3 Dodatečné zřizování otvorů v nosných stěnách panelových domů malorozponových soustav

Dodatečné zřizování otvorů v nosných stěnách

3 Dodatečné zřizování otvorů v nosných stěnách panelových domů malorozponových soustav Cílem této části příručky není podat detailní teoretický rozbor chování stěnových konstrukcí panelových budov, k tomu existuje hojná literatura, nýbrž zejména upozornit na jednotlivé souvislosti chování panelů, styků a spojů a pohled projektanta, navrhujícího tyto úpravy. Proto i citovaná literatura v závěru publikace je mírně odlišná od literatury, popisující vývoj navrhování soustav. Úpravy v bytech se provádějí zpravidla individuálně, nikoliv systémově po celých domech; s tím souvisí i zvláštnosti navrhování a realizace. Úpravy probíhají za obydleného stavu budov, vždy je vyklizen pouze příslušný byt. Je důležité, aby uživatelé této příručky, zejména autorizovaní inženýři, vzali na vědomí, že odpovědnost autorizovaného statika zůstává na nich a záleží zcela na jejich rozhodnutí, zda pro analýzu použijí úplně jednoduchý postup, který může být vhodný ve vyšších podlažích s menším podílem svislého zatížení, případně složitější postup s analýzou výseku stěny, nebo spočítají celou stěnu či prostorovou soustavu. Požadavky veřejnosti se soustřeďují zejména na zřizování otvorů pro spojení místností běžnými dveřmi 800/2 000 mm – to je stěžejní záležitost příručky, řešení relativně malých otvorů. Velmi doporučuji, aby autorizované osoby při požadavcích na větší otvory, ale i v případech nevhodných umístění malých otvorů, analyzovaly výpočty celé stěny, nebo se obracely na specializovaná pracoviště. Zjednodušené postupy by nemusely být dostatečné. V roce 2000 byla řadou odborných pracovišť zpracována pod gescí Ministerstva průmyslu a obchodu ČR řada příruček, které analyzovaly stav panelových soustav ve vztahu k platným právním předpisům. To jsou velmi dobré pomůcky, nicméně zjednodušená představa části odborné veřejnosti, že např. soustava T 06 B byla dobře popsána pro Středočeský kraj a poznatky z ní lze uplatnit kdekoliv jinde v republice, platí jen zčásti. Ve všech krajích byly samostatné materiálové varianty obvodových plášťů, ale i vývoj úprav vnitřních nosných konstrukcí stropů a stěn šel mnohdy v krajích odlišně, probíhalo mnoho racionalizací. Proto doporučuji, aby při získávání podkladových materiálů byla na místě vždy značná míra obezřetnosti, a v případě nejistot v otázkách uvážení zabudované výztuže si alespoň jednoduchými sondami existenci této výztuže ověřit.

3.1 Zkušenosti a specifické vlastnosti panelových stěnových konstrukcí při zřizování dodatečně vkládaných otvorů Vzniku panelových domů v Československu, zejména otázce, který panelový dům byl úplně první, předchází několik rozporných historek. Jeden z nejvíce pravděpodobných výkladů se váže na vzpomínky arch. Nového, který pracoval v Baťových závodech ve Zlíně ve čtyřicátých letech dvacátého století. Architekti Karfík, Nový a Voženílek navrhovali využívání Baťova ocelového bednění, známého zejména ze skeletových staveb průmyslových budov, i v oblasti bytové výstavby. Skeletová verze by umožňovala ve větší míře měnit variabilitu dispozičních řešení bytů, protože nenosné příčky by nemusely po celých výškách domů zachovávat umístění nad sebou. Brzy po válce ale vznikl vojenský konflikt v Koreji a Státní plánovací komise rozhodla o přesunu veškeré oceli do vojenské výroby. Tím se zamezilo plošnému rozvoji užívání ocelového bednění. Začal se tedy rozvíjet systém panelů a blokopanelů ve verzích stěnových systémů, zejména příčně nosných. Vycházelo se převážně ze sovětských vzorů. V té době se stavební betonové a železobetonové konstrukce navrhovaly podle stupně bezpečnosti; začalo se ukazovat, že tato metoda úplně nepokrývá všechny potřeby navrhování štíhlých betonových konstrukcí. Teoretická fronta nebyla v dostatečném předstihu před náběhem realizace hromad77

Dodatečné zřizování otvorů v nosných stěnách né bytové výstavby tohoto typu. Po zahájení výstavby prvých soustav typu „G“, vyvinutých v tehdejším Zlíně přejmenovaném na Gottwaldov, se začal postupně rozvíjet systém předpisů pro navrhování nosných konstrukcí. Bylo zřejmé, že je potřebné postupovat podle vyvíjené metodiky mezních stavů, která hledala výstižnější výpočetní postupy. V následujících letech byly předány k užívání stavebním odborníkům tyto předpisy:    

1964 – Dušek, STÚ Praha – Prozatímní pokyny pro statické výpočty panelových domů 1965 – Horáček, Pume – Směrnice pro navrhování panelových domů 1971 – Horáček a kol., VÚPS Praha – Směrnice pro navrhování panelových domů (vícedílné) 1987 – ČSN 73 1211 Navrhování betonových konstrukcí panelových budov

První panelové soustavy typu „G“ si kladly za cíl rychle pomoci vyřešit otázku bytové výstavby v brzkém poválečném období. O životnosti se příliš nehovořilo, předpokládala se přibližně třicet let. V šedesátých letech byl rozvinut zejména systém T 06 B s osovou vzdáleností příčných stěn 3 600 mm, ale také systém T 08 B s osovou vzdáleností stěn 6 000 mm, užívaný zejména v Praze, středních a severních Čechách. V sedmdesátých letech byl celostátně rozvinut systém P 1.11 s moduly 2 400 mm, 3 000 mm a 4 200 mm, soustavu T 08 B pak nahradila soustava VVÚ ETA se stejnými modulovými rozpony 6 m. V těchto letech se již více hovořilo o životnosti panelových domů; v navrhování bylo uvažováno s životností sto let, za předpokladu provádění cyklických údržbových prací podle druhu významu jednotlivých konstruktivních částí. Celostátně platné soustavy měly zpravidla obvodové pláště podle materiálových možností jednotlivých krajů, nebyly jednotné. Kromě celostátně platných typových soustav byly vyvinuty také různé soustavy s krajskou platností, byly jich desítky. Charakteristickou záležitostí vývoje soustav byly pravidelné „racionalizace“ vynucované politickými tlaky, jednotlivé podniky pozemního stavitelství se předstihovaly v úsporách oceli, a tak došlo k tomu, že někde jsou stěnové dílce vyztuženy více, v jiných případech se ale již vlastně jedná o konstrukční prvky z prostého betonu, opatřené pouze transportní výztuží, která byla nutná pro jejich zvedání z forem v panelárnách a osazování do stavby jeřábovou technikou. Po roce 1989 se v bytové výstavbě výrazně změnila situace, docházelo k větší migraci obyvatel, výměnám bytů. Vznikaly potřeby jejich úprav, případně spojování dvou bytů do jednoho většího celku. To vedlo často k potřebám zásahů do nosných stěn, kdy bylo zapotřebí budovat dodatečné otvory. Současně byla na odborných školách omezena výuka panelových technologií vzhledem k okolnosti, že výstavba se začala ubírat jinými směry s využíváním jiných stavebních technologií. Ve výuce na školách bylo do osnov zařazeno navrhování metodikou Eurokódů, které má vyšší požadavky na vyztužování konstrukcí, neboť jsou nastavena konzervativnější pravidla zejména z hledisek zatížení. Dozorčí rada ČKAIT řešila několik stížností v oblasti navrhování a realizace otvorů v nosných stěnách panelových domů a byla konstatována značná rozpačitost účastníků tohoto druhu stavebních prací. Proto se rozhodla iniciovat konání seminářů s oživením informací o panelových soustavách, včetně návodu, jak postupovat při návrzích s respektováním platných evropských norem – Eurokódů. Tuhost stěnových systémů Vysoká ohybová, smyková i tlaková tuhost stěnových systémů byla popsána v řadě teoretických prací a byla vtělena do předpisů v souladu s vývojem poznání. Padesátileté užívání panelových technologií vedlo pochopitelně i k haváriím při extrémních situacích, které ukázaly, že skutečně je chování panelových stěnových konstrukcí výrazně odlišné od chování zděných poddajných systémů, ověřených staletími. 78


Obr. 3.1 Panelový dům na základové desce s podemletou 1/3 plochy základové spáry Obr. 3.1 ukazuje sídliště v podhůří Jeseníků v Hanušovicích, kdy dravý povodňový proud podemlel 1/3 plochy základové spáry, vznikla vzduchová mezera. Týden dům odolával, než bylo provedeno podbetonování. To dokumentuje vysokou tuhost stěnového systému.

Obr. 3.2 Snímek výškové budovy Ronan Point v Londýně po výbuchu V roce 1967 vybuchl plyn v 18. podlaží výškové budovy v Londýně. Byly vyraženy tři panely nosné vnější stěny a následkem toho se zřítily stropní i stěnové panely nad poškozenou místností a postupně pak celé nároží. Tato záležitost podnítila výzkum; bylo konstatováno, že je 79

Dodatečné zřizování otvorů v nosných stěnách nezbytné, aby budovy měly zajištěny ve svých návrzích alternativní statické modely, které by zabránily řetězovým destrukcím celků. U nás byly požadavky vtěleny do Směrnic VÚPS Praha z roku 1971 a později do ČSN 73 1211. V současné době jsou tyto požadavky v mírně pozměněné formě také součástí normy pro navrhování betonových konstrukcí – Eurokódu 2. Princip požadavků na ztužení je zřejmý z obr. 3.3. Y X

Z

Obr. 3.3 Schéma ztužení budovy Budova je sestavena ze stropních a stěnových panelů. Vytvořený kvádr musí mít dostatečnou tuhost ve směrech X, Y, Z, aby byla zajištěna mechanická odolnost a stabilita. V horizontální rovině stropních tabulí to znamenalo zajistit jejich spojitou tuhost v intenzitě min. 15 kN/m (ČSN 73 1211) např. účinným svařením stropních desek v obou hlavních půdorysných směrech (X, Y). Podle Eurokódu 2 se vyžaduje v kapitole 9.10.2.3 ztužení min. 10 kN/m u krajních polí, 20 kN/m u polí vnitřních. Ztužení se může dělit na obvodové a vnitřní, část ztužení mohou zajišťovat obvodové věnce. Pokud není možné zajistit spojité ztužení stropních desek, lze využít soustředěných ztužení, obvykle v místech příčně nosných stěn. Síla přenášená do prvé vnitřní stěny bude F1 = (10 + 20)/2 · Lkrajní, síla přenášená do vnitřních stěn bude F2 = 20 Lvnitřní. Tato ztužení vytvoří „náhradní příhradovinu“, která zajistí přenos zatížení vertikálním směrem dolů cestami naznačenými tlustými šipkami. Ve svislém směru (Z) se pak vyžaduje svislé ztužení u domů s více než pěti podlažími, aby bylo omezeno zřícení stropů. Rizika budování otvorů v nosných stěnách Různá návrhová studia poskytují uživatelům bytů návrhy úprav dispozic bytů, a to zásahem do dělicích stěn mezi místnostmi. To může být příčinou nešťastných postupů, které mohou být i v přímém rozporu se stavebním zákonem č. 183/2006 Sb., z hlediska zachování mechanické odolnosti a stability. Pokud je např. u středně rozponového systému VVÚ ETA s osovou vzdáleností nosných zdí 6 000 mm nenosná dělicí příčka mezi místnostmi kuchyně v polovině tohoto modulu, nebude úpravou ovlivněn ani stropní systém, ani nosné stěny. Pokud se ale tato inspirace přenese do malorozponové soustavy s modulem 3 600 mm, kde každá stěna mezi místnostmi je nosná, může nastat značná svízel, neboť se jedná o zásah do nosné konstrukce. Takový případ dokumentuje následující obr. 3.4.

80


Obr. 3.4 Ukázka oslabení nosné stěny kruhovým otvorem průměru 2 000 mm a dalším dveřním otvorem Zřizovatelka otvoru vůbec netušila, že bourání se provádí v nosné stěně, tloušťku 140 mm považoval pracovník bourající otvor za příčku. Uživatelka bytu vůbec nevěděla, že stavební zásahy je potřeba projednat na stavebním úřadu, zajistit vypracování projektové dokumentace včetně statického zajištění, vydání stavebního povolení. Ke zděšení došlo až po upozornění sousedů, kteří byli vyrušeni bouracími pracemi nekvalifikovaných osob. Stěny v bytových domech měly v původním návrhu otvory v pravidelných polohách po celé výšce budovy. Nekoordinované zásahy do stěn mohou vytvářet řadu rizik znevýhodňujících její napjatost, může docházet k velmi komplikovanému toku zatížení a ztrátám mechanické odolnosti či stability celé stěny nebo její části. Velmi úzké pilíře u okrajů stěn mohou vytvářet rizika nedostatečně masivního kotvení obvodových stěn při mimořádných zatíženích, jako jsou např. výbuchy plynu, podemletí nároží vodním proudem, náraz těžkého vozidla v blízkosti komunikace. Zpravidla řeší pozvaný statik pouze jeden otvor v jednom podlaží, jiný statik řeší jinou záležitost v jiném podlaží a vzájemně o sobě neví. Pasportizace nových otvorů ve stěně, případně v celém domě často není vůbec vedena.

Obr. 3.5 Alternativní cesty zatížení do základů při zřízení čárkovaně naznačených nových otvorů 81

Dodatečné zřizování otvorů v nosných stěnách Chování stěny složené z jednotlivých panelů Stěny jsou složeny z jednotlivých panelů délek 1 200 mm až 5 400 mm podle typu soustav. Slabšími prvky z hlediska smykové únosnosti jsou nadedveřní překlady (nadpraží) a spáry mezi jednotlivými panely. Svislé styky mezi těmito panely jsou (nebo nejsou) opatřeny hmoždinkami, které umožňují přenos smykových napětí do sousedních panelů i v případech, kdy dojde ke smrštění stykového betonu. Příklady úprav čel panelů viz obr. 3.6. 45° ≤ α ≤ 90°

Obr. 3.6 Tvary stykových ploch stěnových panelů s naznačením možné vyčnívající stykové výztuže Smyk ve styčné spáře lze počítat podle vzorce 6.25 Eurokódu 2 VRdi = c · fctd + μ · σ + ρ · fyd (μ · sin α + cos α) ≤ 0,5 · ν · fcd kde c a μ jsou součinitele vyjadřující drsnost styčné spáry; návrhová pevnost betonu v tahu; fctd je σn normálové napětí kolmé na spáru; fyd návrhová pevnost oceli; návrhová pevnost betonu v tlaku; fcd α je úhel, který svírá svislice s výztuží procházející styčnou spárou 45° ≤ α ≤ 90°; ν redukční součinitel pevnosti betonu v tlaku; ρ = As /Ai As je plocha výztuže procházející styčnou spárou; Ai plocha styku. c = 0,025 c = 0,35 c = 0,45 c = 0,5

μ = 0,5 μ = 0,6 μ = 0,7 μ = 0,9

hladké plochy (ocelové nebo plastové bednění) posuvné bednění apod. drsný povrch s nerovnostmi 3 mm a více zazubená spára

Podle Eurokódu 2, čl. 6.2.5, odst. 4 se má uvažovat ve styku s hladkými spárami, kde mohou vzniknout trhlinky s c = 0, pro zazubené styky c = 0,5. Únosnost styku se zpravidla vyhodnocovala na výšku jednoho podlaží a takto byla uváděna v typových či jiných statických výpočtech. Následující obr. 3.7 ukazuje, které jednotlivé součásti se do výpočtu smykové únosnosti spáry započítávají. 82


Obr. 3.7 Schéma jednotlivých komponent smykové únosnosti spáry na jedno podlaží a – zálivková výztuž mezi čely stropních panelů; b – lemovací výztuž stěnových panelů, propojená ve styku; c – smyčková výztuž (ta se zpravidla pro obtížné technologické postupy nepoužívala); d – betonové hmoždinky; e – vliv převazby spáry plnými stropními panely, pokud styčná spára byla dostatečně vzdálena

Vývoj názorů na řešení stěn z panelů Vyztužování panelů procházelo určitým vývojem a souviselo s vyvíjejícími se názory na statický model stěnových systémů, ale také souviselo s technologickými možnostmi jednotlivých montážních podniků a paneláren. Z hlediska výpočetního modelu bylo důležité sledovat možnosti využití smykových únosností svislých spár mezi panely. V raných obdobích vývoje panelových konstrukcí se uvažovalo, že spáry jsou funkční zejména při působení účinků větru, připouštěla se hodnota smykových napětí do 0,2 MPa. Při působení svislých zatížení se naopak předpokládalo, že panely působí samostatně bez smykového spolupůsobení sousedních panelů. Tyto rozdílné okolnosti pak vedly k tomu, že panely byly dimenzovány v blízkosti svislých spár odlišně, což bylo v rozporu se skutečným chováním. Byla v tom ale rezerva pro limitní situace, kdy by došlo k okolnostem, že spáry by zůstaly smykově zcela nefunkční, např. z titulu vzniklých trhlin. Je nutno také připomenout, že v počátečním období navrhování panelových domů bylo provádění složitějších výpočtů obtížné, nebyla téměř k dispozici výkonná výpočetní technika. V pozdějším vývoji již byla únosnost spár ve smyku počítána se započtením všech komponent únosnosti, jak bylo ilustrováno v předchozím odstavci, ale bylo to prováděno metodikami ČSN 73 1201 a ČSN 73 1211. Z hlediska technologických problémů bylo zase podstatné např. skládkování panelů. Stěnové panely byly tvarově stejné po celých výškách domů, jejich napjatost byla po zabudování ovšem rozdílná. Proto vznikaly řady pro čtyřpodlažní, osmipodlažní nebo dvanáctipodlažní zástavbu. Panely bylo nutno skladovat a často neměly panelárny k dispozici dostatečně veliké skládkové plochy. Bylo také obtížné zabránit okolnosti, že může dojít k záměně tvarově stejného, ale jinak vyztuženého panelu. Proto některé podniky unifikovaly vyztužení alespoň pro škálu výstavby čtyř a osmi podlaží, nejčastější výškovou úroveň sídlištních celků. V průběhu výstavby se prováděly v určitých obdobích tzv. racionalizace systémů, cílené zejména ke snižování množství výztuže.

83


Obr. 3.8 Ukázka vyztužení stěnového panelu T 06 B-OL

Obr. 3.9 Ukázka vyztužení panelu s otvorem, dům pro 15 podlaží, středočeská T 06 B

84


Obr. 3.10 Ukázka vyztužení stěnového panelu, soustava T 08 B

Obr. 3.11 Vyztužení stěnového panelu s otvorem, soustava P 1.11

85


Obr. 3.12 Vyztužení panelu s malým a velkým otvorem, soustava P 1.11 Rozdílnost stupně vyztužení nabízí úvahu o tom, jaký problém může dodatečné rozšíření otvoru vyvolat. U panelu z prostého betonu, který nemá v okolí téměř žádnou výztuž, nemusí jít o složitý problém, u panelu se silně vyztuženými pilířky a nadpražím může neuvážený zásah vyvolat úplné vyřazení výztuže z funkce.

Obr. 3.13 Řadová sekce soustavy OP 1.11 se třemi byty na podlaží 86

Dodatečné zřizování otvorů v nosných stěnách Požadavky na zřizování dodatečných otvorů V bytových domech se v průběhu času měnily požadavky na funkci kuchyně a jejího propojení se sousedícím obývacím pokojem. V posledních dvaceti letech byl častý požadavek na vytvoření společného prostoru s tím, že se současně nahrazovalo dožilé bytové jádro, nově realizované zpravidla z pórobetonu nebo sádrokartonových příček. Dalším častým požadavkem bylo propojení bytů. Dále je ukázána řadová sekce soustavy OP 1.11 (existoval typový podklad P 1.11 – ten určoval zejména vlastnosti stavební soustavy, dílců, styků, spojů a dále typový podklad OP 1.11 – týkal se téže soustavy, ale vyjadřoval objemové řešení soustavy, užitné vlastnosti bytů apod.). Plné šipky ukazují, v kterých místech vznikají požadavky na rozšíření dveřních otvorů, čárkované šipky pak místa, kde bývá vyžadováno propojení bytů v případech, že si někdo přikoupí střední malý jednopokojový byt k velkému krajnímu třípokojovému bytu. Z hlediska statického modelu výseku stěny pak tyto požadavky můžeme znázornit následně:

Obr. 3.14 Malý otvor do šíře 1 m pod plnou stěnou Pokud je otvor pod plnou stěnou, jeho šířka nepřesahuje 1 m a nadpraží umožní roznos zatížení nejblíže vyššího stropu pod úhlem 45° (zpravidla to bývá 600 mm), lze pro zjednodušený přibližný výpočet přijmout obdobnou představu, jako v čl. 9. 5 Eurokódu 2, kde se uvádí, že podporový tlak se může roznášet pod 45° (byť se článek vztahuje k pilotovému zakládání). Nosník je třeba vnímat jako stěnový, viz čl. 5.3.1 Eurokódu 2, např. l/h – 1,0/ 0,6 = 1,667 < 3. Pak stačí posoudit, zda tahové napětí ve spodním líci vzniklého překladu nepřekročí hodnotu fctd a není třeba vyztužovat nadpraží. Eurokód 2 v běžném navrhování neuvažuje s využíváním návrhové únosnosti prostého betonu v tahu, článek 12.3.1, odst. 2 to ale nevylučuje. Zde je třeba uvést, že zvláštnostmi stěn v interiérech panelových domů z tohoto hlediska jsou betony staré 30 let a více; proces smršťování a dotvarování je z praktického pohledu ukončen, teplotní prostředí okolí stěn je po celou dobu roku přibližně stejné v oblasti kolem 20 °C, v prvcích je určité množství výztuže, její konstrukční uspořádání není ale vyhovující pro požadavky Eurokódu 2. Proto se, zejména u otvorů do velikosti 1 000 mm, zdůvodňuje využívání tahových vlastností prostého betonu. Doporučuje se ale ve smluvních vztazích upozornit na okolnost, že v takovém případě nelze beze zbytku vyloučit vliv vlasových trhlinek (např. v oblastech dutých rohů otvorů). Horní líc překladu bývá obvykle opatřen lemovací výztuží panelu, zde je únosnost vyšší. Pokud není jistota o vyztužení, testuje se opět hodnota fctd. Hodnoty vnitřních sil vysokého nosníku lze získat pomocí metody konečných prvků, tabulkami vysokých nosníků apod. 87

Dodatečné zřizování otvorů v nosných stěnách Na obr. 3.15 je zřejmé, že již dochází k odklonu svislých normálových napětí, zvětšují se tahové vodorovné síly ve spodním líci překladu (nadpraží) a také smykové toky (tangenciální napětí) v oblasti rozšířeného otvoru rostou. Problémem bývá narušení lemovací výztuže otvoru. Zde je již nezbytný detailnější výpočet buď výseku stěny, lépe ovšem celé stěny, neboť i v nižším podlaží dochází ke změnám napjatosti.

Obr. 3.15 Rozšířený otvor na 1 350 mm pod původním otvorem šíře 900 mm Vliv dílčího oslabení stěny na globální tuhost stěnového systému Jedná se zejména o příčně nosné systémy s pravidelným (souměrným) rozdělením stěn. V případě zcela pravidelného rozdělení stěn vzniká situace, kdy výslednice zatížení od tlaku nebo sání větru je v přímce s těžištěm tuhostí stěn, viz obr. 3.16.

Obr. 3.16 Symetrické rozdělení příčně nosných stěn panelového domu (štíty pouze jsou-li nosné) V takovém případě nevzniká ve stropní tabuli krouticí moment, který by zapříčinil vznik doplňkových sil, a docházelo by k přerozdělení podílu reakcí proti účinkům větru. V jednotlivých stěnách tedy vznikají reakce příslušné jejich podílu ohybové tuhosti. R(i) = (E Iy(i) / ∑ E Iy) · WED kde EJ je ohybová tuhost stěn; výslednice působení zatížení větrem v návrhových hodnotách; WED R(i) reakce v i-té stěně od působení účinku větru. 88

Dodatečné zřizování otvorů v nosných stěnách Zásahy do stěn vyvolané v jednotlivých podlažích zpravidla neznamenají významnou změnu tuhosti v rámci jedné stěny ani celého systému a u otvorů do šíře 1 m lze výpočet účinků větru zanedbat. Pokud jsou otvory větší a stěny jsou ovlivněny výrazněji, zejména v nejnižších podlažích, je zapotřebí již řešit záležitost komplexně řádným výpočtem celého prostorového celku. Z hlediska platnosti Eurokódu 2 lze uplatnit i zjednodušený postup podle přílohy „I“. Vliv jednotlivých druhů zatížení Otvory do šíře 1 000 mm v omezené míře nezpůsobí výrazné přerozdělení účinků, proto lze upustit od komplexního vyšetřování všech obvykle uvažovaných zatěžovacích účinků. Teplotní vlivy se týkají zejména obvodových konstrukcí. Účinky větru při budování otvorů do šíře 1 m nemají zpravidla významný vliv na změny napjatostí stěn, nepřekročí-li jejich počet rozumnou míru. Vliv postupné montáže a extrémů od montážních vlivů i transportu panelů z paneláren již pominul, jedná se o hotové objekty. Doporučuje se tedy uvažovat ve výpočtech pouze svislé stálé a užitné zatížení. U otvorů do šíře 1 000 mm není ani nutné se blíže zabývat pomocnou podpůrnou konstrukcí před řezáním otvorů – v případě větších otvorů je to ale již nezbytné. Výpočetní metody Je třeba si uvědomit, že za každý výpočet odpovídá příslušná autorizovaná osoba, která opatřuje statický výpočet autorizačním razítkem a svým podpisem. Zde uvedené pokyny je tedy třeba vnímat pouze jako doporučení a je na zpracovateli výpočtu, zda se rozhodne k přibližnému výpočtu blízkého okolí budovaného malého otvoru do šíře 1 m, nebo bude realizovat výpočet celé stěny. Omezujícími podmínkami jsou zpravidla cenové možnosti investorů. Ti předpokládají, že náklady na statický výpočet budou výrazně nižší než náklady na realizaci stavebních prací. Je tedy na zvážení autorizované osoby, jaké podmínky si ve smluvním vztahu vyjedná, nebo zda vůbec zakázku přijme. U otvorů do šíře 1 m lze početně dokumentovat napjatost blízkého okolí otvoru grafickým rozkladem sil, pomocí tabulek stěnových nosníků a stěn, metodou s použitím náhradní příhradoviny, metodou konečných prvků apod. Nepředepisuje se žádná specializovaná metoda. Doporučuje se ale, protože řada systémů je téměř z prostého betonu, uvažovat s pružným chováním materiálů a nevyužívat účinků duktility (přetvárnosti) ve smyslu čl. 12.3.1 Eurokódu 2. Požární bezpečnost Panelové domy byly navrhovány podle ČSN 73 1201 – Navrhování betonových konstrukcí nebo i dříve platných předpisů. Časté je, že krytí výztuže je často 10 mm, u pomocné výztuže dokonce 5 mm. Při navrhování nových otvorů je třeba v příkladech, kde se vkládá výztuž, respektovat požadavky Eurokódu 2, u jiných materiálů pak platné požadavky na požární ochranu, zpravidla dokumentované příslušnými certifikáty.

3.2 Doporučené zásady a postup zřizování otvorů v nosných stěnách malorozponových panelových soustav Malorozponovými soustavami jsou zpravidla nazývány příčně nosné systémy s osovým rozponem nosných stěn 2 400 mm, 3 000 mm, 3 600 mm, 4 200 m. Jiným charakteristickým znakem těchto soustav je, že některé byly také nazývány pětitunovými technologiemi; hmotnost montovaných dílců byla závislá na únosnostech typových jeřábů, vyráběných ve slovenském Breznu. 89

Dodatečné zřizování otvorů v nosných stěnách Soustavy G 57, T 06 B, P 1.11 Typickými malorozponovými soustavami celostátního uplatnění byly G 57 v raném stadiu rozvoje panelové výstavby (po roce 1957), T 06 B – vůbec nejrozšířenější soustava z druhé poloviny šedesátých a sedmdesátých let minulého století (po roce 1966) a P 1.11 – poslední soustava celostátně platná, z počátku osmdesátých let minulého století (vyvinul Studijní a typizační ústav v roce 1974). Všechny tyto typy byly příčně nosné. Zde je popisována olomoucká varianta těchto verzí se samonosným obvodovým pláštěm průčelních fasád a lehčenými (nebo vrstvenými) nosnými štítovými panely. Řadové sekce těchto soustav měly jednotnou hloubku stěn 10 800 mm. Z obrázků je zřejmé, jak se postupně vyvíjely názory na dělení panelů ve stěnách.

Obr. 3.17 Stěny G 57 jsou děleny na čtyři panely šíře 2 700 mm, plné nebo s dveřními otvory

Obr. 3.18 Stěny T 06 B jsou ze tří panelů šíře 3 600 mm (ale byly užívány i panely šíře 2 400 mm) 90


Obr. 3.19 Stěna P 1.11 byla dělena v polovině rozpětí 5 400 mm podélnou stěnou, panely s jedním nebo dvěma otvory byly délky až 5 400 mm, panely plné byly na délku 5 400 mm děleny z hmotnostních důvodů na 2 ks Příčné stěny byly průběžné, podélné ztužující stěny byly zkrácené a vloženy mezi stěny příčné. Obrázky dokumentují postupnou snahu o zmenšení počtu svislých spár, jako slabšího prvku stěnového systému, na hloubku stěny 10 800 mm. Charakteristické svislé styky stěnových dílců Styky mezi stěnovými panely soustavy G 57 neměly v profilování čel ještě drážkování ve tvaru hmoždinkového systému, byly vytvořeny kónické hladké drážky s okrajovými přírubami. Jejich únosnost ve smyku byla velmi malá: činila méně než 20 kN i se započitatelnou výztuží na výšku jednoho podlaží (ve smyslu dimenzování podle ČSN 73 1201, nebo ČSN 73 1211).

Obr. 3.20 Styk příčně nosné stěny u obvodového pláště s navazující stěnou představené lodžie 91

Dodatečné zřizování otvorů v nosných stěnách Styky T 06 B v rovině příčně nosné stěny umožňovaly hmoždinkový přenos smykových sil (podle autora tohoto příspěvku z výpočtu konkrétní budovy činila únosnost styku s hmoždinkami 122 kN v tehdejších výpočtových hodnotách), kolmo na tuto rovinu ale mohly vzniknout v napojení na hladkou stěnu trhlinky, tento styk byl považován za staticky smykově neúčinný. U soustavy P 1.11 již bylo působení hmoždinek plnohodnotné v obou hlavních půdorysných směrech (při správném zalití spár). Ing. Horáček, DrSc. uvádí výpočtovou únosnost rovinného styku P 1.11 hodnotou 140,7 kN (viz [4], str. 101).

Obr. 3.21 Styk zkrácené podélné stěny soustav s průběžnými příčnými stěnami (T 06 B)

Obr. 3.22 Styk stěn v rovině a styk podélných a příčných stěn P 1.11

92

Dodatečné zřizování otvorů v nosných stěnách Vyztužení stěn Vyztužování panelů procházelo určitým vývojem a souviselo s vyvíjejícími se názory na statický model stěnových systémů, ale také souviselo s technologickými možnostmi jednotlivých montážních podniků a paneláren. V pozdějším vývoji již byla únosnost spár ve smyku počítána se započtením všech komponent únosnosti (po roce 1971), bylo to prováděno metodikami ČSN 73 1201 a od roku 1987 ČSN 73 1211. Využití výpočetní techniky umožnilo výpočty stěn s průběžnými otvory, smykové spojení panelů nebo spojení nadedveřními překlady (nadpražími) bylo modelováno spojitým prostředím nebo diskrétními spoji. Teprve rozvoj metody konečných prvků pro plošné konstrukce v míře přístupné širší odborné veřejnosti (přibližně po roce 1985) umožnil i výpočty stěn s rozdílnými polohami otvorů různých podlaží. Stěny se zpravidla počítaly pružnou analýzou, oslabené části stěny, svislé spáry nebo vodorovné spáry v rovinách stropních desek se v globálním výpočtu speciálně nezadávaly, zpravidla se snížené materiálové charakteristiky uvážily až v procesu dimenzování prvků.

Obr. 3.23 Vyztužení příčného stěnového panelu T 06 B-OL s otvorem; některé vzdálenosti výztuže nejsou v souladu se současnými požadavky na osové vzdálenosti, je tedy nutné k tomu přistupovat jako k prostému betonu

93


Obr. 3.24 Vyztužení panelu G 57 s otvorem, nedostatečné osové vzdálenosti výztuže

Obr. 3.25 Vyztužení plného panelu G 57, vzdálenosti výztuží jsou opět větší než požadovaných 400 mm Charakteristické panely s otvorem soustavy P 1.11 jsou na obr. 3.11 a 3.12 kap. 3.1; tyto panely nesplňují požadavky Eurokódu 2 na osové vzdálenosti výztuže podle konstrukčních opatření. 94

Dodatečné zřizování otvorů v nosných stěnách Při zřizování nových otvorů je třeba respektovat požadavky na vyztužování podle Eurokódu 2, čl. 9.6. V tomto článku se požaduje, aby výztuž ve svislém i vodorovném směru byla umístěna v osových vzdálenostech max. 400 mm, případně trojnásobku tloušťky stěny ve svislém směru. V čl. 9.7 se pak u vysokých nosníků (stěnových nosníků) – to jsou zpravidla překlady (nadpraží) nad dveřními otvory – vyžaduje ortogonální výztuž v osových vzdálenostech do 300 mm nebo dvojnásobku tloušťky vysokého nosníku. Připojení stěn ke stropním konstrukcím se uvádí v čl. 10.9.2, kdy ve stěnových prvcích umístěných ve stropní konstrukci se má přihlédnout k možným výstřednostem a koncentrací svislých zatížení; tomu má být přizpůsobena výztuž. ČSN 73 1201 – Navrhování betonových konstrukcí pozemních staveb (česká norma, účinná od září 2010) uvádí v oddílu 9 – Navrhování betonových konstrukcí panelových budov, čl. 9.3.3, že horní a dolní koncové části stěnových dílců se doporučuje vyztužit příčnou výztuží, minimálně o průměru 6 mm ve vzdálenostech 25 průměrů profilů podélných prutů, případně nejvýše tloušťce dílce. Podélné lemovací pruty mají být umístěny po obvodu panelů v rozsahu plochy min 100 mm2 (čl. 9.4 této normy). Svislé pruty mají mít profil min. tloušťky 10 mm. Lemovací výztuž je požadována také kolem otvorů; tato záležitost v Eurokódu 2 zmiňována není. Části mezi dveřním otvorem a okrajem dílce užší než 500 mm mají být vyztuženy min. čtyřmi pruty profilu 8 mm. Kotevní délka prutů se měří od rohů otvorů. Analýzou výpočtu stěny s dodatečně zřízeným otvorem často zjistíme, že vodorovná tahová napětí zasahují podstatněji dále a kotevní délka měřená od rohu otvoru by nemusela být dostatečná. Zde je třeba upozornit, že v oblasti stropu je také lemovací výztuž stěnových dílců, zálivková výztuž ve spárách mezi stropními panely (i u olomoucké verze G 57, viz příspěvek [8]) a tyto výztuže jsou schopny malé tahy převzít. Jednoduché příklady výpočtu výseků stěn viz [7], lépe je ovšem analyzovat vždy celou stěnu. Možnost započtení ztužující zálivkové výztuže mezi spárami panelů dává čl. 9.10.2.1 Eurokódu 2. I z praktických důvodů nebývá obvykle možné po zřízení nového otvoru protahovat kotevní výztuž až do sousedních bytů. Dále je třeba podotknout, že i otázka lemování otvorů může být podrobena diskusi. Jeví se logickým, že u okrajů stěn, kde mohou vznikat i tahy při působení větru (byť výchozí úvaha vždy je, že svislé tlakové napětí má být v absolutní hodnotě větší, než tahové napětí od účinků větru), je takový požadavek oprávněný. Ve vnitřní třetině délky stěny ale zřejmě tahy nevzniknou, zde by lemovací svislá výztuž být nemusela.

3.3 Doporučený postup zřizování otvorů v nosných stěnách panelových domů Početní analýza řady zjednodušených výseků panelových stěn ukázala, že různé zjednodušené metody na bázi přibližného modelování poskytují značný rozptyl výsledků. Doporučuje se proto dodržovat následující pokyny:  u okrajů stěn zůstane minimální šířka stěnového pilíře 500 mm (nebo přibližně 4 tloušťky stěny);  otvory se předpokládají do šíře 1 000 mm v rámci jednoho panelu;  zřizování otvorů lze provádět pouze technikou řezání nebo vrtání, nelze užívat bouracích kladiv;  nepředpokládá se, že by otvor zasáhl do styčné svislé spáry panelů;  v každém návrhu zřízení otvoru musí být zvážena otázka podepření konstrukcí během provádění úprav před zřízením otvoru a v době jeho provádění;  výška nadpraží (překladu) nad otvorem zůstane 500 – 600 mm; 95

Dodatečné zřizování otvorů v nosných stěnách  v jednom stěnovém panelu lze zřídit maximálně jeden otvor;  před zpracováním posudku je třeba ověřit stav stěny v nejbližším vyšším a nižším podlaží;  je třeba respektovat okolnost, že panely byly po obvodě opatřeny lemovací výztuží min. 2 10 (různých druhů žebírkové, ale i hladké betonářské výztuže);  v případě návrhu vyztužení nadpraží nebo okrajů stěn (metody HELIFIX, KOMPAKT, uhlíkové lamely, betonářská výztuž, atd.) musí být posouzena požární ochrana nově realizovaných prací;  zjednodušené výpočty musí být v souladu s požadavkem Eurokódu 2; konstrukce z prostého betonu mají omezenou duktilitu, uvažuje se s lineárně pružným chováním průřezů.

3.4 Statické posouzení panelových konstrukcí při dodatečném zřizování otvorů v nosných stěnách V následné analýze jsou provedena tři statická posouzení únosnosti betonových prvků a styku stěnových panelů, překlad nad novým otvorem v druhém nejvyšším podlaží domu, výsek stěny vyššího typického podlaží osmipodlažního panelového domu a výpočet celé stěny u chodbového devítipodlažního domu s posouzením prvků v nejnižších podlažích. Průběhy napjatostí σx, σy, a τx,y, jsou uváděny pouze sporadicky; v hlubších souvislostech jsou analyzovány v kap. 2, příklady dokumentují způsoby dimenzování podle Eurokódu 2.

3.4.1 Vetknutý překlad – výpočet vyřezání otvoru šíře 900 mm a výšky 2 000 mm pod plnou stěnou panelového domu G 57 OL (varianta Olomouc) V poloze naznačené šipkou se uvažuje s vyřezáním otvoru šíře 900 mm a výšky 2 000 mm v místě mimo styčné spáry dvou stěnových panelů. Mají se propojit dva sousední byty. Nad otvorem je již pouze jedno podlaží, proto se uvažuje pouze s přitížením přilehlého stropu a vlastní tíhy přilehlého nadpraží.

Obr. 3.26 Schéma půdorysu panelového domu G 57 OL 96


0,6

0,9

Obr. 3.27 Roznos napětí Roznos napětí se uvažuje podle 45°, proto se v zatížení uváží hmotnost překladu (nadpraží) a nejblíže vyššího stropu: Zatížení: Plošné charakteristické: stálé – stropní deska – 0,1 · 25,0 kN.m-2 podlaha cca Užitné – byt

2,5 kN.m-2 1,3 kN.m-2 3,8 kN.m-2 1,5 kN.m-2

Návrhové: Kombinace zatížení (podle vzorců 6.10a, 6.10b ČSN EN 1990): ∑ γG,j · Gk,j + γQ,1 · ψ0,1 · QK,1 + ∑ γQ,i · ψ0,i · Qk,i (vz. 6.10a) ∑ ζj · γG,j · Gk.j + γQ,1 · Qk,1 + ∑ γQ,i · ψ0,i · Qk,i kde γg = 1,35 γq = 1,5 ψ0 = 0,7 ζ = 0,85

(vz. 6.10b)

je dílčí součinitel stálého zatížení; dílčí součinitel proměnného zatížení; součinitel pro kombinační hodnotu proměnného zatížení; redukční součinitel.

Poznámka: Bližší popis součinitelů ve vzorcích 6.10a, 6.10b lze nalézt v ČSN EN 1990 Zásady navrhování konstrukcí. Aplikace součinitelů do těchto rovnic pomocí stálého zatížení a jednoho proměnného je zřejmá z dalšího postupu výpočtu, třetí člen rovnic s dalšími proměnnými zatíženími se zde neuplatní.

a) (3,8 · 1,35) + (0,7 · 1,5 · 1,5) + 0 = 6,705 kN.m-2 – rozhoduje b) (0,85 · 3,8 · 1,35) + (1,5 · 1,5) + 0 = 6,61 kN.m-2

97

Dodatečné zřizování otvorů v nosných stěnách Liniové: 6,705 · 3,46 = 23,2 kN/m (osová vzdálenost stěn 3 600 mm) vlastní tíha překladu 0,6 · 0,14 · 25,0 kN.m-3 · 1,35 = 2,835 kN/m nosník: L/h = 0,9/0,6 = 1,5  3 – je uvažován stěnový nosník (viz čl. 5.3.1 Eurokódu 2). Podle čl. 12.5 Eurokódu 2 se uvažuje s pružnou analýzou, neboť prvky z prostého betonu mají omezenou duktilitu. Vnitřní síly byly získány programem FEM 7 – VUT Brno, fakulty stavební. Dělení na prvky je zřejmé z obrázku, jsou velikosti 150/200 mm. Svislým okrajům (uzlům) je bráněno ve vodorovném i svislém posunu, symbolizují vetknutí. Vztahy pro napětí a měrné síly: nx = σx · b ny = σy · b nxy = τxy · b

b = 140 mm

Obr. 3.28 Schéma dělení na prvky (dvojitá čára na okrajích symbolizuje vetknutí) Tahové měrné horizontální síly: v rohu při horním líci nx = 28,102 kN.m-1 uprostřed průřezu při spodním líci nx = 1,808 kN.m-1 Návrhová únosnost prostého betonu v tahu (beton C16/20) (podle čl. 12.3.1 Eurokódu 2) fctd = αct · fctk, 0,05 /c = 0,8 · 1 300/1,5 = 693,33 kPa kde αct

je součinitel, kterým se zohledňují dlouhodobé účinky na pevnost betonu v tahu nepříznivé účinky vyplývající ze způsobu zatěžování; fctk 0,05 5 % kvantil charakteristické pevnosti v tahu ve stáří 28 dní; γc dílčí součinitel betonu;

αct = 0,8 (dílce vyráběné v panelárnách měly zaručenou kontrolu). Přepočet měrných sil na plošné jednotky napětí: σx = nx /b = 28,102/0,14 = 200,73 kPa  693,33 kPa Tlakové a tangenciální napětí – vzhledem k malému otvoru a jeho poloze v druhém nejvyšším podlaží není třeba početní kontroly. Výpočet vnitřních sil metodou konečných prvků je přibližný. Při horním líci panelu je lemovací výztuž 2 10 mm oceli 10 400; to je rezerva, se kterou nebylo počítáno, je to ve prospěch zvýšení mechanické odolnosti nadpraží. Napětí při spodním líci průřezu je ještě nižší. Nad otvorem zůstanou dva profily 6 mm oceli 10 210 (obyčejné hladké). Poloha nového otvoru je do výkresu výztuže plného panelu vkreslena. 98


Obr. 3.29 Schéma panelu s dodatečně provedeným otvorem Diskuse výsledků Otvor je ve vhodné poloze vnitřní třetiny délky celé stěny. Lze oprávněně předpokládat, že stěna je v převážné míře svého působení namáhána tlakovým napětím, tj. v souladu s požadavky čl. 12.1. odst. 2 Eurokódu 2, kdy lze uvažovat s výpočty konstrukcí prostého betonu. Výpočet s kontrolou tahových napětí je v souladu s čl. 12.3.1. odst. 2 Eurokódu 2. Místní ohyb od svislého zatížení vyvolá pouze malá tahová napětí při spodním líci překladu. Lze tedy uvažovat s vyřezáním otvoru i v případě, kdyby nad otvorem nebyla ani výztuž 2 6 mm. Je ovšem nezbytné vždy posoudit všechny souvislosti problému dané soustavy, předmětného panelu, nebo provést kontrolní vrty pro získání kvality betonu, způsobu vyztužení přímo na místě, pokud není k dispozici potřebná dokumentace.

3.4.2 Výpočet výseku panelové stěny soustavy P 1.11 V příkladu je uveden výkres skladby typického podlaží, katalogový list posuzovaného panelu s únosnostmi pilířů, detailní svislý řez v místě uložení stropních panelů i s polohou zálivkové (věncové) výztuže. Postup respektuje požadavky Eurokódu 2 pro konstrukce z prostého betonu, a to tak, aby nebylo třeba využívat plasticity, uvažuje se chování v pružném oboru. Podklady:  ČSN EN 1990 Zásady navrhování konstrukcí (2004)  ČSN EN 1992-1-1 Navrhování betonových konstrukcí (2006)  Výpočetní systém IDA – NEXIS

99

Dodatečné zřizování otvorů v nosných stěnách Řešený příklad vystihuje častý požadavek rozšíření otvoru v jednom podlaží, otvor má zvětšenou šířku z 900 mm na 1 350 mm. Je to rozšíření právě v oblasti, kde končívá vyztužení překladu. Těchto požadavků na propojení kuchyně s obývacím pokojem je 90 % z celkových požadavků na zvětšování otvorů. Výkres skladby typického podlaží, výkres tvaru panelu, detailní řez uložením stropních panelů

Obr. 3.30 Půdorys výkresu skladby sekce 42d4

Obr. 3.31 Výkres tvaru panelu 1-388 100


Obr. 3.32 Detail uložení stropních panelů a vložení věncové (zálivkové) výztuže Zatížení: Plošné v charakteristických hodnotách: Stropní panely 0,15 · 25,0 kN.m-3 = 3,75 kN.m-2 Podlahy – maximum = 0,60 kN.m-2 Příčky – maximum = 1,5 kN.m-2 5,85 kN.m-2. Poznámka: Popis jednotlivých součinitelů viz předchozí příklad v kap. 3.4.1.

Kombinace zatížení v návrhových hodnotách: Podle vzorce 6.10a ČSN EN 1990 5,85 · 1,35 (γg) + 1,5 (γq) · 1,5 · 0,7 (Ψ0) = 9,47 kN.m-2 – rozhoduje Podle vzorce 6.10b ČSN EN 1990 0,85 (ξ)· 1,35 · 5,85 + 1,5 · 1,5 = 8,96 kN.m-2 Liniové v návrhových hodnotách: Stropy – 9,47 · (4,2 – 0,15) = 38,35 kN.m-1 Stěna jednoho podlaží – 0,15 · 2,8 · 1,0 · 25,0 kN.m-3 · 1,35(γg) = 14,18 kN.m-1 Zatížení dvěma vyššími podlažími bude simulováno spojitým zatížením na horní hraně výseku stěny (zatížení střechou je pro zjednodušení uváženo stejnou hodnotou jako strop v běžném podlaží): qED1 = 2 · (38,35 + 14,18) = 105,06 kN.m-1 Zatížení jedním stropem v úrovni paty otvoru: qED2 = 38,35 kN.m-1 101


Obr. 3.33 Schéma vyšetřované konstrukce Průběhy měrných sil nx, ny, nxy (hodnoty v těžištích prvků)

Obr. 3.34 Průběh sil nx 102


Obr. 3.35 Průběh sil ny

Obr. 3.36 Průběh sil nxy 103

Dodatečné zřizování otvorů v nosných stěnách Uvažuje se beton C16/20 (dříve „B20“), E = 29 GPa, ν = 0,2, tloušťka stěny b = 150 mm Průběhy rozložení měrných sil v předchozích obrázcích poskytují přehled o napjatosti prvků velikosti 250/250 mm, srozumitelně to znázorňuje napjatostní stavy. Maxima jsou pak uvedena v jiném grafickém, vrstevnicovém, vyjádření. Vyhodnocení napjatosti, resp. únosnosti je provedeno s použitím hodnot maxim. Vyhodnocení vodorovných tahových napětí σx Návrhová únosnost prostého betonu C16/20 v tahu – podle čl. 12.3.1. Eurokódu 2: fctd = αct · fctk, 0,05 /γc = 0,8 · 1 300/1,5 = 693,33 kPa kde αct

je součinitel, kterým se zohledňují dlouhodobé účinky na pevnost betonu v tahu a nepříznivé účinky vyplývající ze způsobu zatěžování; fctk 0,05 5 % kvantil charakteristické pevnosti v tahu ve stáří 28 dní; dílčí součinitel betonu; γc

αct = 0,8 (dílce vyráběné v panelárnách měly zaručenou kontrolu). Program tiskne výsledky v měrných silách nx = σx · b [kN.m-1]

σx = nx /b [kPa].

Vyhodnocení vodorovných napětí σx σxmax = 68/0,15 = 453,33 kPa < 693,33 kPa  nebylo by nutné vkládat tahovou výztuž Vyhodnocení svislých napětí σy, resp. svislých normálových sil Pilíř 750/15 m nymax. = -392 kN/m N = 0,75 · 392 = 294 kN < 442,2 kN (katalogový list dílce 1 – 388, pilíř III)

 vyhovuje

Poznámka: Výpočet vychází z únosnosti katalogového listu podle ČSN 73 1201/1986 a ČSN 73 0035/1986, tedy se součiniteli zatížení 1,1 (stálé zatížení) a 1,4 (užitné zatížení). Součinitele podle Eurokódů jsou vyšší, únosnost je dostatečná i s nimi, není třeba přesnějšího výpočtu. Při potřebě přesnějšího výpočtu je nutno ověřit vyztužení a provést výpočet podle Eurokódu 2.

Vyhodnocení tangenciálních napětí τxy Měrné síly nxy = τxy · b [kN.m-1]

τ = nxy /b [kPa]

Max. měrná síla nxy = -128 kN.m-1 τxy = 128/0,15 = 853,33 kPa > 693,33 kPa

 nevyhovuje

Je třeba přesnějšího výpočtu. Doporučuje se provedení výpočtu vnitřních sil na celé stěně.

104


Obr. 3.37 Panel se dvěma otvory Pro informaci se přikládá výkres výztuže obdobného panelu s dvěma otvory, aby se ozřejmil vliv zásahu do systému průběžných otvorů. Příklad ukazuje okolnost, že i jednoduché rozšíření otvoru o 450 mm způsobí značné svízele nejen z hlediska výpočtu, ale také konstrukčního řešení úpravy výztuže.

Obr. 3.38 Panel s jedním otvorem; kotevní délka vodorovné části výztuže nadpraží se uvažuje od horního rohu otvoru, v případě rozšíření otvoru o 450 mm již nevyhoví 105

Dodatečné zřizování otvorů v nosných stěnách Diskuse výsledků Příklad měl ukázat, že i poměrně malé rozšíření otvoru o 450 mm oproti jiným podlažím vyvolává poměrně složitou napjatost v blízkém okolí. Je potřebné mít k posuzování výkresovou dokumentaci dílců, nebo zkouškami na místě ověřit polohy výztuže, zejména v oblastech kolem horních rohů otvorů. Z hlediska výpočtu, s ohledem na smyková napětí, je vhodné provést přesnější výpočet napjatosti celé stěny. 3.4.3 Výpočet panelové stěny délky 6 600 mm soustavy T 06 B Výpočet se týká chodbového devítipodlažního domu, který má příčné stěny délek 6 600 mm v osové vzdálenosti 3 600 mm propojené stropními panely chodby délky 3 600 mm. Příčné stěny jsou na podélné stěny připojeny hladkou, smykově neúčinnou spárou, stropní panely jsou dílem uloženy na poloviční šířku podélné stěny. Jednotlivé bytové buňky mají být změněny na byty, proto v příčných stěnách budou vyřezány otvory 900/2 000 mm. Je vybrána stěna se dvěma sloupci otvorů, z nichž jeden sloupec je nový. Je spočtena jedna stěna délky 6 600 mm, stropní tabule chodby se uvažují jako spřahující prvky mezi oběma částmi stěn, připojené k nim kloubově. Zajišťují stejné horizontální deformace obou stěnových konzol, jedné části stěny délky 6 600 mm je přisouzen účinek tlakové složky větru, druhé části stěny účinek sání. Stěny jsou oboustranně vyztuženy sítěmi SZ 4 mm s oky 150/150 mm. Stěny nejsou po obvodu opatřeny lemovací výztuží. Beton stěn je C16/20. Návrhové zatížení bylo uváženo vertikální – stálé + užitné, z horizontálních účinků již zmíněný vítr. Podklady:  ČSN EN 1990  ČSN EN 1991-1-1  ČSN EN 1991-1-4  ČSN EN1992-1-1

Zásady navrhování konstrukcí (2004) Zatížení konstrukcí (2004) Zatížení větrem (2007) Navrhování betonových konstrukcí (2006)

S Obr. 3.39 Část skladby půdorysu, pohled na budovu 106

Dodatečné zřizování otvorů v nosných stěnách Délka stěny je 6 600 mm, zleva – pilíř šíře 1 200 mm, nový otvor 900 mm, pilíř 3 300 mm, otvor 900 mm a pilíř 300 mm. Výška stěny 9 · 2800 = 25 200 mm. Má se posoudit únosnost stěny na levém okraji v 2. NP a únosnost svislé spáry ve smyku v 1. NP – podle obr. 3.40.

Obr. 3.40 Pohled na stěnu a posuzované průřezy Vnitřní síly byly získány programem FEM 7, stykový beton ve svislých spárách mezi panely je C16/20 (alternativně C12/15). Posouzení únosnosti pilíře šíře 1 200 mm a tloušťky b = 140 mm Výsledky počítačového programu uvedly normálovou svislou měrnou sílu v pilíři: ny = -427,909 kN.m-1 pro vertikální zatížení a doplněk ∆ny = -48,978 kN.m-1 od tlakového přitížení při působení větru. Sumární návrhová síla (v absolutní hodnotě) činí ny = 427,09 + 48,978 = 476,078 kN.m-1 Vyztužení stěny při obou lících průřezu tloušťky 140 mm (na délku 1 m) As= 150,8 mm2 Sítě SZ 4 mm, oka 150/150 mm Amin = 280,0 mm2, Amax = 5 600 mm2 Průřez nevyhovuje podmínkám Eurokódu 2 z hlediska vyztužení, je nutno provést posudek prostého betonu. NED = 476,078 kN.m-1 · 1,2 = 571,29 kN 107

Dodatečné zřizování otvorů v nosných stěnách MED = 571,29 · 0,02= 11,43 kN.m, podle čl. 6.1, odst. 4 Eurokódu 2 se uvažuje minimum 20 mm NRD = η · fcd · b · hw · (1 – 2e/hw)

– vzorec 12.2 Eurokódu 2

kde η · fcd je účinná návrhová pevnost betonu v tlaku; b celková šířka průřezu; hw tloušťka průřezu; e výstřednost síly NED ve směru hw.

lw = 2,65m (výška stěny)imin = 0,289 · hw = 0,289 · 140 = 40,46 mm = 0, 0405 m λ = lw /imin = 2,65/0,0405 = 65,43 < 86

– čl. 12.6.5.1, odst. 4 Eurokódu 2

(nebo také lw /hw = 2,65/0,14 = 18,93 < 25

– čl. 12.6.5.1, odst. 5 Eurokódu 2

η = 1,0

– čl. 3.1.7. Eurokódu 2

fcd = αcc · fck /γc = 0,8 · 16 000/1,5 = 8533,33 kPa (beton C16/20)

– čl. 3.1.6 Eurokódu 2

NRD = 1,0 · 8 533,3 · 1,2 · 0,14 (1 – 2  0,02/0,14) = 1 024 kN > 571,29 kN

 vyhovuje

Poznámka: Úzký pilířek šíře 300 mm napojený na podélnou chodbovou stěnu je v úrovni stropů vždy převázán stropními panely, uloženými na polovinu šířky stěny; ve výpočtu smykové únosnosti se převazba zanedbá; spřahovací účinek smykově neúčinné spáry po výšce stěnového panelu se neuvažuje vzhledem k napojení na hladkou podélnou stěnu. Tlaková únosnost pilířku vyhovuje, část zatížení se přenáší přímo stropy do podélných stěn chodby.

Posouzení únosnosti svislé spáry mezi dvěma panely VR,di = c · fctd + μ · σn + ρ · fyd · (μ · sinα + cosα) ≤ 0,5ν · fcd

– vzorec 6.25 Eurokódu 2

kde c a μ jsou součinitele vyjadřující drsnost styčné spáry; fctd je návrhová pevnost betonu v tahu; σn normálové napětí kolmé na spáru; fyd návrhová pevnost oceli; fcd návrhová pevnost betonu v tlaku; α úhel, který svírá svislice s výztuží procházející styčnou spárou 45° ≤ α ≤ 90°; ν redukční součinitel pevnosti betonu v tlaku; ρ = As /Ai As je plocha výztuže procházející styčnou spárou; Ai plocha styku. Ve styku nepůsobí normálová síla ve vodorovném směru, není předepjat, proto se uvažuje součinitel μ = 0. Styk je hmoždinkový (zazubený), může v něm vzniknout trhlinka, uvažuje se s hodnotou c = 0,5 – čl. 6.2.5, odst. 4 Eurokódu 2. 108

Dodatečné zřizování otvorů v nosných stěnách Svislý styk je propojen v úrovni stropu zálivkovou výztuží  V 14 mm (ocel 10 425), dále je provedeno svarové spojení obou sousedících panelů v hlavě. Obojí vyztužení styku se zanedbá, nebyla provedena sonda do stropu, která by vyztužení potvrdila. Podle čl. 12.3.1 odst. 2 Eurokódu 2 fctd = αct · fctk,0,05 /γc = 0,8 · 1300/1,5 = 693,33 kPa

pro beton C16/20

fctd = 0,8 · 1100/1,5 = 586,67 kPa

pro beton C12/15

VR,di = (0,5 · 693,33) + 0 + 0 = 346,67 kPa

pro beton C16/20

VR,di = 0,5 · 586,67 = 293,34 kPa

pro beton C12/15 2

Plocha spáry – A = 0,14 · 2,65 = 0,371 m

Únosnost styku na výšku jednoho podlaží: Beton C16/20 – VRD = A · VR,di =0,371 · 346, 67 = 128,61 kN Beton C12/15 – VRD = 0,371 · 293,34 = 108,83 kN Lze konstatovat, že únosnosti spáry ve smyku podle Eurokódu 2 dávají příznivé výsledky. Autor tohoto výpočtu provedl v roce 1975 pro spáru T 06 B únosnost styku s přesnými tvary hmoždinek podle tehdy platných Směrnic pro navrhování panelových budov z roku 1971 s výsledkem V = 122 kN, a to i se započtením vlivu zálivkové výztuže stropu a lemovací výztuže po obvodu panelů. Shoda je dobrá a metodika výpočtu podle Eurokódu 2 dává možnost provést posudek únosnosti bez přesné znalosti tvaru hmoždinek. Porovnání únosnosti s počítačovými výsledky: Max. hodnota měrné síly nxy = 18,492 kN.m-1 VDE = 2,65 · 18,492 = 49,0 kN < 108,83 kN

pro beton C12/15

Styk vyhoví na přenos podélného smyku (pravou stranu nerovnosti podle vzorce 6.25 Eurokódu 2 není třeba kontrolovat – podmínce je vyhověno). Je zapotřebí dále respektovat i tahová napětí v části stěny mimo svislé styky, zde dosahují přípustné hodnoty přibližně dvojnásobných hodnot oproti spárám; je ovšem zapotřebí v místech velkých koncentrací ověřit i hlavní napětí v odkloněných směrech od vertikály či horizontály. Diskuse výsledků Nově navržený otvor šíře 900 mm si vyžádal výpočet stěny složené ze tří panelů, rozdělené dvěma svislými styčnými spárami. Vzhledem k okolnosti, že na podélnou chodbovou stěnu panel přiléhá na hladkou plochu chodbového panelu, nelze uvažovat přenos smykových napětí svislou spárou. Protože ale stropní panely jsou v hloubce 60 mm uloženy na tuto podélnou chodbovou stěnu, přenáší se část zatížení z přilehlého stropního dílce i do podélné stěny a odlehčuje tenkému vyztuženému pilíři vedle dveřního otvoru. Radikální zjednodušení výpočtu na výsek dvou podlaží by bylo málo výstižné, zatěžovací stav větrem vyvolává významné složky napjatosti. Naopak prostorové řešení soustavy jako celku by zbytečně zvyšovalo náklady na výpočet a nejistoty v účinnosti vzájemně kolmých spojení stěn by zůstaly. Namátkově bylo ověřeno i vyplnění styčných spár betonem se zjištěním, že jsou spolehlivě vyplněny betonem. Z hlediska konstrukčního bylo navrženo v nejnižší třetině výšky stěny vyztužení nadpraží pruty Helifix 10 mm při spodním líci otvoru, a to oboustranně.

109

3 Dodatečné zřizování otvorů v nosných stěnách panelových domů malorozponových soustav

Recommend Documents