z modelu náhradní příhradoviny s proměnným sklonem tlakových diagonál. V použitých vzorcích figuruje jako důležitý parametr rameno vnitřních sil z, pro které existuje stejný problém jako pro šířku tažené části průřezu – pokud v průřezu není dvojice sil, rameno sil pochopitelně také není a musí být dosazeno jako nula. Při porozumění modelu náhradní příhradoviny při zatížení Vy, Vz je důležitá představa, jak je model natočen okolo podélné osy prutu. Nejlepší výsledky vycházejí při uvažování modelu natočeného tak, že jeho svislá osa je rovnoběžná s výslednicí vektorového součtu VEd = Vy + Vz. Vnitřní výslednice MEd = My + Mz však nemusí být vždy kolmá na VEd (i když se pochopitelně jedná o nejběžnější situaci u nosníku zatíženého prostým ohybem a smykem – Vz + My), což může vést až k situaci, kdy je rameno vnitřních sil po promítnutí do směru daném VEd nulové. Je možné předpokládat, že rameno vnitřních sil je stanovené pro takovou kombinaci My a Mz, aby vycházelo co největší (obr. 3). Jinými slovy, pro určení hodnot potřebných pro výpočet únosnosti dle metody náhradní příhradoviny (účinné výšky průřezu, ramene vnitřních sil či nejmenší šířky mezi rameny vnitřních sil) je vektor MEd kolmý na vektor VEd. Možné kolmé vektory MEd jsou dva, vzájemně svírají přímý úhel (jsou opačně orientované). Z hlediska časové náročnosti je nepříjemné, že tento přístup přibližně ztrojnásobí čas pro výpočet (výpočet pro vnitřní síly N, My, Mz ze statického výpočtu a pro N a dvojici kolmých MEd). Odpověď na otázku, jestli posuzovat smyk (a případně kroucení) společně s normálovou silou a ohybovým momentem nebo bez ohybového momentu, zní: při posudku ignorovat zadané My, Mz a pro dosazení co nejvyšší smykové únosnosti si vektor MEd volit. Toto přesvědčení pramení z průběhu sil obyčejného prostého nosníku (v oblasti blízko podpory je vcelku malý ohyb a výrazný smyk). Z toho vyplývá, že při návrhu v této oblasti okolo podpory je možné posuzovat smyk zcela odděleně od ohybu. A protože v normě není žádný ekvivalent definice „velkého smyku“, jako je u posuzování ocelových průřezů, je přípustné tento postup extrapolovat pro všechny případy. Je možné zvolit následující postup: Je-li průřez využit ohybem na více než např. 50 %, musí se již posuzovat všechny vnitřní síly dohromady. V opačném případě lze posoudit N + M a N + V jako samostatné případy. Tento kompromisní postup je určitě konzervativnější než důsledně oddělené posuzování ohybu a smyku. Z uživatelského hlediska je užitečné mít výchozí nastavení posudku jako kompromis (nad 50% využití ohybem posuzovat smyk s ohybem společně, jinak samostatně). Pokud uživatel usoudí, že si může dovolit jiný postup, může toto výchoBETON • TECHNOLOGIE • KONSTRUKCE • SANACE

zí nastavení posudku změnit dle svého uvážení. Tento postup sice nemá oporu v normě, nicméně je konzervativnější než možný jednoduchý výklad normy (oddělený posudek momentu a smyku). V praxi se málokdy stává, že uživatel nastavuje vlastní parametry výpočtu, a proto je tento postup bezpečnější a může upozornit uživatele na problém (jde o konzervativnější přístup). Pro ilustraci výsledků posudku pro vektorový součet VEd = Vy + Vz pro dva průřezy (kruhový a čtvercový – kružnice je vepsaná do čtverce) je uveden interakční diagram Vy + Vz (obr. 4). Výpočet je proveden pro ohyb a smyk, normálová síla je nulová. Nyní se bude řešit otázka, jak počítat případ, kdy je celý průřez v důsledku namáhání normálovou sílou tlačen (řeč je o případu, kdy je celý průřez tlačen při normálové síle a libovolně velkém ohybovém momentu). V tomto případě cestu k řešení otevírá odstavec 6.2.2 (4) normy, který pro průřez bez ohybových trhlin doporučuje použít postup pro prostý beton uvedený v článku 12.6.3 normy. Mohlo by se zdát, že tím je problém vyřešen, ale napětí v betonu spočtené podle vzorce σcp = NEd / Acc (vzorec 12.3 normy) vychází u vyztuženého betonu vyšší než je výpočtová únosnost betonu v tlaku fcd. Tedy výsledná smyková únosnost bude nulová, jak je vidět v grafu na obr. 5. Napětí v betonu je potřeba spočíst s předpokladem, že příslušnou část zatížení převezme výztuž, a tudíž se napětí v betonu ocitne v předpokládaném rozsahu <0, fcd>. Po této korekci již únosnost prostého betonu vychází celkem očekávaně. Mírná nekonzistence je ve skoku smykové únosnosti na přechodu mezi zcela tlačeným průřezem a průřezem, který má taženou výztuž (obr. 5). Na závěr části řešící smyk následuje krátká zmínka o problému únosnosti ohybů. V praxi nastává situace, kdy je v nosníku jenom jeden ohyb po délce (třeba dva vedle sebe), a tím pádem je otázkou, jak zvolit osovou vzdálenost ohybů při výpočtu únosnosti. Na základě zjednodušujícího předpokladu, že tlaková diagonála v betonu má sklon 45°, je možné osovou vzdálenost s zvolit rovnou délce ohybu a dvojnásobku efektivní výšky průřezu (obr. 6). SHRNUTÍ Článek se pokusil přiblížit problematiku algoritmizace normy z pohledu statika-programátora. Nebylo jeho cílem přinést čtenáři nové převratné postupy nebo snad polemizovat s normou. Snahou bylo pouze vnést trochu světla do zákoutí normy, ve kterých může docházet k nedorozumění. To vše v rámci normy, nikoliv na základě nějakých vlastních teorií. Určitě není účelem vyvolávat kontroverzi zpochybňováním práce tvůrců norem – jedná se zcela určitě o kvalitní práci kolektivu lidí, což se podepisuje na různém způsobu výkladu v jednotlivých částech. Je určitě možné, že některé mnou popsané problémy byly pro tvůrce natolik samozřejmé, že je ani nezmiňoval ve znění normy. Závěrem krátká prosba na všechny uživatele programů pro statiky, aby, v případě že s nějakým konkrétním řešením nebo výsledkem v softwaru nesouhlasí, neváhali a ozvali se firmě, která jim software dodala. Při tvorbě softwaru je nutné postupovat v rámci normy a zároveň dostatečně obecně, tudíž se stává, že konkrétní problém lze řešit i elegantnějším způsobem. Ing. Jan Gajdošík Fine, spol. s r. o. Závěrka 12, 169 00 Praha 6 tel.: 233 324 889, fax: 233 321 754 e-mail: [email protected], www.fine.cz

6/2009

75

NORMY •


NEDESTRUKTIVNÍ ZJIŠŤOVÁNÍ PEVNOSTI LEHKÉHO BETONU S KERAMICKÝM KAMENIVEM ODRAZOVÝMI TVRDOMĚRY SYSTÉMU SCHMIDT NONDESTRUCTIVE TESTING OF STRENGTH OF LIGHT-WEIGHT CONCRETE CONTAI N I NG C E R AM IC AGG R EGATE USI NG SC H M I DT T YPE HAM M E RS JIŘÍ BROŽOVSKÝ V České republice se v současné době ve stavebnictví začínají ve větším rozsahu uplatňovat i lehké betony, konkrétně lehké betony s keramickým kamenivem Liapor. Lehké betony dle ČSN EN 206-1 jsou betony s objemovou hmotností od 800 od 2 000 kg/m3. Při jejich využívání je také třeba ověřovat pevnost v tlaku lehkého betonu zabudovaného v konstrukci. Toto lze provádět jednak destruktivně na vzorcích vyjmutých z konstrukce, jednak s využitím nedestruktivních metod zkoušení. Pro zjišťování pevnosti lehkého betonu odrazovými tvrdoměry nejsou však k dispozici kalibrační vztahy mezi hodnotou odrazu tvrdoměru a pevností v tlaku. V článku jsou uvedeny výsledky nedestruktivního zkoušení lehkých betonů s keramickým kamenivem Liapor odrazovými tvrdoměry. Byly zpracovány kalibrační vztahy pro určení pevnosti lehkého betonu v tlaku z hodnoty odrazu Schmidtova tvrdoměru typu N a L. Zkoušky betonů byly prováděny ve stáří 7 až 180 dní. Zpracované kalibrační vztahy mezi pevností lehkého betonu v tlaku a hodnotou odrazu tvrdoměru se vyznačují vysokým stupněm korelace – koeficient korelace pro základní kalibrační vztahy, které byly zpracovány pro stáří betonu 7 až 180 dní, je větší než 0,9. Light-weight concrete currently gains importance in civil engineering also in the Czech Republic; to be specific, light-weight concrete containing Liapor ceramic aggregate. According to ČSN EN 206-1, light-weight concrete features mass density from 800 to 2,000 kg/m3. It is necessary – to take advantage of it – to test compressive strength of built-in light-weight concrete. Such testing may be carried on in two ways: destructively on test specimens obtained from construction, and by means of nondestructive testing techniques. Nevertheless, there are not disposable calibration correlations between the sclerometer rebound number and compression strength. This entry presents findings of nondestructive testing 76

of light-weight concrete strength containing Liapor ceramic aggregate using Schmidt type hammers. Calibration correlations in order to establish compression strength of light-weight concrete were elaborated using Schmidt hammer types N/L. Concrete under testing features age between 7 and 180 days. Calibration correlations between compressive strength of light-weight concrete and the rebound number are characterized by a high level of correlation since the correlation coefficient for the basic calibration correlations exceeds 0.9 taking into account concretes aged 7 to 180 days.

ká potřeba mít k dispozici kalibrační vztahy mezi hodnotou odrazu tvrdoměru a pevností lehkého betonu v tlaku. Je otázkou, do jaké míry jsou využitelné kalibrační vztahy zpracované pro obyčejné betony. V článku jsou uvedeny výsledky zkoušek a kalibrační vztahy zpracované pro odrazové tvrdoměry systému Schmidt a také porovnání těchto kalibračních vztahů s vybranými kalibračními vztahy uváděnými v normách a literatuře pro obyčejné betony. ZÁKLADNÍ

CHARAKTERISTIKY

LEHKÝCH BETONŮ S KERAMICKÝM

LIAPOR Lehké betony dle ČSN EN 206-1 jsou betony s objemovou hmotností od 800 od 2 000 kg/m3. Kamenivo Liapor má téměř kulovitá zrna s pevnou slinutou skořápkou a rovnoměrně porézním jádrem. To mu dává i při velmi nízké hmotnosti dobrou pevnost. Pevnost dále závisí na objemové hmotnosti a na frakci kameKAMENIVEM

V současné době se ve stavebnictví v České republice začínají ve větším rozsahu uplatňovat i lehké betony, konkrétně se jedná o lehké betony s keramickým kamenivem Liapor. Jejich využívání však také vyžaduje ověřování pevností v tlaku betonu zabudovaného v konstrukci. Toto lze provádět jednak destruktivně na vzorcích vyjmutých z konstrukce, jednak s využitím nedestruktivních metod zkoušení. V technické praxi jsou v současné době nejrozšířenějšími zkušebními zařízeními pro nedestruktivní zjišťování pevností betonu Schmidtovy tvrdoměry, zejména Schmidtův tvrdoměr typu N. Problémem zjišťování pevností v tlaku lehkého betonu s keramickým kamenivem Liapor je však skutečnost, že pro nedestruktivní metody zkoušení neexistují kalibrační vztahy mezi hodnotou odrazu tvrdoměru a pevností v tlaku. Kalibrační vztahy pro určování pevnosti betonu v tlaku z hodnoty odrazu Schmidtova tvrdoměru jsou zpracovány pro zkoušení obyčejného hutného betonu, který je zhotoven z přírodního hutného kameniva s objemovou hmotností větší než 2 500 kg/m3 a z portlandského cementu nebo cementu na bázi portlandského slinku a mj. neplatí i pro lehké betony. Se vzrůstajícím počtem použití lehkého betonu s keramickým kamenivem v konstrukcích se setkáváme s požadavky na zjišťování pevnosti v tlaku již zabudovaného betonu. Z tohoto důvodu vzni-

Obr. 1 Závislost mezi hodnotou odrazu Schmidtova tvrdoměru typu N a pevností lehkého betonu v tlaku Fig. 1 Correlation between bounce value of Schmidt hammer type N and compression strength of light-weight concrete Obr. 2 Závislost mezi hodnotou odrazu Schmidtova tvrdoměru typu L a pevností lehkého betonu v tlaku Fig. 2 Correlation between bounce value of Schmidt hammer type L and compression strength of light-weight concrete Obr. 3 Porovnání kalibračních vztahů pro obyčejné a lehké betony – Schmidtův tvrdoměr typu N Fig. 3 Comparison of calibration correlations as to normal-weight concrete and light-weight concrete – Schmidt hammer type N Obr. 4 Porovnání kalibračních vztahů pro obyčejné a lehké betony – Schmidtův tvrdoměr typu L Fig. 4 Comparison of calibration correlations as to normal-weight concrete and light-weight concrete – Schmidt hammer type L


6/2009

NORMY • JAKOST • CERTIFIKACE S TA N D A R D S • Q U A L I T Y • C E RT I F I C AT I O N niva. Pevnost kameniva v tlaku stlačením ve válci se zpravidla pohybuje od 0,7 do 10 MPa. U lehkých betonů s kamenivem Liapor lze dosáhnout pevností v tlaku 5 až 60 MPa. Běžně se vyrábí v pevnostních třídách LC8/9 až LC35/38. Podstatně nižší pevnosti keramického kameniva Liapor ve srovnání s přírodním hutným kamenivem ovlivňují pevnosti betonu, a lze předpokládat, že budou ovlivňovat i hodnotu odrazu tvrdoměru. CHARAKTERISTIKY

POUŽITÝCH

T VR DOM Ě R Ů A P OSTU PY ZKOUŠE N Í

Odrazový tvrdoměr systému Schmidt Pro zkoušení byl použit Schmidtův tvrdoměru typu N a L („Original“ – mechanický). • Schmidtův tvrdoměr typu N: energie rázu 2,25 J, podle údajů výrobce umožňuje zjišťování pevností v tlaku v rozsahu 10 až 70 MPa a podle ČSN 73 1373 je určen pro zkoušení konstrukcí s minimální tloušťkou 100 mm, • Schmidtův tvrdoměr typu L: energie rázu 0,75 J, podle údajů výrobce umožňuje zjišťování pevností v tlaku v rozsa-

hu 10 až 70 MPa; podle ČSN 73 1373 je určen pro zkoušení konstrukcí s minimální tloušťkou 60 mm. Postup zkoušení Zkušební zařízení musí splňovat požadavky ČSN EN 12504 – 2. Zkoušky probíhaly na krychlích o hraně 150 mm, stáří betonu bylo 7, 14, 21, 28, 60 a 180 dní. Vzorky byly uloženy v normovém uložení (t = 20 ± 2 °C, φ = 95 %). Objemová hmotnost zkoušeného betonu se podhybovala v rozmezí 860 až 1 760 kg/m3. Před provedením zkoušky byla zkušební plocha obroušena za sucha brusným kamenem postupem dle ČSN EN 12504-2. Zkoušený vzorek byl umístěn do zkušebního lisu a zatížen na přibližně 10 % předpokládané pevnosti v tlaku. Na dvou protilehlých plochách bylo provedeno zkoušení Schmidtovým tvrdoměrem – vždy deset měření odrazu ve vodorovném směru. Podmínky měření musí splňovat požadavky ČSN EN 12504-2. Ze získaného souboru hodnot odrazu R byl vypočítán průměr a byly vyloučeny hodnoty odrazu, které se lišily o více jak 13 % od průměru. V přípa-

dě, že po vyloučení odlehlých hodnot zůstalo v souboru méně než šestnáct měření, nebyl zkoušený vzorek zařazen do vyhodnocení. Důvodem, proč nebyl pro vyhodnocení výsledků měření zvolen postup dle ČSN EN 12504–2, je skutečnost, že použitá kritéria pro vylučování odlehlých hodnot odrazu na zkušební ploše jsou příliš „měkká“, zejména při hodnotách odrazu ≤ 40. Po ukončení nedestruktivních měření byl zkušební vzorek zatížen až do porušení. Ze síly při porušení byla vypočítána pevnost v tlaku. Zkouška pevnosti v tlaku fc,cu byla provedena dle ČSN EN 12390-3. VÝSLEDKY

ZKOUŠE K A K ALI B R AČ N Í

V Z TA H Y

Pro zpracování kalibračních vztahů bylo k dispozici 150 dvojic naměřených hodnot (hodnota odrazu x pevnost v tlaku) pro Schmidtův tvrdoměr typu N a 140 dvojic naměřených hodnot pro Schmidtův tvrdoměr typu L. Pevnost lehkého betonu v tlaku se pohybovala v rozmezí 7 až 51 MPa. Výsledky měření Schmidtova tvrdoměru typu N jsou graficky znázorněny na obr. 1 a Schmidtova tvrdoměru typu L na obr. 2.

$

$

#

#

g +!'f $"#

>Sd\]abdbZOYcI;>OK

>Sd\]abdbZOYcI;>OK

%

g +'"$@ $"&"

" !

#

#

! !# 6]R\]bO]RÒhc

"

"#

vA<%!!%!

vA<3<!%'

858B !

:SVYÝPSb]\

#

#

2 4

$

! !# 6]R\]bO]RÒhc

"

"#

#

% vA<%!!%!

$

vA<3<!%'

>Sd\]abdbZOYcI;>OK

# " !

#

%

>Sd\]abdbZOYcI;>OK

!

1 3

"

#

:SVYÝPSb]\$

" !

#

#

!

!# " 6]R\]bO]RÒhc

"#

#

##


#

6/2009

#

! !# 6]R\]bO]RÒhc

"

"#

#

77

NORMY •


Kalibrační vztahy Pro určení pevnosti betonu v tlaku z hodnoty odrazu tvrdoměru byly metodou nejmenších čtverců zpracovány kalibrační vztahy (1) až (11): • Schmidtův tvrdoměr typ N, stáří betonu 7 až 180 dní (150 zkušebních vzorků): fc,N = 0,0946R1,6484 , kde R ∈{17; 47}, r = 0,963

(1)

(2)

• Schmidtův tvrdoměr typ N, stáří betonu 14 dní (25 zkušebních vzorků): fc,N = 0,6749R1,0951 , kde R ∈{21; 46}, r = 0,916

(3)


(4)

• Schmidtův tvrdoměr typ N, stáří betonu 28 dní (45 zkušebních vzorků): fc,N = 0,321R1,3146 , kde R ∈ {23; 47}, r = 0,962

(5)

• Schmidtův tvrdoměr typ L, stáří betonu 7 až 180 dní (140 zkušebních vzorků): fc,L = 0,1139R1,6145 , kde R ∈{16; 49}, r = 0,955

(6)

• Schmidtův tvrdoměr typ L, stáří betonu 7 dní (25 zkušebních vzorků): fc,L = 0,2715R1,3735 , kde R ∈{19; 35}, r = 0,867

(7)


(8)

• Schmidtův tvrdoměr typ L, stáří betonu 7 až 14 dní (50 zkušebních vzorků): fc,L = 0,3256R1,3178 , kde R ∈{19; 38}, r = 0,875

(10)

• Schmidtův tvrdoměr typ L, stáří betonu 28 dní (35 zkušebních vzorků): fc,L = 0,2695R1,3754 , kde R ∈{23; 49}, r = 0,939. 78

K A L I B R AČ N Í C H V Z TA H Ů

Porovnání kalibračních vztahů uvedených pro obyčejné betony ve vybraných technických normách – ČSN EN 13791 (14,15), ČSN 73 1373 (12, 13), JGJ/T 23-2001 (16) (směr zkoušení vodorovně) s kalibračními vztahy zpracovanými pro lehké betony – vztah (1) pro Schmidtův tvrdoměr typu N a vztah (6) pro Schmidtův tvrdoměr typu L je znázorněno na obr. 3 a 4. Kalibrační vztahy z uvedených norem: • ČSN 73 1373, Schmidtův tvrdoměr typ N: fc,N = 0,0095R2 – 1,0046R – – 14,988 , kde R ∈{25; 52},

(12)

• ČSN 73 1373, Schmidtův tvrdoměr typ L: fc,N = 0,0061R2 – 1,2187R – – 9,2771 , kde R ∈{14; 46},

(13)

• ČSN EN 13791, odrazový tvrdoměr, nerozlišuje typ tvrdoměru, pevnost (válcová-krychelná) ani polohu tvrdoměru: fR = 1,25R – 23 , kde R ∈{20; 23} a

(14)

fR = 1,73R – 34,5 , kde R ∈{24; 50}

(15)

• JGJ/T 23-2001, Schmidtův tvrdoměr typ N: fc,N = 0,0264R2 – 0,0243 + + 0,2514 , kde R ∈{20; 48}.

(16)

(9)


POROVNÁNÍ

P R O O BY Č E J N É A L E H K É B E T O N Y


Ve vztazích značí symbol fc,L pevnost betonu v tlaku z hodnoty odrazu zjištěná Schmidtovým tvrdoměrem typu L, fc,N pevnost betonu v tlaku z hodnoty odrazu zjištěná Schmidtovým tvrdoměrem typu N, R je hodnota odrazu tvrdoměru na zkušební ploše a r je koeficient korelace.

(11)

Z ÁV Ě R Schmidtův tvrdoměr typu N Základní kalibrační vztah z celého souboru výsledků (stáří betonu 7 až 180 dní) pro určení pevnosti v tlaku z odrazu Schmidtova tvrdoměru typu N vykazuje korelační koeficient 0,963. Dílčí vztahy pro jednotlivá stáří betonu mají hodnotu korelačního koeficientu v rozmezí od 0,885 do 0,962. Z uvedeného vyplývá, že všechny korelační

Literatura: [1] Drochytka R. a kol.: Progresivní stavební materiály s využitím druhotných surovin a jejich vliv na životnost konstrukcí. VUT v Brně Závěrečná roční zpráva projektu MSM 0021630511, Brno, 2007. Brožovský J. Dílčí téma 3. [2] Brožovský J., Fojtík T. , Brožovský J., jr.: Built-in Concretes Made with Gypsum Free Cements: Compression Strength Determination Using Nondestructive Testing Methods, The Third Inter. Conf. on Structural Engineering, Mechanics and Computation, Cape Town, South Africa, 2007 [3] Brožovský J., Zach J. , Brožovský J., jr.: Gypsum free cements and concretes made with them: strength determination using nondestructive testing methods, IV Conf. Panamericana for Non destructive Testing, Buenos Aires, Argentina, 2007 [4] ČSN EN 13791 Posuzování pevnosti betonu v tlaku v konstrukcích a v prefabrikovaných betonových dílcích [5] ČSN EN 12504-2 Zkoušení betonu v konstrukcích – Část 2: Nedestruktivní zkoušení – Stanovení tvrdosti odrazovým tvrdoměrem [6] ČSN 73 1370 Nedestruktivní zkoušení betonu. Společná ustanovení [7] ČSN 73 1373 Tvrdoměrné metody zkoušení betonu [8] JGJ/T 23-2001 Technical Specification for Inspection of Concrete Compressive Strength by Rebound Method.

koeficienty jsou vyšší než hraniční hodnota 0,85. Z toho plyne, že jak základní vztah pro výpočet pevnosti betonu v tlaku z hodnoty odrazu Schmidtova tvrdoměru typu N, tak i dílčí vztahy, jsou využitelné pro praktické výpočty. Z porovnání na obr. 3 je patrné, že kalibrační vztah z ČSN 73 1373 a JGJ/T 23-2001 pro výpočet pevnosti betonu v tlaku z hodnoty odrazu Schmidtova tvrdoměru typu N je použitelný pro zkoušení lehkých betonů s keramickým kamenivem typu Liapor do pevnosti betonu 40 MPa. Kalibrační vztah uvedený v ČSN EN 13791 je nepoužitelný. Schmidtův tvrdoměr typu L Základní kalibrační vztah z celého souboru výsledků (stáří betonu 7 až 180 dní)


6/2009

NORMY • JAKOST • CERTIFIKACE S TA N D A R D S • Q U A L I T Y • C E RT I F I C AT I O N pro určení pevnosti v tlaku z odrazu Schmidtova tvrdoměru typu L vykazuje korelační koeficient 0,955. Dílčí vztahy pro jednotlivá stáří betonu vykazují různé hodnoty koeficientu korelace. Koeficienty korelace pro vztahy na výpočet pevnosti v tlaku pro betony stáří 14 a 21 dní jsou pod hraniční hodnotou použitelnosti (r = 0,690 resp. 0,831). Koeficienty vztahů pro betony stáří 7 dní a betony stáří 7 a 14 dní sice vyhovují parametru použitelnosti, ale vzhledem k tomu, že se mu poměrně těsně blíží (0,875 resp. 0,867), nelze tyto vztahy doporučit k praktickému využití.

A

Pro výpočet pevnosti v tlaku z odrazu Schmidtova tvrdoměru L se doporučuje použití základního vztahu. Z porovnání na obr. 4 je zřejmé, že kalibrační vztahy uvedené v ČSN 73 1373 a ČSN EN 13791 nejsou použitelné pro vyhodnocení výsledků zkoušek lehkého betonu provedených Schmidtovým tvrdoměrem typu L. Dosažené výsledky prokázaly reálnost využití Schmidtova tvrdoměru typu N i L pro zjišťování pevností v tlaku betonů s keramickým kamenivem Liapor. Pro praktické využití se doporučují zpracované základní kalibrační vztahy.

Článek byl vytvořen za podpory záměru VVZ MSM 0021630511 Progresivní stavební materiály s využitím druhotných surovin a jejich vliv na životnost konstrukcí a za podpory projektu MPO FI-IM5/016 „Vývoj lehkých vysokohodnotných betonů pro monolitické konstrukce a prefabrikované dílce“. Doc. Ing. Jiří Brožovský, CSc. Ústav technologie stavebních hmot a dílců Fakulta stavební Vysokého učení technického v Brně e-mail: [email protected] tel.: 541 147 513, 777 347 082 Text článku byl posouzen odborným lektorem.

ZASE TY NORMY!

V souvislosti s postupným zapojováním České republiky do evropských činností a struktur procházíme množstvím legislativních procesů. V oblasti technických norem je to „revoluce“ příznačná množstvím nových dokumentů, téměř vždy obsáhlejších, než byly původní české. V naprosté většině případů je pak posledních patnáct let charakterizováno „přechodnými obdobími“, kdy souběžně platí původní české technické normy a nové evropské. Z mnoha okamžiků připomenu jen některé významnější: • říjen 1992 – vydání ČSN P ENV 206: Beton – vlastnosti, výroba, ukládání a kritéria hodnocení, • prosinec 1994 – vydání ČSN P ENV 1992-1-1: Navrhování betonových konstrukcí – Část 1-1: Obecná pravidla a pravidla pro pozemní stavby, • červenec 2001 – vydání ČSN P ENV 13670-1: Provádění betonových konstrukcí – Část 1: Společná ustanovení, • září 2001 – vydání ČSN EN 206-1 Beton – Část 1: Specifikace, vlastnosti, výroba a shoda, • 31. 12. 2003 – zrušení ČSN 73 2400 – Provádění a kontrola betonových konstrukcí, – zrušení ČSN 73 1209 – Vodostavebný beton, • listopad 2006 – vydání Eurokód 2: Navrhování betonových konstrukcí – Část 1-1: Obecná pravidla a pravidla pro pozemní stavby, • květen 2008 – vydání ČSN EN 206-1 Změna 3, Beton – Část 1: Specifikace, vlastnosti, výroba a shoda. V následujících měsících nás čekají dva kroky, které v podstatě uzavřou onen velký balík změn: • 31. 3. 2010 dojde ke zrušení ČSN 73 1201 Navrhování betonových konstrukcí, • na jaře 2010 vyjde česká verze ČSN EN 13670 Provádění betonových konstrukcí. Z posledních dvou bodů vyplývá následující: končí platnost české normy pro navrhování železobetonu. Tím pádem definitivně končí období souběžné platnosti dvou norem pro navrhování betonových konstrukcí a také „Béčkové“ betony. Vyjde finální evropská norma na „Provádění betonových konstrukcí“, která bude postupně zaváděna ve všech zemích CENu. Je zřejmé, že stejně jako v předchozích případech bude zvykání si na nové normy „bolet“. Abychom trochu napomohli našim čtenářům v této situaci, uvádíme přehled některých článků uveřejněných v časopisu Beton TKS na téma „nové normy“ během posledních tří let, úplný přehled naleznete na stránkách www.betontks.cz. Zároveň doporučujeme sledovat program připravovaných seminářů a školení, které pořádají ČBS a Stavební fakulty v Praze, Brně i Ostravě, s cílem pomoci rychlejšímu a snadnějšímu počátku užívání uvedených technických norem. Michal Števula


PŘEHLED

Č L ÁN KŮ O E U ROKÓDEC H A DALŠÍC H NOR MÁC H PU B LI KOVANÝC H V ČASOPISE BETON

Název článku Zavádění ČSN EN 1992-1-1: Navrhování betonových konstrukcí do praxe – Pretlačenie lokálne podopretých dosiek Navrhování konstrukcí na účinky zemětřesení Svařování betonářské výztuže – hospodárné řešení Betonářská výztuž – evropské trendy Eurokód EN 1991-1-7: Mimořádná zatížení

T KS

Norma

Autor

Časopis

Strana

ČSN EN 1992-1-1

Halvonik Jaroslav

2008/6

56–64

Eurokód 8 (EC8)

Máca Jiří

2008/6

65–69

2008/6

70–75

2008/5

70–75

2008/3

66–70

2008/2

72–73

Fillo Ľudovít, Cupáková Lucia

2008/1

66–73

Teplý Břetislav

2008/1

74

Vašková Jitka, Števula Michal, Veselý Vladimír

2007/6

57–59

Analýza spolehlivosti konstrukcí ČSN 73 0035, navržených na zatížení sněhem ČSN EN 1991-1-3

Holický Milan, Marková Jana, Sýkora Miroslav

2007/6

60–64

ČSN EN 1990/A1 Eurokód: Zásady navrhování konstrukcí – Příloha A2: Použití pro mosty

ČSN EN 1990/A1

Studničková Marie

2007/4

68–69

Zatížení během provádění

ČSN EN 1991-1-6

2007/3

55–57

2007/2

54–57

2007/2

58–59

Studničková Marie

2007/2

60–61

Červenka Vladimír, Červenka Jan, Janda Zdeněk

2007/1

54–58

ČSN EN ISO 17660-1 a 2 ČSN EN 10080 EN 1991-1-7

Svařování betonářské oceli Zavádzanie EN 1992-1-1: Navrhovanie betónových konštrukcií do praxe – Účinky druhého rádu pri budovách Ještě k modulu pružnosti Modul pružnosti automaticky?

Eurokód EN 1991-1-5: Zatížení teplotou Interakční diagram pro prostý beton podle ČSN EN 1992-1-1 Evropská norma ČSN EN 40: Osvětlovací stožáry Posouzení bezpečnosti železobetonových konstrukcí v nelineárních výpočtech

6/2009

EN 1992-1-1

ČSN 73 1201, ĆSN 73 2400, ČSN P ENV 1992-1-1:1991, ČSN EN 1992-1-1

EN 1991-1-5 ČSN EN 1992-1-1 ČSN EN 40

Šmejkal Jiří, Procházka Jaroslav Šmejkal Jiří, Procházka Jaroslav Holický Milan, Marková Jana Barták Jiří, Šilhavá Markéta

Holický Milan, Marková Jana Holický Milan, Marková Jana Sedláček Michal, Krátký Jiří

79

DOTAZY

A REAKCE ČTENÁŘŮ DISCUSSION BOARD

DOTAZY

K ČSN KONSTRUKCÍ“ JAK

EN 1992:

„N AV R H OVÁ N Í B E TO N OV ÝC H

S E S TA N O V Í T LO U Š Ť K A B E T O N O V É K RY C Í V R S T V Y

VÝZTUŽE, KTERÁ BUDE UVEDENA NA VÝKRESECH?

Na výkresech se uvádí tloušťka betonové krycí vrstvy výztuže c nejbližší k povrchu betonu, která se zajišťuje pomocí distančních prvků (obr. 1). Tloušťka betonové krycí vrstvy výztuže c má být rovna nebo větší, než je jmenovitá hodnota tloušťky betonové krycí vrstvy cnom, která se stanoví jako součet minimální hodnoty krytí cmin a přídavku na návrhovou odchylku (přihlížející k možné toleranci tloušťky krycí vrstvy při provádění) Δcdev, tedy cnom = cmin + Δcdev ,

(1)

kde cmin je minimální hodnota krytí (stanoveného s přihlédnutím k soudržnosti, ke stupni vlivu prostředí a popř. k požadované požární odolnosti) a Δcdev je přídavek na návrhovou odchylku. Hodnota cmin se stanoví jako největší z hodnot vyhovujících požadavkům soudržnosti, podmínkám prostředí a případným úpravám výztuže cmin = max (cmin,b; cmin,dur + Δcdur,γ – Δcdur,st – Δcdur,add; 10 mm),

(2)

kde cmin,b je minimální krycí vrstva s přihlédnutím k požadavku soudržnosti, cmin,dur minimální krycí vrstva s přihlédnutím k podmínkám prostředí, Δcdur,γ přídavná hodnota z hlediska spolehlivosti, Δcdur,st redukce minimální krycí vrstvy při použití nerezové oceli a Δcdur,add je redukce minimální krycí vrstvy při použití dodatečné ochrany (např. povlak výztuže). Při návrhu nominální tloušťky krycí vrstvy cnom je třeba přihlédnout k možné toleranci krytí uvedeného v normě pro provádění. Pro pozemní stavby je hodnota této tolerance Δcdev udána v normě ČSN EN 13670 doporučenou hodnotou 10 mm. Podle čl. NA 2.24 ČSN EN 1992-1-1 lze u pozemních staveb uvažovat Δcdev = 5 mm, avšak za předpokladu řádné a na dodavateli nezávislé kontroly fixace výztuže, která musí splňovat požadavky na podepření výztuže uvedené na obr. 2. Kromě toho je třeba splnit požadavky: distanční tělíska musí mít certifikát s garantovanou dostatečnou pevností (doporučuje se test celistvosti na min. 2,5násobek hmotnosti armatury); u desek musí vzájemné umístění distančních prvků pro zajištění spodní vrstvy a polohy horní vrstvy výztuže respektovat tuhost spodní výztuže; bednění musí být rovinné a tělíska se nesmí zabořit do bednění. 1

Pokud je při výrobě prefabrikátů uplatněn systém zajištění kvality zahrnující opatření pro zajištění tloušťky betonové krycí vrstvy, pak lze uvažovat 10 mm ≥ Δcdev ≥ 5 mm. Při odmítání prvků nesplňujících požadavky na požadovanou tloušťku krycí vrstvy pak lze uvažovat 5 mm ≥ Δcdev ≥ 0 mm. Tloušťka betonové krycí vrstvy třmínků cnom,sw (obr. 1) se musí kontrolovat, neboť betonová krycí vrstva podélné výztuže musí být větší z hodnot (cnom,sw + ϕsw), cnom. Tloušťka betonové krycí vrstvy výztuže c má být volena s ohledem na výšky vyráběných distančních prvků. Na výkresech se pak uvádí návrhová hodnota c tloušťky betonové krycí vrstvy výztuže nejbližší k povrchu betonu. Při betonáži na upravený povrch zeminy se doporučuje minimální tloušťka betonové krycí vrstvy 45 mm, při betonáži na neupravený povrch zeminy pak 75 mm. Vývojové diagramy pro stanovení betonové tloušťky krycí vrstvy jsou uvedeny na obr. 3 a 4. Z hlediska požární odolnosti se doporučuje zkontrolovat a ≥ amin (viz ČSN EN 1992-1-2). 2

80

Pozn.: Z hlediska volby třídy betonu s přihlédnutím ke stupni vlivu prostředí je třeba se řídit Národní přílohou k ČSN EN 1992-1-1.


6/2009

DOTAZY

CO

AbO`b

^ÂW R U

! [[ ! [[

AbO\]d[SR]^]`cxS\]cbÂRcPSb]\c a^ÂWVZ{R\cb[YSabc^\WdZWdc^`]abÂSRBOP31HvA<3<''

\S

2]^]`cxS\tbÂROPSb]\c \Od`ÐS\tbÂROPSb]\c

2]^]`cxS\tbÂROPSb]\c + \Od`ÐS\tbÂROPSb]\c

MUSÍ

S E P O U Ž Í V AT P R O H L A V N Í N O S N O U V Ý Z T U Ž

A PRO TŘMÍNKY VÝZTUŽ ZE STEJNÉ OCELI,

O\] AbO\]dS\ Q [W\Rc` OabO\]d[S^ÒdchtYZOR\bÂRgY]\ab`cYQSA" a^ÂWVZ{R\cb[YSabc^\WdZWdc^`]abÂSRdhtdWaZ]abW\O( \td`V]d{ÐWd]b\]abW\Od`ÐS\{bÂRPSb]\c QVOÒYbS`cY]\ab`cYQS ^]^ÂhdZtÈb\Y]\b`]ZSdÝ`]PgBOP"!1HvA<3<'' P^`]abO\]dS\]cbÂRcY]\ab`cYQS a^ÂWVZ{R\cb[YSabc^\WdZWdc^`]abÂSRc`x[S Q [W\Rc` BOP""<vA<3<'' hO^ÂSR^]YZORc

QRc` + QRc` ab + QRc` ORR + Q[W\ + [Of Q [W\ P Q [W\ Rc` [[

2SaY]dtY]\ab`cYQS

\S

DÝd]X]dÝRWOUÒ[2 Y`gb

O\]

QRSd + [[ ^ÂWa^Z\\xZ
QRSd + # [[dWhBOP
3

TAB. 4.3N,

L Z E S N Í Ž E N Í T Ř Í D Y K O N S T R U K C E T É Ž U P L AT N I T U S T Ě N ? Snížení třídy konstrukce o jednu třídu lze uplatnit u konstrukcí, kde poloha výztuže není ovlivněna výrobním postupem, jako příklad jsou v Tab. 4.3N uvedeny deskové konstrukce. Vzhledem k tomu, že u deskových konstrukcí se zajišťuje poloha výztuže v celé ploše, lze toto snížení uvažovat i u stěnových konstrukcí, v případě zajištění polohy výztuže stěny v celé ploše stěny, a to u obou jejich stran.

Hd]Z[S\]a\{dÝhbcÐS

Q[W\ P +

SE ROZUMÍ DESKOVOU KONSTRUKCÍ V

K T E R Á S E T Ý K Á M O Ž N É Ú P R AV Y T Ř Í DY K O N S T R U K C E ?

Abc^S°dZWdc^`]abÂSRBOP"vA<3<'' \td`V]dtÐWd]b\]abBOP SdBOP 1HvA<3<'' \Od`ÐS\tbÂROPSb]\c [OfX[S\]dWbÝ^`]TWZYO[S\WdORU

Q[W\ P + # [[ ^ÂW R U

A REAKCE ČTENÁŘŮ DISCUSSION BOARD

NAPŘ.

10 5 0 5 ? Podle ČSN 42 0139 se označuje výztuž z oceli 10 505 jako B500 a vyrábí se s přihlédnutím k třídě tažnosti (správně duktility) oceli jako výztuž B500A (např. výztuž BSt 500 KR), jako výztuž B500B (např. výztuž 10 505.9, BSt 500S, BSt 500 WR) a jako výztuž B500C (např. v Polsku vyráběná výztuž B500SP – Epstal)). Třída tažnosti (správně duktility) oceli je definována charakteristickou hodnotou poměrného přetvoření εuk při dosažení maximálního napětí fy při trhací zkoušce a hodnotou k rovnou charakteristické hodnotě poměru meze pevnosti ft k mezi kluzu fy – viz obr. 5 a Příloha C normy ČSN EN 1992-1-1. 5a

5b

Q\][

9]\SQ

4

AbO`b >]RZSdÝd]X]d{V]RWOUÒ[c2 abO\]d[S Q[W\ ^`] \]a\{dÝhbcÐS Hd]Z[S aebÂ[\Y]d{dÝhbcÐS O^]RZSdÝd]X]d{V]RWOUÒ[c2 abO\]d[S^`] + ae V]R\]bcQ[W\ YbS`]c]h\Ox[S Q [W\ae

QRSd + [[ ^ÂWa^Z\\xZ
Q [W\ ae

Q [W\

ae

\S

Q\][ + Q [W\ ae QRSd

O\]

Q\][ + Q [W\ Q

ae

QRSd

Q \][

9]\SQ

Obr. 1 Tloušťka betonové krycí vrstvy Obr. 2 Zajištění polohy výztuže v konstrukčních prvcích (ČSN EN 1992-1-1 Tab. NA.1) Obr. 3 Vývojový diagram D1 – stanovení tloušťky betonové krycí vrstvy Obr. 4 Vývojový diagram D2 – stanovení tloušťky krycí vrstvy výztuže – tyčové prvky (trám, sloup)

Ocel třídy A lze tedy použít v případech, kdy se při návrhu konstrukce uvažuje lineární analýza s případnou omezenou redistribucí vnitřních sil, tj. nevyžaduje se větší duktilita výztuže v kritických průřezech, nelze ji použít v případech, kde se při návrhu konstrukce uvažuje plastická analýza. U oceli třídy B lze počítat s větší duktilitou výztuže, tj. při návrhu konstrukce lze např. uvažovat větší omezenou redistribuci vnitřních sil, nebo použít plastickou analýzu konstrukce. Ocel třídy C musí vykázat velkou duktilitu výztuže; její velkou duktilitu v kritických průřezech (tj. rotační kapacitu ve vznikajících plastických kloubech) lze využívat např. u konstrukcí nacházejících se v seismických oblastech. V případech, kdy při návrhu např. ohýbané konstrukce byla uvažována větší míra redistribuce vnitřních sil, je třeba použít pro hlavní výztuž (u které se předpokládá větší duktilita oceli) výztuž třídy B, pro třmínky postačí výztuž třídy A (zde se nevyžaduje větší duktilita oceli). Za TNK 36 Betonové konstrukce: Prof. Ing. Jaroslav Procházka, CSc.

Obr. 5 Charakteristické diagramy typických betonářských ocelí, a) ocel za tepla válcovaná b) ocel za studena tažená BETON • TECHNOLOGIE • KONSTRUKCE • SANACE

6/2009

81

SPEKTRUM SPECTRUM

Á LVA R O J OAQ U I M M E LO S I Z A V I E I R A PETR VORLÍK Álvaro Joaquim Melo Siza Vieira je dnes nepřehlédnutelnou mezinárodní architektonickou hvězdou. Ačkoliv se letos dožil úctyhodných 76 let, dosud projektuje. V průběhu své praxe ušel dlouhou cestu a má za sebou nepřeberné množství realizací, které často přes překvapivé minimum použitých prostředků vykazují nebývalou svěžest, lehkost a vtip. Na výsluní se dostal v době, kdy byla ryze postmoderní tvorba poněkud na ústupu a novým úhelným kamenem architektury se stal spíše regionalismus. Jistě proto není náhodou, že Sizovo nejvyšší docenění – v roce 1988 cena Miese van der Rohe, 1989 Aaltova cena a především 1992 Pritzkerova cena – přišlo právě v této době. Architekt, jehož dílo je důsledně provázáno s regionální tradicí, avšak zároveň nekompromisně moderní, mimořádně kultivovaný tvůrce ze země, která stála poněkud stranou dosavadního zájmu, se přímo nabízel. Siza se narodil 25. června 1933 v Matosinhos v Portugalsku. Architekturu a estetiku vystudoval v letech 1949 až 1955 na Escola das Belas Artes v Portu (ESBAP). Tzv. Portská škola, v čele s Fernando Távorou (1923 až 2005), je kolébkou velkého úspěchu portugalské architektury v posledních desetiletích – Álvaro Siza patří ke starší generaci studentů, z mladších prosluli například Edouardo Souto de Moura, Adalberto Dias, Maria de Graça Nieto, Jose Manuel Soares a další. Po absolutoriu Siza pracoval v letech 1955 až 1958 u Fernanda Távory, a po vítězství v soutěži na čajovnu Boa Nova v roce 1956 paralelně založil i vlastní praxi. Siza pokračoval v tradici a rovněž vyučoval na domovské vysoké škole (1966 až 1969, profesura 1976); kromě toho obdržel čestný doktorát na Univerzitě ve Valencii (1992), na Ecole Polytechnique Federale v Lausanne (1993), hostoval jako profesor v Pensylvánii, Bogotě, Harvardu atd. Sizova architektura je bezesporu vysoce kontextuální – už jeho první stavby vychází z topografie místa, ze snahy zapojit se do prostředí, podchytit specifickou atmosféru a zároveň k ní přidat novou, současnou vrstvu. Výsledkem nezvykle taktilního přístupu jsou však často ve svém okolí nenápadné stavby, obtížně zachytitelné na fotografii (zprvu nebyly mnoho publikované, a tudíž ani Sizův věhlas nepřekročil hranice Portugalska). Siza to sám v roce 1979 komentoval: „Většina mých prací nebyla nikdy publikována; některé z věcí, které jsem dělal, byly provedeny jen částečně, jiné byly zásadně změněny nebo zničeny. Zbývá čekat. Architektonický návrh, jehož cílem je jít do hloubky... návrh, který chce být víc než jen pasivní materializací, odmítá redukovat skutečnost a analyzuje každý její aspekt, jeden po druhém; takový návrh nemůže nalézt oporu v pevném obraze, nemůže sledovat lineární vývoj... Každý projekt musí uchopit – s nejvyšší přísností – přesný okamžik mihotavého obrazu ve všech jeho odstínech, a čím lépe poznáte onu mihotavou kvalitu skutečnosti, tím jasnější váš projekt bude... To je možná důvodem toho, proč jenom okrajová díla (tiché obydlí, víkendový dům na míle vzdálený) se uchovala tak, jak byla původně navržena. Cosi však zůstává. Něco se zachovalo zde, něco jinde, možná někým otcovsky opatrováno, zanechávajíc znamení v prostoru a v lidech a vstupujíc do procesu celkové transformace...“. 82

Siza zřetelně vnímá architekta jako osobnost, která analyzuje skutečnost a svým osobitým způsobem na ni reaguje, přidává další vrstvu a stává se tím součástí vývoje, dociluje „zakotvení“. Často proto používá tradiční metody, prostorové strategie, materiály, barevnost a znaky. Nově je interpretuje a docílí atmosféry, která má v sobě něco obtížně uchopitelného, avšak zároveň důvěrně známého: „Cítím, že každý projekt má svůj sklon, interní požadavek, který jde mimo architektovy vlastní myšlenky a projekt. V městském prostředí se proto vždy pokouším zakomponovat vnitřní síly a jedinečnost existujícího prostředí do svého návrhu.“ Někdy je popisován jako „modernista zakořeněný v tradici své země“ (srov. pyrenejský poloostrov jako prostor spojení mnoha kultur – antické, islámu, křesťanské středověké i novodobé). Sizovy budovy nejsou stavěny na prvoplánový efekt. Nechce šokovat, překvapovat, za každou cenu vynikat. Obejde se klidně bez takových prostředků, jako jsou exkluzivní materiály, okázale prezentované nejnovější technologie, skryté spoje, optické efekty, konstrukční anomálie apod. I s těmi nejjednoduššími prostředky dovede docílit nebývale intenzivního výtvarného i sociálního náboje. Nepostupuje totiž formou náhlých nápadů, metodou pokus-omyl, ale spíše pomalu, poklidným vývojem, na základě přemýšlivého přístupu – v literatuře se pro jeho tvorbu používá termín „krystalizace“. Sám přiznává, že rád navazuje na svá předchozí díla, nejenom pro poučení, které si z nich vzal, ale i pro zachování jisté kontinuity. Vzniká tak střízlivá, jednoduchá a přesto nikoliv banální architektura. Spíše poetická, harmonická a vrstevnatá, jejíž kouzlo spočívá v neobvyklé čistotě a přirozenosti, se kterou dovede spojit místní kontext, jedinečnost konkrétní stavby a osobitý rukopis. V časopise Architekt popisuje Jan Sapák Sizovu návštěvu v Praze a Brně v říjnu 1996, vzpomíná, že mezi svými portugalskými kolegy (Távora, Moura a Savaca s manželkami), kteří byli typičtí velice živým až temperamentním chováním, vynikal Siza naopak jakýmsi vnitřním klidem: „Siza byl skoupý na slovo, pomalý v reakcích i odpovědích. Jeho glosy a repliky, často jednoslovné, byly přesné a jistě nebylo zdáním, že mířily k jádru věci.“ Je přímo symptomatické, že při návštěvě Čech se prý velmi zajímal o meziválečnou architekturu, ale i o řadu drobných, v rostlém městě přirozených motivů. Klíčem k uchopení Sizovy architektury mohou být i jeho proslulé skici – jednoduché, liniové, ale přesto postihující podstatné, s velkým emocionálním nábojem skrývajícím středomořský temperament a kontrolovaný neklid. Mnohé napovídá především rozdíl mezi dokumentárními, výtvarněji pojatými kresbami z cest a „hledajícími“ pracovními náčrty k vlastní tvorbě. Siza říká, že vždy než začne navrhovat, zmapuje místo formou skic; první krůčky v navrhování a hledání konceptu však probíhají rovněž prostřednictvím kreseb. Dochází tak k úzkému propojení zaznamenaného kontextu a prvotního osobního vkladu architekta, na počátku mnohdy i bez limitů daných stavební legislativou nebo konkrétními požadavky klienta. Podobně kresby zároveň mohou vést i k jisté schematizaci a zjednodušování, tudíž potažmo k určité formě minimalismu. Není bez zajímavosti, že Siza vytváří také sochy. Ukazují jeho zájem o člověka jako o věčné, nevyčerpatelné výtvarné téma. Stejně jako kresby a architektura jsou i sochy střízlivé, jednodu-


6/2009

SPEKTRUM SPECTRUM

1 Obr. 1 Čajovna Boa Nova v Matosinhos Obr. 2 Bazén De Leca v Matosinhos, a), b)

ché, vtipné a přesto velmi emotivní. Podobně poetický charakter mívají občas i Sizovy texty, nejsou obvykle složité svými formulacemi nebo po teoretické stránce, ale vznikají rovněž intuitivním, subjektivním vršením, důmyslným překrýváním faktů a dojmů. Už první Sizovy realizace, získané na základě soutěže, čajovna Boa Nova (1956 až 1963) (obr. 1) a nedaleký bazén De Leca v Matosinhos (1958 až 1965) (obr. 2), naznačují mimořádný důraz na lidské měřítko i organické splynutí stavby s okolím a krajinou. Architekt jednoznačně odmítá monumentalitu a přitakává spíše Aaltově neformálnosti veřejného prostoru. Čajovna se při pohledu od moře kontrastně vymezuje vůči dramatickému pásu mohutných pobřežních kamenů zpevňující horizontalitou převislé střechy (srov. Frank Lloyd Wright); při pohledu z parkoviště však nastavuje návštěvníkovi naopak svou vlídnější tvář navzájem se prolínajících hmot. Bazén tvoří spíše labyrint, „krajina“ betonových zdí s vloženými dřevěnými stropními konstrukcemi (srov. Ludwig Mies van der Rohe), zřetelný zárodek pozdějšího Sizova „silného“ tématu stavby podřízené vnitřnímu uklidňujícímu, formotvornému řádu. Pozoruhodnou scenérii podtrhuje navíc skutečnost, že nejenom budovy (zdi), ale i vlastní bazény jsou velmi citlivě, organicky zapojeny mezi kameny rozeklaného pobřeží a jejich hladina jako by splývala s mořskou. Třetím pozoruhodným dílem z počátků Sizovy tvorby je přístavba domu Alcino Cardosa v Moledo do Minho (1964 až 1968, 1971 až 1973), která vykazuje vedle začlenění do krajiny a vnitřní geometrie také značný důraz na citlivé propojení s historickým dědictvím – přístavba má podobu nízkého, půdorysně trojúhelBETON • TECHNOLOGIE • KONSTRUKCE • SANACE

2a 2b

6/2009

83

SPEKTRUM SPECTRUM

3a 3b

Obr. 3 Obr. 4 Obr. 5 Obr. 6

Obytný okrsek Malaguiera v Evoře, a), b) Školicí středisko v Setúbalu Školní ateliéry Pavilhäo Carlos Ramos v Portu Fakulta architektury v Portu, a), b)

ného bloku vloženého mezi dvě existující, na sebe kolmá hospodářská stavení. Fasádu novodobé intervence tvoří sklo s předsazenou stěnou z nasucho kladených kamenů a výsledné provozní i estetické provázání se stávajícím kontextem je dokonalé. Rozsáhlý soubor družstevních domů Da Bouça v Portu (1973 až 1977) představuje jednu z prvních skutečně velkých Sizových realizací a zásadní vstup do městské struktury. Podobně jako architekti německé nebo nizozemské meziválečné avantgardy i Siza použil úsporný liniový, deskový dům. Jednolitou hmotu však doplnil a obohatil o tradiční motivy dělnického předměstí a středomořské kultury – předzahrádky, rodinný život na ulici, venkovní schody atd. (srov. regionalismus a postmoderní přehodnocení univerzálního, mezinárodního, „nesrozumitelného“ pojetí abstraktní architektury). Objevuje se zde později pro Sizu velmi typický výraz – bílá omítka s kovovými prvky, důraz na světlo a stín (srov. klima Portugalska), poklidné, kontrolované geometrické tvary. Architektův rukopis se v té době stabilizuje, což přesvědčivě dokládá obytný okrsek Malaguiera v Evoře (1975 až 1989) (obr. 3), místo, které údajně navštěvoval každý týden po dobu 5

4

84


6/2009

SPEKTRUM SPECTRUM

6a

dvaceti let. Přes podobné výtvarné prostředky jako u družstevních domů Da Bouça se však jedná o zásadně odlišný model bydlení, bližší tradici pyrenejského poloostrova a zároveň vzor prosazovaný v celosvětové architektuře už od šedesátých let – hustá nízká zástavba, která vytváří i poloveřejné prostory respektive různé stupně intimity (vnější ulice → vnitřní ulice → atrium → interiér domu...), a nabízí i širší spektrum dispozičních typů. U souboru Malaguiera najdeme už také další charakteristický aspekt Sizovy tvorby – drobné „události“ oživující jinak sevřený, jednotný ráz souboru – různá zalomení a nahodilosti ve spojení s morfologií terénu, přiznaný syrový kubus kolektoru apod. (nelze přehlédnout spojitost Le Corbusierem, který nezřídka ponechával nejenom u vedlejších prostor značnou volnost náhodě při tvarování a styku hmot, povrchů materiálů – srov. klášter La Tourette v Eveux u Lyonu nebo poutní kaple NotreDame-du-Haut v Ronchamp). Ve světovém měřítku na sebe upozornil Siza účastí v rámci IBA – Internationalen Bauausstellung. Na základě soutěže mohl na Schluterstrasse v Berlíně-Kreuzbergu realizovat bytový dům „Bonjour Tristesse“ (1980 až 1983). Koncept opět nepostavil na jednoduchém, prvoplánovém použití barvy, výrazného materiálu, dekorace, modernistické skleněné stěny apod. Jeho na první pohled strohá, nadmíru prostá stavba s mechanickým rastrem oken je modelována rafinovanějším způsobem. Výrazným motivem se stává křivka nároží jako přirozené, plynulé spojení dvou ulic, skulpturální forma, která jakoby měla být tvarována skrytými vnitřními tlaky v rozklíženém Berlíně. Monotónní plochu průčelí opět naplňuje drobnými „událostmi“ – mírným uskočením v oblouku atiky, okny ve světlíku perspektivně směrem nahoru se zmenšujícími nebo nárožním otvorem ve tvaru oka se sprejerským nápisem „Dobrý den smutku“ (název bestselleru a debutu osmnáctileté francouzské spisovatelky Françoise Saganové z roku 1954 a zároveň zřejmě reakce na melancholickou atmosféru rozděleného města). V polovině osmdesátých let se výrazněji profiluje i Sizova vrstevnatá hra s prostory, což přesvědčivě dokládá například BETON • TECHNOLOGIE • KONSTRUKCE • SANACE

6b

mateřská škola v Panafiel (1984 až 1990) – zakázka, kde sice vstupoval do už rozpracovaného projektu a dokonce prý uvažoval i o odmítnutí, ale zároveň se mu nabízela možnost kreativně uchopit významné místo v nevšedním krajinném a městském kontextu. Výzvu přijal a školku hmotově pojal jako zmenšené město (což do určité míry vysvětluje postmoderní střešní krajinu stavby). Velmi cenné je však typologické řešení. Sizovi se totiž podařilo provázat modernistickou volnost otevřeného půdorysu s důvtipným zalamováním v řezu – vnitřní, plynule se prolínající prostory jsou vlastně jen opticky děleny a měřítkově odlišeny členěním stropu a světlíků, které zároveň zajišťují v horkém klimatu příjemné, rozptýlené horní osvětlení. Jednu z nejpublikovanějších Sizových realizací představuje dům Vieira de Castro ve Vila Nova de Famaliçao (1984 až 1998). Siza sice zvolil bílou, ryze abstraktní, střízlivou, bezmála meziválečnou formu na zeleném pozadí ve svahu nad průmyslovým městečkem, ale osazenou hluboko v portugalské tradici místního venkovského domu, tzv. quinty (podobné proporce, kompozice, skladba hmot, vetknutí do terénu, otevřený krb jako centrum domu). Uplatňuje zde svou typickou metodu vrstvení 6/2009

85

SPEKTRUM SPECTRUM

7a

7b

a prolínání geometrických systémů, zřetelnou zejména u vnějšího obrysu domu, dvouplášťového průčelí, chránícího před nevlídným klimatem ale zároveň se prolamujícího dle nejlepších výhledů (otvory jako „orlí hnízda“ prořezaná do bílé plochy, která za sebou často skrývají tvarově zcela odlišná okna). K tradiční architektuře se Siza opakovaně vrací – školící středisko v Setúbalu (1986 až 1993) (obr. 4) je zřetelnou reinterpretací hispánského patia. Středisko sám popisuje jako spojení dvou základních půdorysných tvarů písmene U – patia poskytují ochranu před sluncem a jinými vlivy okolí, ale zároveň umožňují na jedné straně i výhled do krajiny. Jednoduchou geometrii nenásilně rozrušují drobné střihy a prostorové „události“ – směrování průhledů, volně tvarovaná hmota tělocvičny a vstu8

Obr. 7 Knihovna univerzity v Aveiru, a), b) Obr. 8 Železobetonový vodojem v kampusu univerzity v Aveiru Obr. 9 Muzeum současného umění v Santiagu de Compostela

pu, solitér domu správce, antropomorfní schodiště, šikmé sloupy, střídání kruhových a čtvercových sloupů atd. Stejně jako u předchozích realizací je zcela zřejmé, že Siza plně využívá konstrukčních možností železobetonu a vlídného klimatu k sochařsky svobodné, krajinářsky bohaté a přesto přehledné a odůvodněné geometrické hře. Půdorysné tvary písmene U nebo H se u Sizy vyskytují opakovaně – jmenovat lze např. Muzeum současného umění Seralves v Portu (1991 až 1999), kancelářskou budovu v ulici Aleixo v Portu (1993 až 1997), kde mimo jiné sídlí i Sizův a Mourův ateliér, rektorát univerzity v Alicante (1995 až 1998) nebo školní ateliéry Pavilhäo Carlos Ramos v Portu (1986) (obr. 5). Tyto kompozice totiž umožňují vyvážený vztah mezi symetrií a asymetrií, obohacení základního, poměrně rigidního a přehledného schématu o drobné, oživující „události“ (vyvolání „důvěrně známého pocitu“, ale zároveň potlačení monumentality a stísňujícího dogma pevného řádu). Poskytují také příležitost vyrovnat se přirozeným způsobem s náročným klimatem (srov. sevřenost, intimní měřítko a pouze vnitřní vazby ve středomořské a islámské architektuře). Podobné paralely k historické stavební kultuře a její prosté selské logice jistě nejsou náhodné – vždyť Siza je známý svým výrokem, že „tradice je výzvou k inovaci“. Klíčovým okamžikem pro portugalskou architekturu se stalo osamostatnění Távorovy architektonické školy respektive její začlenění k univerzitě v Portu, a následná výstavba nového Sizova sou86


6/2009

SPEKTRUM SPECTRUM

boru školních budov (1986 až 1996) (obr. 6). Kenneth Frampton jej zařadil po boku Bauhausu ve Výmaru (1925 až 1926) a HfG v Ulmu (1955) ke třem vrcholným počinům, zlomům dvacátého století, kdy zvolené uspořádání budov reprezentuje, ztělesňuje a zároveň formuje specifický progresivní typ výuky. Portský soubor je vetknut do dramatického svažitého terénu s krásným výhledem na údolí řeky Douro, což pochopitelně silně předurčilo výslednou koncepci – v prvním, předním plánu osadil Siza čtyři solitérní hmoty ateliérů a učeben (pomyslnou pátou hmotou bude v budoucnu strom – viz skici), spojených v suterénu chodbou, a v druhém, zadním plánu srostlici společných prostor a kanceláří vetknutých do svahu, s charakterem na pomezí stavby a terénních úprav. Architekt opět nezapře cennou inspiraci historií – způsob jakým organizuje pohyb po areálu jako komponovaný souhrn událostí, vazba na terén, zalamování os a geometrie jistě ne náhodou připomínají antické soubory; čítárna knihovny do určité míry evokuje Michelangelovu Bibliotecu Laurencianu; a při pohledu na kompozice průčelí jakoby nám v podvědomí zazníval Le Corbusierův výrok „Architektura je moudrá, správná a velkolepá hra objemů pod sluncem soustředěných“. Harmonický, jednotný a přesto nejednoznačný soubor ale také vykazuje typickou Sizovu hravost, lehkost a ironii – vztahy naplněné geometrickými střihy a pootočeními, každá budova je nedílnou součástí celku a zároveň svébytná, nehledě na oblíbené antropomorfní tvary (průčelí jako „obličej“). Siza si i přes svůj neměnný výrazný rukopis uchovává značný důraz na kontextuálnost – knihovna univerzity v Aveiru (1988 až 1995) (obr. 7) tak má pro něho poněkud atypické průčelí s texturou z lícových cihel, materiálu, který v okolním kampusu dominuje. Hmota získala geometrizovanou podobu zvířete s otevřenou tlamou (asociace dosti pravděpodobná – viz starší antropomorfní tvary nebo doprovodný text k Serpentine Gallery), doplněnou o motivy předsazeného „kšiltu“ nad vstupem a „světelnými děly“ ve střeše (srov. Le Corbusierova poválečná tvorba). Zajímavý je charakter hlavního halového prostoru, kde v řezu šachovnicově prostřídané otvory dvorany a mírně prohnutá rovina střechy zajišťují příjemně rozptýlené světlo a vyvolávají dojem otevřené krajiny. Předsazená zvlněná stěna z cihel na osluněné straně vytváří na obvodu atrium, nepřímo přisvětlující z boku interiér, a zároveň stínící celý dům. V kampusu univerzity vystavěl také nevšední železobetonový vodojem (1994, spolu s João Araújo Sobreivz), tvořený kvádrovou nádrží podpíranou na jedné straně subtilní stěnou (tloušťky 150 mm) a uprostřed válcem, ve kterém jsou vedena média (obr. 8). Nezvyklý efekt vyplývá právě z kontrastu robustní nádrže a tenkých, asymetrických podpor – koncept objasňuje série Sizových skic, na kterých je vodojem přirovnáván ke koni vzpínajícímu se na zadních nohách. Jednou z největších a nejpozoruhodnějších stavebních akcí, na kterých se Siza podílel, byla rekonstrukce zničené blokové zástavby v městské části Chiado v Lisabonu (od roku 1988). Po velkém požáru, kdy vyhořela část převážně klasicistních domů, se Siza vyjádřil, že podobnou situaci nelze řešit obvyklou cestou architektonické soutěže a vytvořením jednorázové plánové dokumentace. Spolu se starostou dospěli k přesvědčení, že nejprve musí být zahájen dialog a vytvořena obecná strategie; v území je totiž mnoho různých zájmů a majitelů, kterým nelze vnutit jednostranný názor. Cílem projektu bylo spíše jen napomoci při co nejrychlejší obnově, stanovit kritéria, poskytnout stavební prostředBETON • TECHNOLOGIE • KONSTRUKCE • SANACE

9

ky a nezbytné organizační zázemí. Neočekávaná situace byla především příležitostí přehodnotit existující vazby a infrastrukturu, vnést do místa bohatší možnosti, které nabízí současná architektura a technika. Zároveň však bylo nutné zabránit tomu, aby akce mohla být zneužita pro totální přestavbu. Siza kladl důraz na minimum vstupů moderní architektury a zachování atmosféry, když už ne autentické hmoty, která zanikla při požáru. Ačkoliv zůstaly zachovány převážně obvodové zdi, celý projekt je vedený snahou zachovat i při případné změně funkce nejenom výraz, ale i charakteristické rysy typologie domů, tedy měřítko a konstrukční principy. Čtvrť Baixa byla už předtím velice jednotná, protože vznikla v průběhu pouhých čtyř let za podobných podmínek po zemětřesení v 17. století. Proto bylo možno na základě stavebně historického průzkumu vytvořit řadu unifikovaných detailů, prefabrikovaných prvků a vzorových stavebních postupů, které respektují historii, ale zároveň přináší leccos nového, a především odpovídají současným technickým normám. Zajímavá byla rovněž organizace celého procesu obnovy – aktivity řídila detašovaná nezávislá kancelář při magistrátu, jejíž role spočívala především v koordinaci, osvětě a řízení technických postupů. Regulační plán vznikal jeden rok (zejména stanovení funkcí a infrastruktury); dílčí majitelé pak mohli získat od magistrátu konkrétní projekt zdarma, nebo oslovit vlastního projektanta, který však musel respektovat celkovou regulaci. Siza považuje tuto akci respektive strategii za precedens, podle kterého by bylo možno ohleduplně obnovit i ostatní historické čtvrti v Lisabonu: „A všechno to bude stejné? Existují rozčarovaní lidé, výkladce působí monotónně, a jak se to už řeklo, není tu žádný znak jakékoliv modernosti. Ti, kdo se lépe dívají, postřehnou dvojité okenní rámy a další věci, a ti, kdo tady bydlí, si všimnou ještě ledačeho jiného. A komu se tu žije nejlíp, tak ten si ničeho nevšimne. K ničemu to nepotřebuje.“ Zcela mimořádný vstup do vysoce exponovaného historického prostředí představuje výstavba Muzea současného umění (1988 až 1993) v sousedství kláštera Santo Domingo de Bonalval ze 17. století v Santiagu de Compostela (obr. 9). Santiago je významné poutní místo s nevšední mystickou atmosférou, kterou si místní velmi bedlivě chrání. Nicméně starosta, povoláním architekt, oživení historického centra citlivou moderní architekturou podporoval. Na svažitou, nevelkou trojúhelnou parcelu mezi klášterem a běžnou městskou zástavbou, vsadil Siza horizontální klínovitou budovu, která se měřítkem přizpůsobuje okolí a pomáhá pevněji definovat městské prostory. Geometrie 6/2009

87

SPEKTRUM SPECTRUM

10a

10b

prý byla na místě (i v celém městě) přímo „ve vzduchu“. Podélný klínovitý tvar muzea se skládá ze tří hmot – v západní je vstup, auditorium a administrativa, ve východní rozlehlé výstavní sály a v trojúhelném meziprostoru vzdušná hala se schodištěm pronikajícím skrz celou budovu. Prolínání obou geometrických systémů tvaruje i vnitřní prostory, které se navzájem atakují a poskytují nečekané průhledy. Výstup končí přirozeně na střeše, jejíž krajina nabízí dechberoucí výhledy na město a zároveň může sloužit jako galerie soch pod otevřenou oblohou. Převažující horní osvětlení umožnilo uskutečnit průčelí prakticky bez oken, obložené celoplošně světlou, okrovou žulou s hru88

bým povrchem, pouze s monumentálními prořezy u hlavního vstupu. Siza říká, že si byl vědom toho, jak velký rozpor nastane mezi bílými interiéry a kamenným exteriérem, ale prý se jedná o řešení v místě běžné a pro tento objekt ideální: „Santiago jsem mnohokrát navštívil a nevím přesně proč, ale jsem přesvědčený, že tato budova působí ve svém prostředí naprosto přirozeně.“ Na otázku „Jste si jistý, že lidé rozpoznají Vaši budovu jako muzeum?“ odpověděl: „To nemohu zaručit, ale při návrhu jsem k tomu inklinoval. Rozpoznatelnost budov je podstatou typologie a je důležitá. V současnosti stavím kostel v Portu, který je rozpoznatelný i přes osvobození od symbolu kříže. To samé platí i pro místní tradici, která je předivem všech měst... Typologie není pouze otázkou tvaru... Čistota půdorysu a snadná orientace je podmínkou, ale ne nutně vědomá, vnucená. Může být prezentována diskrétně – volitelně, chcete-li...“ Přes programovou strohost a modernost se stal Siza oblíbeným architektem i pro tradičně vysoce reprezentativní a spíše konzervativněji laděné úlohy. Jedním z takových projektů je nesmírně populární kostel a farní centrum Santa Maria v Marco de Canavezes (1990 až 2006), které navrhl v úzké spolupráci s farářem, otcem Nuno Higinem (obr. 10). Výrazně převýšený kostel, osazený na pohledově exponovanou hranu terénu, má 30 m dlouhou loď, která pojme čtyři sta věřících. Přesto působí spíše skromně, bližší venkovskému pojetí, nežli místní pompézní gotické tradici. Stavba i přes svůj současný, minimalistický výraz vychází ze zavedeného uspořádání založeného na liturgii; nízké věže u vstupu dokonce připomínají zcela běžné portugalské kostely (jedna slouží jako zvonice se schody k varhanám, druhá jako převýšené baptisterium). Převažuje důraz na vertikalitu – nicméně v Sizově pojetí se zřetelným oddělením na spodní, skromný snížený prostor „pro věřící“ a horní vzdušný, bílý, nekonečný prostor „pro boha“ respektive „boží světlo“. I tento veskrze tradiční interiér ale obohacuje o drobné rafinované (ale konstrukčně přeci jen složitější) události – např. dvojitý plášť severní stěny, která je v interiéru prohnutá, ale v exteriéru rovná. Stavebně je proto výhodně použita kombinace moderních technologií (železobeton) a zavedených místních postupů (typických mírně zvlněných omítek). Loď kostela je holá, „nezabydlená“, představuje vskutku duchovní prostor pouze pro modlitby (střídmá dřevěná podlaha z hrubých prken, nízké obložení stěn krémově bílým keramickým obkladem, prosté dřevěné židle, pozlacený kříž, strohý kamenný oltář a křtitelnice atd.). Neformálnost je podpořena také asymetrickým umístěním kříže a varhan. Zajímavým prvkem jsou 10 m vysoké vstupní dveře, které vnáší do stavby nezvyklé měřítko a při západu slunce prý díky nim dopadají paprsky až na oltář. Příchod a odchod podobnými dveřmi má slavnostní ráz (srov. jinak spíše intimnější vstupy u Sizovy architektury), každý věřící si dá navíc pozor, aby nepřišel pozdě na mši (jeho vstup prostě nemůže být přehlédnut). Podobným motivem je také 16 m dlouhé a jen 0,5 m vysoké pásové okno, ze kterého vidí ven pouze stojící člověk (nerozptyluje při modlitbě, ale při příchodu a odchodu utvrdí víru v boha, který vytvořil okolní „monumentální“ přírodu). Další ze série „příbuzných“ staveb – Fakulta žurnalistiky v Santiagu de Compostela (1991 až 1999) – ukazuje Sizův důraz na topografii, citlivé vnímání terénu a prostorových vazeb v okolí. Budova představuje návrat do Santiaga, tentokrát však nikoliv do středověkého centra, nýbrž do proslulého kampusu jedné z nejstarších univerzit ve Španělsku (založena 1501). Situ-


6/2009

SPEKTRUM SPECTRUM

ace však zdaleka není jednoduchá – původní uspořádání univerzitního areálu v parkovém prostředí dostalo podobu neuspořádané, rostlé, navzájem provázané megastruktury, jejíž vrstevnaté kouzlo na jednu stranu Siza nechce porušit, ale na druhou stranu cítí potřebu vnést do prostoru alespoň nějaký sjednocující prvek a řád. Výsledný návrh proto de facto vytvořil precedens pro novou, budoucí regulaci – budova fakulty je totiž izolovaná, ale zároveň nenarušuje existující složité vazby a geometrii. Ústřední podélnou hmotu tvoří jednolitá „spona“, zpevňující příliš otevřený prostor kampusu, na kterou jsou kolmo navázána menší, volněji tvarovaná křídla, vytvářející polootevřená atria s výhledy do okolní parkové zástavby respektive krajiny (srov. půdorysný princip hřebínku). Pohyb po fakultě se stává sérií topografických událostí a společenských setkání (srov. žurnalisti a nezbytnost komunikace), má charakter „architektonické promenády, procházky“ (srov. Le Corbusier), zdůrazněné důvtipnou a emotivní skladbou odlišných měřítek a tmavých nebo bohatě osvětlených prostor. Siza však není jenom citlivým a kontextuálním architektem, jeho svébytný prostorový rukopis, geometrické střihy apod.

11a Obr. 10 Kostel a farní centrum Santa Maria v Marco de Canavezes, a), b) Obr. 11 Portugalský pavilon na Expo 1998 v Lisabonu, a), b) 11b

vyžadují také velký smysl pro konstruktivní logiku a odvahu k razantním statickým řešením. Svoji pozici všestranné osobnosti s přehledem utvrdil při návrhu Portugalského pavilonu pro Expo 1998 v Lisabonu (1996 až 1998) (obr. 11). Projekt vycházel z neobvykle náročného zadání – vytvořit obrovskou budovu u hlavního vstupu do výstaviště, která by byla nepřehlédnutelnou vlajkovou lodí (zejména ve srovnání s okolními pavilony, u nichž tehdy ještě nikdo nevěděl, jak vlastně budou vypadat) a která by mohla plnohodnotně sloužit i po skončení Expa (nemohla být navržena pouze pro krátkodobý efekt). Výsledná budova byla proto rozdělena na dvě části – relativně běžBETON • TECHNOLOGIE • KONSTRUKCE • SANACE

nou hlavní budovu s výstavními sály a kancelářemi o rozměrech 70 × 90 m a kryté extravagantní nádvoří o rozloze 65 × 58 m, které má zároveň poskytovat cenný stín a ústřední prostor pro návštěvníky Expa. Inspirací pro hlavní motiv byla nakonec poloha na hraně doků – zavěšená betonová markýza je zřetelným odkazem na plachetnice, ale zároveň i na oblíbené plátěné zastřešení středomořských a blízkovýchodních nádvoří. Gigantická markýza je zavěšena mezi dva robustní portiky, a jedná se vlastně o subtilní betonovou desku tloušťky 200 mm nesenou skrytými ocelovými kabely. Vzhled monumentálních portiků založený na klasickém principu „podpora a břemeno“ zlid6/2009

89

SPEKTRUM SPECTRUM

12

štil Siza tím, že narušil pravidelný rytmus mezi podporami a pro obložení vnitřku použil tradiční barevnou keramiku. Portugalský pavilon na téma člověk – příroda – technika na Expo 2000 v Hannoveru (obr. 12) měl pochopitelně poněkud skromnější podobu. Byl koncipován tak, aby mohl být po výstavě rozebrán a přestěhován do Portugalska (dnes je osazen ve městě Coimbra). Ústřední prostor půdorysu tvaru písmene P tvoří horizontální hala zastropená zvlněnou střechou s ocelovým rámem a bílým průsvitným pláštěm z polyesteru. Výsledná měkká světelná atmosféra, bílá barva a křivka evokovaly prosluněné středomoří, dojem podpořený ještě promítáním širokoúhlých záběrů z portugalské krajiny a podáváním portského vína. V exteriéru je budova obložena tradiční barevnou keramikou a našedlým korkem, typickým stromem jižního Portugalska, který spolu s lehce zvlněnou atikou dodává pavilonu vzhled přírodního útvaru, hmoty vyřezané z kusu dřeva.

13a

90

Podobně organicky tvarovaný byl i provizorní pavilon Serpentin Gallery v Kensington Gardens (2005, spolu s Edouardo Souto de Mourou), navržený konstrukčně jako „klenba“ z dřevěného roštu pokrytého polykarbonátem. Celkovým protáhlým tvarem a vnitřním napětím měl evokovat podobu se zvířetem připraveným ke skoku. Realizací malého měřítka ale nebývalé intenzity je soukromá kaple u Quinta de Santo Ovidio v Lousada (2004) (obr. 13), stavba uvedená do neobyčejně silného kontextu, součást revitalizace a sjednocení souboru tříhektarové farmy. Solitér kaple je osazen na soklu, který působí jako zřetelný přechod mezi reálným a sakrálním světem. Každá stěna prostého kvádru kaple má svůj motiv – půlkruhové okno, vyřezaný kříž, kostku vykonzolované sakristie a u nástupního průčelí obklad hrubou žulou (při běžném perspektivním pohledu však pozorovatel pochopitelně vidí jen dvě sousední fasády a motivy). Betonová obvodo-

13b


6/2009

SPEKTRUM SPECTRUM

14a

vá stěna je zvenčí omítnutá a bílá, uvnitř ponechaná v přirozené, syrové textuře, se všemi nedostatky, skvrnami apod. Nevšední expresivní výraz je tedy vyvolán záměrným kontrastem mezi tradicí bílé iberské architektury a kontemplativním intimním prostorem. Interiér je prostý (podlaha dřevěná a betonová, oltář kamenný, židle a lavice dřevěné) a rovněž oživený „událostmi“ (socha Panny Marie, drobný kříž na rohové polici, mírné zvlnění stěny v místě prořezaného kříže zaskleného alabastrem). V posledních letech tedy do Sizovy tvorby výrazně vstupuje křivka a syrovější materiály, především dřevo a beton, často v kontrastu k bílé hladké ploše. Typickým příkladem je sídlo nadace Iberê Camargo v Porto Alegro (2002 až 2006, galérie v Brazílii, bývalé portugalské kolonii, paradoxně navrhl dnes patrně nejznámější portugalský architekt, projekt vyhrál v roce 2002 Leone d‘Oro na bienále architektury v Benátkách) (obr. 14). Organickou, přírodní formu domu určuje bezpochyby především atraktivní lokalita v zeleném svahu nad rušnou silnicí a řekou, a patrně i skutečnost, že nadaci dal jméno nejznámější brazilský expresionistický malíř Iberê Camargo. Už od prvních Sizových skic se objevuje myšlenka pravoúhlého obrysu domu s půdorysným tvarem rozrušeného písmene L, složeného z výstavních síní obrácených do vnitřního atria. Třetí stranu L respektive atrium uzavírá křivková stěna, po jejímž vnitřním povrchu šplhají otevřené rampy a zvenčí nezávislé, izolované kubusy expresivně tvarovaných uzavřených ramp. Rampy a prohnutá stěna jsou perforované malými otvory, vtipně umístěnými tak, aby se kolemjdoucímu návštěvníkovi nabízely úchvatné, směrované průhledy na řeku, okolní kopce a město (krajina rovnocenná vystaveným výtvarným dílům, budova „otevírá oči“). Výraz stavby se má zřejmě blížit dětské kresbě nebo umění přírodních národů (viz inspirace expresionistů) a je proto záměrně velmi syrový – nejenom co se týče povrchu z betonu, ale i celkovým tvarováním. Mimořádně emotivní budova nadace Iberê Camargo dokládá, že Sizova tvorba se i v pokročilém věku stále vyvíjí, vrství, obohacuje, a přes mezinárodní věhlas a množství zakázek si uchovává lidský rozměr i nezaměnitelný rukopis.

Ing. arch. Petr Vorlík, Ph.D. FA ČVUT v Praze


14b

Obr. 12 Portugalský pavilon Expo 2000 v Coimbře (původně v Hannoveru) Obr. 13 Soukromá kaple u Quinta de Santo Ovidio v Lousada, a), b) Obr. 14 Sídlo nadace Iberê Camargo v Porto Alegro, a), b) Fotografie: 2a, 3, 4, 6, 7b, 8 a 9 – Petr Vorlík, 1, 2b, 5, 7a, 11, 12 – Patrik Hocke, 10a, b, 13a, b – Fernando Guerra, 14a, b – Duccio Malagamba-fotografía de arquitectura S. L

Literatura: [1] Angelillo A., Croset P. A.: Scuole in Portogallo di Alvaro Siza. Casabella 579, 1991, s. 4–20 [2] Un museo in Spagna, una scuola in Portogallo. Casabela 612, 1994, s. 5–17 [3] Angelillo A.: Il recupero del Chiado: un piano d‘autore. Casabella 628, 1995, s. 19–33 [4] Jodidio P.: Álvaro Siza. In: Contemporary European Architects, Volume IV. Taschen, 1996 [5] Architecture intérieure 274, 1996 [6] Šlapeta V.: Siza v Praze. Architekt 1–2/1997, s. 10–11 [7] Sapák J.: Álvaro Siza v Brně. Architekt, 4–5/1997, s. 48 [8] Spineli L.: The Parish Church Complex of Marco de Canavezes, Portugal. Domus 802, March 1998, s. 16–25 [9] Levitt R.: Ritual Modification. The Architectural Review, August 1998, s. 60–64 [10] ... towards an improbable architecture. El Croquis 91, 1998, s. 48–97 [11] Marc G.: In a Portuguese Garden. The Architectural Review, August 1999, s. 28–33 [12] Álvaro Siza. Rettorato dell‘universita. Casabella 667, 1999, s. 69–77 [13] Colege courts. The Architectural Review, March 2000, s. 66–69 [14] Slessor C.: Galician Abstraction. The Architectural Review, November 2000, s. 46–51 [15] Jodidio P.: Álvaro Siza. In: Building a New Milenium. Taschen, 2000, s. 446–465 [16] Álvaro Siza. In: The House Book. Phaidon, 2001 [17] Álvaro Siza. te Neues, 2002 [18] Álvaro Siza, Stavba, 1/2003, s. 34–35 [19] Frampton K.: Moderní architektura. Kritické dějiny. Academia, 2004, s. 321–326, 344, 369, 370, 385, 387, 389, 399 [20] Chapel of Ease. The Architectural Review, January 2004, s. 51–53 [21] The Architectural Review, July 2004, s. 34, 81 [22] Comas C. E.: Siza‘s Brazilian sky. Domus 893, 2006, s. 44–53

6/2009

91

AKTUALITY TOPICAL

SUBJECTS

VÝZNAMNÁ V BRNĚ

ZASTAVENÍ VE

110LETÉ

LEONARD HOBST Vznik České vysoké školy technické spadá do posledního roku 19. století. Právě 19. století, někdy nazývané „stoletím páry“, bylo charakteristické prudkým rozvojem průmyslu hlavně v zemích Evropy a Severní Ameriky. Tento rozvoj, který vytvořil vědecký, technický a materiální základ století dvacátého, vyžadoval i nebývalý nárůst požadavků na vzdělání obyvatelstva, především v technických oborech. Ve všech evropských zemích byla zakládána technická učiliště a technické vysoké školy. Tomuto trendu začínající moderní doby se nevyhnuly ani země Rakouského mocnářství.

1a 1b

HISTORII

ČESKÉ

TECHNIKY

N E G AT I V N Ě - P O Z I T I V N Í R O L E T O V Á R N Í K A F R I E D R I C H A WANNIECKA Technickému učilišti se dostávalo vládní podpory. Po počátečních problémech s umístěním školy byla v roce 1860 postavena důstojná budova na nynějším Komenského náměstí a v roce 1873 byla povýšena na „vysokou školu technického směru“. V této době se však začaly vyhrocovat nacionalistické spory mezi zdejším německým a českým obyvatelstvem. Velkým podporovatelem nové školy byl brněnský továrník F. Wannieck (Vaněk). Byl však velký nepřítel Čechů a aktivní germanizátor, který se zasloužil o to, aby se ve škole přestalo vyučovat česky a škola se stala ryze německou. (V roce 1876 zde byla zrušena čeština jako nepovinný předmět.) Wannieck se v 90. letech stal zakladatelem „Německého domu“ v Brně a svůj život zasvětil pangermánským myšlenkám o nadřazenosti německy mluvícího obyvatelstva (nemálo prostředků věnoval na prokázání starogermánského původu svého jména Vaněk). Změny charakteru původně dvojjazyčné C. K. vysoké školy technické v Brně na ryze německou podnítily česky hovořící veřejnost na Moravě k oprávněnému požadavku na zřízení „české vysoké školy technické“. Německy mluvící část obyvatelstva Brna byla zásadně proti jejímu vzniku, protože byla názoru, že existence české vysoké školy v Brně by mohla „ve značné míře způsobit újmu prastarému německému charakteru města“ a tímto názorem zavazovali i své německé poslance v parlamentu. ZÁSADNÍ

V L I V TA J N É H O R A DY

DR. A. REZKA

NA VZNIK

V Y S O K É Š K O LY

VÝ VOJ TEC H N IC KÉ HO ŠKOLST VÍ V MAR KR ABST VÍ M O R AV S K É M Morava zaujímala přibližně 5 % plochy s 5,7 % obyvatel, ale v polovině 19. století již vytvářela 10 % průmyslové produkce Rakouské monarchie. Je proto logické, že bylo snahou vytvořit zde odbornou základnu pro rychle se rozvíjející průmysl, který byl soustředěn především v Brně. Tomu se především pro rozvoj textilního průmyslu přezdívalo „moravský Manchester“. Po vzájemné dohodě česky a německy mluvících obyvatel Moravy vzniklo v roce 1849 v Brně dvojjazyčné (utrakvistické) Technické učiliště, které mělo zabezpečit výchovu technické inteligence pro rozvíjející se průmysl Markrabství Moravského. Obr. 1 VUT Brno, a) fotografie z roku 1910, b) současný stav Obr. 2 Dr. Antonín Rezek Obr. 3 Císař František Josef I.

92

K nedoceněným osobnostem přelomu 19. a 20. století patří Dr. Antonín Rezek (obr. 2). Do roku 1896 přednášel jako profesor rakouských dějin na pražské Filozofické fakultě a patřil k zakladatelům moderního českého dějepisectví. V mládí si dal dokonce předsevzetí, že bude pokračovat v díle Františka Palackého. V roce 1896 byl povolán 2 do Vídně a stal se tajným radou na Ministerstvu kultu a vyučování. Zasloužil se o rozvoj českého středního školství – především vznikem nových gymnázií a reálek. Na konci 19. století se v monarchii projevoval nedostatek vysokých škol především technického směru. Dr. Rezek se na ministerstvu velkou měrou zasazoval o vznik a finanční podporu právě brněnské techniky. Během roku 1899 vedl Dr. Rezek celou řadu jednání, směřujících k zajištění budov, profesorského sboru a dalších náležitostí brněnské techniky. Mnohá z jednání byla důvěrná (byla vedena v době jeho letního pobytu v Adamově), neboť si byl dobře vědom odporu německy mluvící části obyvatelstva Brna k vzniku české školy. Vláda si ale jasně uvědomovala, že požadavky české společnosti jsou oprávněné, a tak vypracovala všechny doku-


6/2009

AKTUALITY TOPICAL

menty k tomu, aby Jeho veličenstvo císař František Josef I. mohl 19. září 1899 podepsat dekret o zřízení „Císařské a královské České vysoké školy technické v Brně“. Aby vláda utlumila německou „nespokojenost“, rozhodla, že bývalé „Technické učiliště“, které slavilo padesát let své existence, ponese oficiální název „K. u. K. 3 Deutsche Technische Hochschule in Brünn“. Úloha císaře Františka Josefa I. na vzniku české techniky byla zásadní, protože škola nevznikla „legální cestou“ na základě rozhodnutí parlamentu – tato cesta byla dle Dr. Rezka blokována obstrukcemi německých poslanců, ale dle ústavního § 14, který umožňoval obejít parlament a využít absolutistického práva panovníka (obr. 3). Česká vysoká škola technická v Brně zahájila svoji činnost 3. listopadu 1899 a jejím prvním odborem bylo stavební inženýrství. Začínala velice skromě, pouze se čtyřmi profesory a v pronajatých místnostech a bylo opět zásluhou Dr. Rezka, že vláda uvolnila na nové budovy školy částku 2,29 mil. K a s výstavbou se začalo v roce 1907. Budova novobarokního slohu, kterou navrhl a jejíž výstavbu řídil architekt Karel Danda, patřila v době svého otevření (24. června 1911) k nejkrásnějším v Brně (obr. 1). P A N O V N Í K O V O J M É N O V N Á Z V U Š K O LY Profesorský sbor si dobře uvědomoval panovníkův význam a vliv při vzniku školy. Skromné poměry školy v počátcích její existence neumožnily tento dík plně vyjádřit. Před dokončením nových budov školy se proto profesorský sbor usnesl požádat panovníka, aby škola do budoucna mohla nést název „C. K. česká vysoká škola technická Františka Josefa v Brně“. Vzhledem k tomu, že císař rád viděl všechny projevy loajality svých poddaných vůči říši a trůnu, vyhověl této žádosti Nejvyšším rozhodnutím z 1. března 1911 a dal souhlas, aby se jeho vznešené jméno stalo součástí nového oficiálního názvu školy. Jako projev přízně se panovník uvolil přijmout 20. března 1911 deputaci českých profesorů k audienci, aby osobně vyslechl jejich díky. D L O U H É O B D O B Í P Ř E V R AT N Ý C H Z M Ě N A Z V R AT Ů I když „Česká technika“ měla navždy nésti vznešené jméno Františka Josefa, tři roky po otevření nových budov začala Velká válka. Školní budovy byly přeměněny ve vojenský lazaret původně pro sedm set, později pro tisíc raněných. Škola se opět stěhovala do náhradních prostorů. Někteří profesoři narukovali a snížil se i počet posluchačů (na 103 v letech 1916/17). Konec Velké války, rozpad Rakouska-Uherska a vznik Československé republiky přinesl změny i do postavení brněnské techniky. Portréty císaře Františka Josefa I. byly nahrazeny portréty T. G. Masaryka a v roce 1919 bylo z názvu školy odstraněno císařovo jméno. Škola tedy nesla název „Česká vysoká škola technická v Brně“. Jméno císaře Františka Josefa škola nenesla „navždy“, ale pouhých osm let. Chod školy se podařilo velmi rychle zajistit. Již v roce 1918/1919 vykazovala největší počet posluchačů od svého vzniku – dvakrát tolik co před válkou. Od téhož roku byly jako řádné posluchačBETON • TECHNOLOGIE • KONSTRUKCE • SANACE

SUBJECTS

ky přijímány i ženy. Počáteční rozvoj školy, charakterizovaný otvíráním nových oborů a nových budov, byl omezen počátkem 30. let hospodářskou krizí. Úspory ministerstva školství v roce 1934 byly ze 40 % na úkor vysokých škol. I v Brně se měly rušit některé odbory (architektura a pozemní stavitelství). Necitlivý přístup ministerstva vyvolával u veřejnosti velké protesty. Zřejmě ona nestabilita vysokého školství v 30. letech vedla profesorských sbor školy k myšlence intervenovat v její prospěch u různých vysoce postavených osobností československého veřejného života. Patřil k nim i nově zvolený prezident republiky Dr. Edvard Beneš, o jehož přízeň usilovali. Na návrh všech děkanů oborů školy bylo odsouhlaseno, aby pan prezident byl jmenován čestným doktorem technických věd. Jmenování bylo potvrzeno rozhodnutím Ministerstva školství a národní osvěty ze dne 12. srpna 1936. Slavnostní promoce se uskutečnila až 16. března 1937, kdy prezident přijel osobně do Brna. Ještě před touto promocí byl pan prezident požádán, aby vysoká škola technická směla v budoucnosti nést ve svém štítě jeho jméno, což pan prezident odsouhlasil a zákonem č. 31/37 se změnil název školy na Vysoká škola technická Dr. Edvarda Beneše v Brně. V roce 1939 byla česká technika, stejně jako ostatní vysoké školy v Protektorátu Čechy a Morava, na dobu tří let uzavřena. K obnově činnosti školy však došlo až po 2. světové válce. V roce 1945 se škola automaticky vrátila k názvu „Vysoká škola technická Dr. Edvarda Beneše v Brně“. Budovy školy byly po skončení války silně zdevastovány, přesto se úsilím studentů a profesorského sboru dostaly do provozuschopného stavu a od podzimu 1945 začala výuka. Škola musela zvládnout velké množství posluchačů – studium dokončovali ti, kteří začali studovat před válkou, i ti, kteří během války ukončili studia na střední škole. Před školou se jevila skvělá perspektiva rozvoje v osvobozené vlasti. Technické školství bylo pro rozvoj nového režimu nezbytné a bylo jím též podporováno. Vysoká škola technická Dr. Edvarda Beneše dosáhla ve školním roce 1950/51 svého největšího rozkvětu a předpokládal se další rozvoj po stránce vědecké, vědecko-výzkumné, pedagogické a materiální. Všechny proto šokoval rozkaz prezidenta republiky z 23. 8. 1951, kterým byla tato škola zrušena, převedena pod správu Ministerstva národní obrany a na jejím místě byla vytvořena Vojenská technická akademie. Na této měla být zahájena výuka již k 1. říjnu 1951. Většina oborů „brněnské techniky“ se měla transformovat do nově vzniklých vojenských oborů „Vojenské technické akademie“. Obor, který zbyl po „rozebrání“ brněnské techniky a o který MNO neprojevilo zájem, byl obor stavebního inženýrství. Vzhledem k velkému počtu jeho posluchačů bylo nakonec rozhodnuto zřídit z oboru prozatímní „Vysokou školu stavitelství“. ZROZENI Z POPELA Vysoká škola stavitelství vznikla v říjnu 1951 jako východisko z nouze a nikdo jí nepřipisoval skvělou budoucnost. Prvním rektorem školy se stal Prof. Ing. Dr. Vojtěch Mencl, který musel řešit velmi obtížné a nevděčné úkoly. Naprostou většinu budov zabrala vzniklá Vojenská technická akademie, a tak škola získávala prostory roztroušené na třinácti místech po Brně. Vzdor nepřízni státu vůči brněnské technice, se právě Fakulta stavebního inženýrství Vysoké školy stavitelství v Brně stala záhy největší stavební fakultou v republice. Ve školním roce 1952/53 měla 2 170 posluchačů a 286 učitelů. Tento rozvoj se uskutečnil především zásluhou rektora Prof. Ing. Dr. Vojtěcha Mencla, který se 6/2009

93

AKTUALITY TOPICAL

SUBJECTS

v této době o existenci školy zasloužil možná více než její zakladatel František Josef I. I přes nesmírnou snahu na zachování zbylých budov, byly škole odňaty v roce 1953 budovy na ulici Úvoz 33, Gorkého a Husově třídě, kde Vojenská technická akademie zřídila novou Fakultu železniční. Přednášky probíhaly v kinosálech a místnostech pronajatých od různých organizací až do roku 1956. Pokles mezinárodního napětí po smrti J. V. Stalina a K. Gottwalda v roce 1953 způsobil i pokles vojenského napětí mezi oběma bloky, a tím poklesl i význam vojenského školství. Naopak se projevil nedostatek „inženýrů“ v energetickém průmyslu, kteří byli „odčerpáni“ pro potřeby armády. Nekvalifikované zásahy do sféry vysokého školství si začalo uvědomovat i Politické byro ÚV KSČ. V této souvislosti se začalo uvažovat o „obnovení“ energetické a strojní fakulty v Brně, kde by se využila mohutná výrobní základna Brněnského kraje – vyžadovalo to však přidělení vhodných budov. Při těchto jednáních se dospělo k názoru, že rozšířením Vysoké školy stavitelství o energetickou fakultu dochází ke změně charakteru této školy, který stávající název nevystihuje. Proto se rozproudila diskuze o podobě nového názvu školy. Ministr F. Kahuda navrhl nový název školy „Vysoká škola stavitelství a energetiky v Brně“. Zvítězil však návrh tajemníka ÚV KSČ Jiřího Hendrycha, aby se nově rozšířená škola nazývala „Vysoké učení technické v Brně“. Tento název byl všemi schválen. Škola nese tento název od 1. září 1956. Prvním rektorem nové školy se stal Prof. Ing. Dr. Vilibald Bezdíček. OBDOBÍ KLIDU A POSTUPNÉHO ROZVOJE Změna názvu školy, uvolnění některých budov Vojenskou technickou akademií (např. Barvičova 85) a stabilizace učitelů přinesla trochu klidu do činnosti a rozvoje školy. Škola začala iniciativně zavádět nové obory a rozvíjet nové oblasti vědy. Tak byla již v roce 1959 zřízena Laboratoř počítacích strojů, která se jako jedno z prvních pracovišť v zemi začala zabývat počítačovou technikou za pomoci tehdy nejmodernějších počítacích strojů, které se průběžně inovovaly. Přetrvávající nedostatek prostorů pro výuku vedl v roce 1959 k návrhu na dostavbu Akademického náměstí (v blízkosti ul. Veveří) budovami dalších fakult. Tento návrh nebyl schválen a rozvojové území školy bylo vyčleněno v prostoru pod Palackého vrchem. Po dlouhých odkladech se v letech 1967 až 1973 začalo s výstavbou studentských kolejí s celkem čtyřmi tisíci lůžky. Se zpožděním – až v roce 1975 se začalo s výstavbou Fakulty strojní, která trvala dvanáct let až do roku 1987. K výstavbě Fakulty elektrotechniky došlo až po změně poměrů v naší zemi v roce 1991. Nové poměry též umožnily návrat Fakulty stavební do historických budov na ulici Veveří 95. O S L A V Y 110 . V Ý R O Č Í Š K O LY Letošní výročí není sice „zcela kulaté“, ale je významné, protože se koná již v konsolidované demokratické společnosti. Dá se reálně předpokládat, že po řadě zvratů, které školu během její historie potkaly, se dostává do období stability s perspektivou dalšího rozvoje. Za poslední dvě dekády došlo k významnému rozšíření kontaktů školy s celým světem. Škola se zařadila po bok ostatním evropským a světovým technickým univerzitám. Tuto skutečnost si studenti dobře uvědomují, a proto zájem o studium na fakultách VUT v Brně stále roste. Oslavy na 110. výročí byly zahájeny na Fakultě stavební VUT 94

v Brně již 15. 4. 2009 vernisáží výstavy „110 let studia na Stavební fakultě v Brně“, která se do listopadu konala ve Výstavních prostorách budovy FAST, a dále XII. mezinárodní vědeckou konferencí, která se konala od 20. do 24. 4. 2009 na Fakultě stavební VUT v Brně. Oslavy vyvrcholily dne 21. září 2009 slavnostním shromážděním akademické obce v aule Fakulty informačních technologií, kde na návrh Vědecké rady VUT v Brně byly třem světově uznávaným osobnostem uděleny čestné hodnosti „doktor honoris causa“ a dále sedmi členům akademické obce a spolupracovníkům VUT byly uděleny „Zlaté medaile VUT“. Celkové oslavy pak byly zakončeny na Fakultě stavební slavnostním shromážděním akademické obce dne 25. listopadu 2009, na kterém byly uděleny čestné medaile „Signum Excellentiae“ a „Signum Prosperitatis“. VÝZNAMNÉ V BRNĚ

OSOBNOSTI PŮSOBÍCÍ NA

ČESKÉ

TECHNICE

Celou historii trvání České vysoké školy technické v Brně zdobí řada vynikajících odborníků, kteří ji v počátcích pomáhali budovat a rozvíjet a v pozdějších dobách udržovali její vysokou odbornou úroveň a mnozí se o její existenci zasloužili i svými odvážnými postoji v nelehkých dobách její historie. Je velmi těžké objektivně ve stručnosti vyjmenovat 4 ty nejvýznamnější. Výběr byl proto zúžen na stavební obory a na jednotlivé historické etapy vývoje školy. Pomineme-li čtyři profesory – zakladatele, kteří stáli v roce 1899 u zrodu školy, jsou dalšími významnými osobnostmi: Prof. Karel Hugo Kepka, autor rektorského řetězu školy, byl rektorem školy v letech 1916/17 a zakladatelem oboru architektury na škole v roce 5 1919 a též jeho prvním děkanem (obr. 4). Byl autorem projektu chemicko-technologického pavilonu školy a v moravských krajích byl znám mj. projektem kostela Nejsvětějšího srdce Páně v Brně-Husovicích z roku 1911 a projektem radnice v Prostějově, významné dominanty města dokončené v roce 1914. Z meziválečného období je vhodné se zmínit o Prof. Ing. Janu Bažantovi, který působil na škole od roku 1930 (obr. 5). Před odchodem na školu projektoval celou řadu přehrad, z nichž nejznámější je kníničská přehrada u Brna. I na škole se zabýval řešením problémů vodních cest v rámci republiky. V roce 1933 převzal od Prof. Ing. A. Smrčka laboratoř vodních staveb, kterou dále rozvíjel. V poválečném období patřil mezi významné odborníky a občany s velkou statečností v nelehkých dobách Prof. Ing. Dr. techn. Vojtěch Mencl, DrSc., odborník na stavby železniční, tunelové a vodohospodářské (obr. 6). Byl zakladatelem Ústavu mechaniky zemin a zakládání staveb, kde sám přednášel celý obsah geotechniky. Podílel se na významných stavbách republiky, jako byla „Vážská


6/2009

kaskáda“, přečerpávací elektrárny Dlouhé Stráně, Čierny Váh, Dalešice aj. O školu se významně zasloužil, když byl v letech 1951 až 1953 rektorem Vysoké školy stavitelství v Brně a pomohl překonat krizi, která vznikla rozpadem České vysoké školy technické Dr. E. Beneše. Z novější historie je nutno zmínit významného odborní6 ka z oblasti projektování betonových staveb Prof. Ing. Konráda Hrubana, DrSc., který působil v Brně od roku 1937 až do roku 1953, kdy přešel do Prahy (obr. 7). Zásadní, celosvětový význam mají jeho práce v oboru dimenzování železobetonových konstrukcí. Nejvýznamnějším je jeho dílo „Navrhování betonových konstrukcí“. Do posledního období je možné přiřadit Prof. Ing. Karla Zůdu, DrSc., významného odborníka na konstrukce z předpjatého betonu, především na mosty. Studoval ve Francii a z francouzštiny přeložil řadu knih a článků. Vyškolil celou generaci brněnských 7 mostařů. K jeho nejvýznačnějším publikacím patří „Výpočet konstrukcí z předpjatého betonu“. Uvědomuji si, že tento výčet význačných osobností je zavádějící, protože i v ostatních oborech byli význační odborníci, kteří se nezapomenutelně zapsali do historie fakulty. Snad z vlastních vzpomínek bych ještě doplnil Prof. Ing. Dr. techn. Ferdinanda Lederera, DrSc., jehož přednášky byly velmi oblíbeny a jeho ocelové pavilony na Brněnském výstavišti stále udivují smělou konstrukcí, i když od jejich výstavby uplynulo téměř padesát let. Prof. Ing. Leonard Hobst, CSc. FAST VUT v Brně Ústav stavebního zkušebnictví Veveří 95, 662 37 Brno e-mail: [email protected]

Obr. 4 Obr. 5 Obr. 6 Obr. 7

Prof. Karel Hugo Kepka Prof. Ing. Jan Bažant Prof. Ing. Dr. techn. Vojtěch Mencl, DrSc. Prof. Ing. Konrád Hruban, DrSc.

Literatura: [1] Pernes J.: Kapitoly z dějin VUT v Brně (Cesta moravské techniky 20. stoletím), VUTIUM, Brno 2009, ISBN 978-80-214-3376-2 [2] Franěk O.: Dějiny Vysokého učení technického v Brně, I, Do roku 1945, Blok Brno 1969 [3] Franěk O.: Dějiny Vysokého učení technického v Brně, II, 1945–1975, Blok Brno 1975

síla zkušenosti Mott MacDonald Ltd. je jedna z nejvĚtších svĚtových multi-disciplinárních projektovĚ inženýrských konzultaþních spoleþností Mott MacDonald Praha, s.r.o. je þeská poboþka mezinárodní spoleþnosti Mott MacDonald Ltd. Naše organizace poskytuje služby v mnoha oblastech inženýrského poradenství a projektového managementu. Jedná se o poradenské služby, zpracování studií ekonomického hodnocení, zpracování a posuzování všech stupŁŢ projektové dokumentace, Őízení a supervize projektŢ. Tyto þinnosti zajišŘujeme v tĚchto oblastech: Silnice a dálnice Železnice Mosty a inženýrské konstrukce Tunely a podzemní stavby Vodní hospodáŐství Životní prostŐedí Geodetické práce GraӾcké aplikace Inženýring a konzultaþní þinnost Kontakt: Mott MacDonald Praha, spol. s r.o. Ing. JiŐí Petrák Národní 15, 110 00 Praha 1 tel.: +420 221 412 800, fax: +420 221 412 810 www.mottmac.com, e-mail: [email protected]

AKTUALITY TOPICAL

SUBJECTS

SEMINÁŘE, SEMINÁŘE,

KONFERENCE A SYMPOZIA CONCR ETE ENGI N EER I NG FOR EXCELLENCE AN D EF F ICI ENCY fib sympozium Termín a místo konání: 6. až 8. června 2011, Praha Kontakt: Sekretariát ČBS, e-mail: [email protected]

KONFERENCE A SYMPOZIA V ČR

TECH NOLOGI E B ETON U 9. konference Termín a místo konání: 30. a 31. března 2010, místo bude upřesněno Kontakt: Sekretariát ČBS, e-mail: [email protected]

ZAHRANIČNÍ

MOST Y 2010 15. mezinárodní sympozium Termín a místo konání: 14. až 16. dubna 2010, Brno • Mostní objekty v ČR – stanoviska centrálních institucí • Mosty v Evropě a ve světě • Mosty v ČR – věda a výzkum • Mosty v ČR – projekty a realizace Kontakt: e-mail: [email protected], www.sekurkon.cz

54. B ETONTAGE Německé betonářské dny Termín a místo konání: 9. až 11. února 2010, Neu-Ulm, Německo Kontakt: e-mail: [email protected], www.betontage.com CONGR ESS ON POLYM ERS I N CONCR ETE 13. mezinárodní kongres Termín a místo konání: 10. až 12. února 2010, Madeira, Portugalsko Kontakt: www.icpic-community.org/icpic2010

SANACE 2010 20. mezinárodní sympozium Termín a místo konání: 20. až 21. května 2010, Brno Kontakt: e-mail: [email protected], www.sanace-ssbk.cz

B ETÓN NA SLOVENSKU 2006–2010 fib konference Termín a místo konání: 17. a 18. února 2010, Žilina, Slovensko Kontakt: e-mail: [email protected]

PODZEM N Í STAVBY P R AHA 2010 11. mezinárodní konference Termín a místo konání: 14. až 16. června 2010, Praha Kontakt: www.ita-aites.cz

B ETONTAG 2010 Rakouské betonářské dny Termín a místo konání: 22. a 23. dubna 2010, Vídeň, Rakousko Kontakt: www.ovbb.at

DESIGN OF CONCR ETE STR UCTU R ES USI NG EN 1992-1-1 First International Workshop Termín a místo konání: 16. a 17. září 2010, Praha Kontakt: e-mail: [email protected] B ETONOVÉ KONSTR U KCE P RO OB DOB Í NOV ÝCH V Ý ZEV 6. středoevropský kongres CCC Termín a místo konání: 30. září a 1. října 2010, Mariánské Lázně Kontakt: Sekretariát ČBS, e-mail: [email protected]

CODES I N STR UCTU R AL ENGI N EER I NG – DEVELOP M ENTS AN D N EEDS FOR I NTER NATIONAL P R ACTICE IABSE – fib konference Termín a místo konání: 3. až 5. května 2010, Dubrovník, Chorvatsko Kontakt: www.iabse.org/dubrovnik2010

B ETONÁŘSKÉ DNY 2010 17. mezinárodní konference Termín a místo konání: 24. a 25. listopadu 2010, Hradec Králové Kontakt: Sekretariát ČBS, e-mail: [email protected]

TH I N K GLOBALLY, B U I LD LOCALLY 3. mezinárodní fib kongres a sympozium Termín a místo konání: 29. května až 2. června 2010, Washington, USA Kontakt: www.fib2010washington.com

FIREMNÍ

PR EZENTACE

Ing. Software Dlubal Betonconsult Fine Liapor Betosan Mott MacDonald VSL Systémy (CZ) ČBS SVB ČR

96

KONFERENCE A SYMPOZIA

/37 /43 /47 /57 /69 /95 /3. /3. /4 .

STR. OBÁLKY STR. OBÁLKY STR. OBÁLKY

CONSEC‘10 – CON F ER ENCE ON CONCR ETE U N DER SEVER E CON DITIONS 6. mezinárodní konference Termín a místo konání: 7. až 9. června 2010, Mérida, Yucatán, México Kontakt: www.consec10.com H IGH P ER FOR MANCE CONCR ETE 9. fib symposium Termín a místo konání: 8. až 12. srpna 2011, Christchurch, Nový Zéland Kontakt: www.hpc-2011.com/nz


6/2009

Vaše spojení s vývojem nových technologií TECHNOLOGIE • manipulace s těžkými břemeny • výsuv mostních konstrukcí • letmá betonáž • mostní segmenty • bezesparé předpínané podlahy • šplhavé a posuvné bednění DODATEČNÉ PŘEDPÍNÁNÍ • konstrukcí budov • mostních konstrukcí • sil, nádrží, zásobníků • mostní závěsy GEOTECHNIKA • opěrné stěny • trvalé zemní kotvy • mikropiloty a zemní hřebíky PRODUKTY • závitové tyčové systémy • mostní ložiska

VSL SYSTÉMY (CZ), s.r.o. V Násypu 339/5, 152 00 Praha 5 tel: +420 251 091 680 fax: +420 251 091 699 e-mail: [email protected], http://www.vsl.cz

FIRST ANNOUNCEMENT

CCC 2010 First Announcement První oznámení

·ÙâèæÕà¹éæãäÙÕâ ·ãâÛæÙççãâ ·ãâ×æÙèÙ¹âÛÝâÙÙæÝâÛ

2010

MARIANSKE FOUNDING MEMBERS LAZNE The 6th Central European Congress on Concrete Engineering

PRINCIPAL AIM The main purpose of the 6th CCC Congress MARIANSKE LAZNE 2010 is to give participants an idea of new construction projects in infrastructure network and current development in relevant concrete structures in the Central European region in respect of the existing challenging economic times. Exchange of experience and practice in design and technology of concrete structures will belong among the principle objectives of the congress. The main attention of the congress speakers and participants will be paid to inspiring advanced new bridges, tunnels, power and water related structures. Challenging speeches to reasonable well balancing of concrete construction and environmental aspects are also expected. Valuable experiences and stimuli from outside the CCC countries and the Central European region are gladly welcome.

CONGRESS PRINCIPAL TOPICS

1. 2. 3. 4. 5. 6.

New projects in Central European infrastructure network Concrete structures exemplarily integrated into environment Innovative concrete structures for the challenging times Inspiring road and railway bridges and tunnels Advanced concrete structures for power and water related industries Worthwhile impulses from outside the Central European region

MARIÁNSKÉ LÁZNĚ

Concrete Structures for Challenging Times Betonové konstrukce pro období nových výzev First Announcement První oznámení

MARIANSKE LAZNE 2010 30 September – 1 October 2010 Casino Centre, Mariánské Lázně Czech Republic

Host CCC Association Czech Concrete Society Česká betonářská společnost ČSSI www.cbsbeton.eu

www.cbsbeton.eu

Mariánské Lázně – known also as Marienbad in the Central European region, the youngest of the West Bohemia spa towns, is distinguished by its lovely surroundings. The valley in which the town lies opens up towards the south and is protected with forested hills on the other sides. At an elevation of 630 metres above the sea level, clean air, carefully manicured parks, forests surrounding the spa, sports and social life all make up the unique opportunity for the 6th CCC Congress.

CONGRESS SECRETARY 6th CCC Congress Secretariat ČBS Servis, s. r. o. Sekretariát BD 2009 Samcova 1, 110 00 Praha 1 ☎ +420 222 316 173, +420 222 316 195 +420 222 311 261 [email protected] URL www.cbsbeton.eu

2009 P OZEMNÍ STAVBY

Recommend Documents