Kontinuální třmínek s vertikálními rameny a nastavitelnou roztečí pro železobetonové konstrukce

ODDĚLENÍ STAVEBNÍHO INŽENÝRSTVÍ UNIVERZITA FEDERICO II NAPLES Flavia Fascia, Chiara De Marinis, Giovanni Pisanti, Renato Iovino

Kontinuální třmínek s vertikálními rameny a nastavitelnou roztečí pro železobetonové konstrukce

SCHNELL S.p.A.

Tento dokument je výsledkem výzkumu pro společnost SCHNELL S.p.A provedeného Oddělením stavebního inženýrství Univerzity Federico II Naples Výzkumný tým Prof. Renato Iovino, inženýr a vědecký ředitel Prof. Flavia Fascia, architekt a ředitel DINE Dr Chiara De Marinis, inženýr Dr. Giovanni Pisanti, inženýr: Dokument byl vyhotoven na základě úzké spolupráce a koncepční shody výzkumného týmu. Uznání za kapitolu č. 4 si nicméně zaslouží Renato Iovino 4 a za kapitolu č. 5 Flavia Fascia 5 Na kapitole č. 2 se podílel Giovanni Pasanti a kapitolu č. 3 napsala Chiara De Marinis, Doktoři “Stavebního inženýrství” z Univerzity Federico II Naples

Poděkování Společnost Schnell S.p.A by ráda poděkovala výzkumnému týmu Oddělení stavebního inženýrství Univerzity Federico II Naples vedenému Prof. Renato Iovinem, zejména pak za jejich schopnosti a nadšení, které projevili ve spojení s výzkumem tohoto nového produktu. Rádi bychom poděkovali také inženýrovi Antonmassimo Gallucciovi za navržení podstaty kontinuálního třmínku s vertikálními rameny a za aktivní účast na realizačním procesu tohoto projektu. Na závěr děkujeme inženýrovi Massimo Montemaranimu za důvěru vloženou v tento projekt a Mirko Guazzorottimu, technickému řediteli, za vedení inženýrského týmu společnosti Schnell S.p.A.

Úvod Společnost Schnell S.p.A., jednička v odvětví automatických strojů na zpracování tyčí pro železobeton, se novým typem třmínku – kontinuálním třmínkem s vertikálními rameny a nastavitelnou roztečí – začala zabývat již v roce 2004 s přesvědčením, že se jedná o významnou inovaci v odvětví. Průmyslová realizace tohoto pokrokového nápadu se setkala se závažnými problémy, avšak přinesla ovoce ve formě vytvoření stroje “Spirex”, který je v tomto dokumentu Oddělením stavebního inženýrství Univerzity Federico II Naples představen. Studie se zaměřuje zejména na profesionální inženýry, architekty a geodety a dokládá pestré výhody kontinuálního třmínku "Spirex" ve srovnání s běžnými třmínky. Rádi bychom zde, mimo mnoho jiných důvodů pro náskok nového kontinuálního třmínku Spirex před běžnými třmínky, zdůraznili závěrečnou citaci ze strany 61: “… ke všem těmto měřitelným výhodám bychom měli dodat také jednu ne vždy měřitelnou, která je však hlavním důvodem k upřednostnění kontinuálního třmínku Spirex před tradičními třmínky. Tato dodatečná výhoda je rozhodující, neboť dodává jistotu, že počet a pozice třmínků bude odpovídat požadavkům projektu. Kontinuální třmínky Spirex vám tuto jistotu nepochybně poskytují, bez ohledu na píli pracovníků a rozsah dohledu řídícími pracovníky, který není vždy jednoduchý. Tato jistota projektantům/řídícím pracovníkům dodává klid a záruku, že jsou všechny třmínky na místě a rozmístěny přesně podle požadavků projektu. Bez ohledu na všechny další významné technologické, ekonomické a ekologické výhody uvedené v tomto dokumentu věříme, že nejvýznamnějším a rozhodujícím faktorem je právě tato jistota a proto kontinuální třmínky Spirex doporučujeme před tradičními třmínky. Simone Rupoli (Generální ředitel) Schnell S.p.A.

1. Tradiční třmínky a systém společnosti Schnel

1. TRADIČNÍ TŘMÍNKY A SYSTÉM SPOLEČNOSTI SCHNELL Tradiční třmínky jsou vyrobeny z tvarovaných železných tyčí formovaných do obdélníků, které jsou připevněny na kolmých rovinách k osám nosníku. Vertikální části, tzv. ramena, odolávají působení smyku, zatímco horizontální části plní podstatnou funkci při uzavření třmínku a ohraničení betonu. Tradiční systémy však výrobu dokonale kontinuálních třmínků na své rovině neumožňují, neboť z technických důvodů spojených s montáží armovacích košů s háky a překrytími je pro zaběhnutí stroje nezbytné zajistit alespoň jeden vrchol tradičního třmínku. Spirex, kontinuální třmínek s vertikálními rameny a nastavitelnou roztečí je pokrokovým systémem představeným Italskou společností Schnell S.p.A.1, jedničkou v odvětví designu a výroby železárenských strojů, který je schopný splnit všechny požadavky projektantů, podniků i pracovníků. Systém umožňuje výrobu všech požadovaných třmínků pro celý nosník či pilíř na jedné kontinuální železné tyči vytvarované k vytvoření vertikálního ramene – jako u tradičního systému – s nastavitelnou roztečí, zatímco horizontální ramena (jedno nebo obě) jsou nakloněna tak, aby se mohla individuální ramena rozmístit podle rozteče stanovené stavebním projektantem. Takto tvarovaný kontinuální třmínek je poté složen, svázán a označen k jednoznačnému spojení s odpovídajícím nosníkem či pilířem a jednou rozvázán a rozložen v bednění věrně znovu získá rozteč počítanou pro daný projekt. Použití třmínků Spirex zajišťuje celému výrobnímu procesu nepochybné výhody: - pro projektanta/řídícího pracovníka: jistotu dosažení správné úpravy a přesného počtu spirál - pro podnik: významné omezení instalačního času s relativní ekonomickou výhodou - pro podnik: značné omezení váhy příčných výztuh betonových konstrukcí s relativními ekonomickými výhodami - instalace, vzhledem k tomu, že se nevyskytují žádné háky, zakotvení, ohyby, ostré kraje nebo řezavé otřepy - pro tvarovací stroj: omezení rizik vznikajících při obrábění tyčí - pro bezpečnostního manažera: uklizenější a čistější sklad na staveništi - pro společnost vyrábějící a montující železobetonové koše: snížení dopravních nákladů - pro přírodní prostředí: omezení emisí CO2 při výrobě a zpracování železa a oceli. Kontinuální třmínek s vertikálními rameny a nastavitelnou roztečí nabízený společností Schnell S.p.A. je charakterizován možností obrovských úspor, což jej jistě pro prefabrikované či na místě vyrobené železobetonové konstrukce činí výhodnějším před systémem tradičního třmínku. Při použití kontinuálního třmínku s vertikálními rameny a nastavitelnou roztečí je dosaženo významných výhod, jak z pohledu úspor, tak z pohledu znečištění přírodního prostředí. Ve skutečnosti se při výrobě oceli ve stavebním průmyslu používá méně 1

Schnell S.p.A., via Borghetto, 2 – Zona ind. San Liberio – 61030 Montemaggiore al M. (PU) Italia www.schnell.it

3

Spirex – Kontinuální třmínek s vertikálními rameny a nastavitelnou roztečí

energie, emise CO2 při výrobě a zpracování oceli jsou sníženy, instalace třmínku je rychlejší, proto dochází k úsporám osobních nákladů a současně se snižuje počet pracovních úrazů souvisejících s přirozenými riziky při instalaci kovové konstrukce pro železobetonovou stavbu. Ze stavebního hlediska testy provedené Oddělením pozemního stavitelství Univerzity ve Florencii ve stavební laboratoři prokázaly, že spirálová úprava třmínků nosníkům dodává minimálně stejnou pevnost jako tradiční třmínky, jak ve fázi před přelomením, tak těsně před mezním zatížením, a současně se prokázala lepší pevnost ve smyku při překročení meze únosnosti. Projektant tedy může používat kontinuální třmínek s vertikálními rameny a nastavitelnou roztečí namísto tradičních třmínků s jistotou, že z teoretického hlediska používá obdobný výrobek, který je ovšem při skutečném použití lepší a bezpečnější.

4

2. Funkce třmínků v železobetonových stavbách

2. FUNKCE TŘMÍNKŮ V ŽELEZOBETONOVÝCH STAVBÁCH I přesto, že je analýza chování železobetonového nosníku při ohýbání a stříhání stále předmětem různých výkladů, v běžné praxi se při výměře smykové výztuže téměř vždy vychází z klasické Ritter-Mörschovy teorie (1902). Podle této teorie je referenční model odolnosti odvozen z chování prvku po smyku (Obr. 2.1), což vede k projektování nosníku jako optimální mřížkovité stavby, jejíž tyče jsou: -

stlačený podélný nosník tvořený železobetonem pod tlakem rozšířený podélný nosník tvořený podélnou výztuží pod napětím stlačené tyče tvořené stlačenými železobetonovými bloky rozšířené tyče tvořené příčnými výztuhami (třmínky a/nebo ohnutými tyčemi).

Obr. 2.1 – Schematizace smyku

Schematizace smyku tedy přímo určuje stlačené spojovací tyče omezené přítomností nakloněných zlomů, které se počínaje od spodního okraje prvku (rozšířená vlákna) rozšiřují nahoru k vrcholu nulové osy, za kterou je umístěn stlačený podélný nosník. Spodní výztuž na druhou stranu představuje rozšířený podélný nosník, zatímco příčná výztuž (rozšířené tyče) doplňuje schematizaci a tedy vyrovnanost mřížkovité konstrukce (Obr.2.2).

Obr. 2.2 – Schematizace podle Ritter-Mörschovy teorie

Rovnováha mezi uzly, vnímanými jako panty, umožňuje vypočtení napětí, kterému jsou všechny prvky vystaveny a vyměření příčných výztuh, zejména tak, aby obsahovaly hodnotu napětí betonu v rámci povolených limitů. Základní předpoklad Ritter-Mörschovy teorie, která zcela ignoruje pevnost betonu v tahu, vede k závěru, že nosný blok nemůže nabídnout žádnou pevnost ve smyku bez odpovídající příčné výztuže. Ve skutečnosti provedený experimentální výzkum názorně

5


dokázal spojení několika odolných mechanismů, které přispívají k tlumení namáhání ve smyku: -

Inertní mřížkování materiálu působením síly přenášené prostřednictvím narušeného povrchu z důvodu klouzání ze dvou opačných konců Efekt čepu, jež se objevuje působením odolnosti poskytnuté spodní podélnou výztuží, kde sklouzává povrch zlomů Obloukový efekt, pomocí vytvoření systému obloukového napětí pro vysoké nosníky s pevnou podélnou výztuží.

Stejné experimentální testy však ukázaly, že model optimálního mřížkovitého nosníku představuje přijatelnou schematizaci chování železobetonových nosníků ve smyku, bez ohledu na to, zda se krize vydatnosti stlačeného spojení tyčí objeví s výztuží v pružné nebo vydatné fázi.

Obr. 2.3 – Schematizace kroutících vlastností

Model podobný Ritter-Mörschovu modelu může být použit k zhodnocení působení tangentového napětí na železobetonový nosník díky účinku kroutícího momentu. Dokud jsou hodnoty nižší než hodnota τc0, je beton schopen zvládnout kroutící napětí, ale pokud je hodnota τc0 překročena (avšak bez překročení hodnoty τc1), změní se zcela odolné vlastnosti, vytvoří se zlomy se sklonem 45°, které se rozvinou ve spirály podél povrchu nosníku, reaguje jen obvodový kruh betonu a do hry vstupují kovové výztuže. Na každé stěně takto určeného tenkostěnného trubkového prvku je tedy předpokládána izostatická mřížka s tyčemi se sklonem 45° (Obr. 2.3). Úloha třmínků v železobetonovém nosníku a pilířových výztužích není limitována na tlumení smykového a kroutícího napětí, ale kromě jejich hlavní statické funkce by se mělo přihlédnout také k dalším ne méně důležitým technologickým a mechanickým aspektům. Z technologického hlediska třmínky umožňují uchování podélných výztuží na svých místech během odlévání, vibrace a stlačení betonu, zatímco z mechanického hlediska je díky omezené délce stlačených podélných tyčí (v pilířích) bez zakřivení s poskytnutou příčnou výztuhou snižován jev nestability. Navíc je v pilířích třmínek vystaven napětí v tahu působením příčného rozšíření prvku pod tlakem a tak přispívá k růstu odolnosti a tvárnosti a k použití ohraničení na stlačeném betonu. Zatímco růst odolnosti působením indukovaného tříosého stavu není příliš vysoký, růst tvárnosti je zjevně patrnější a v tvárné fázi může způsobit také větší příčné rozšíření, čímž budou přínosné účinky třmínků mnohem zřetelnější (Obr. 2.4).

6


Obr. 2.4 – Ohraničení

2.1 Tradiční systém Tradiční systém využívá dva typy výztuží - rovné tyče, stěnové tyče a třmínky - tvarované tyče a třmínky První systém používá podélné tyče bez tvarování umístěné podél obvodu příčné části (kromě prvního a posledního ohybu se sklonem 90° k upevnění). Výztuže jsou umístěny a vyměřeny ve vztahu k ohýbacímu momentu na spodní a horní straně, zatímco stěnové tyče jsou umístěny podél vertikálních stran a vyměřeny ve vztahu k smykovému a kroutícímu napětí, obzvláště pro nosníky.

Obr. 2.5 – Výztuže s rovnými tyčemi a třmínky 7


Koš doplňuje příčné výztuže a je vyroben z třmínků s vhodně vypočtenou roztečí, čímž se vytváří lišta s tyčemi umístěnými více méně blízko sebe, tvořícími obdélníkové otvory v závislosti na horním a spodním napětí působícím na stavební prvek (Obr. 2.5). Ve druhém případě jsou, na druhou stranu, podélné tyče tvarované s ohybem 45° a 135° procházejícím z jedné části nosníku do další, tímto způsobem reaguje stejná tyč na tažení v dané části v souvislosti s rozšířenými spodními vlákny stejně tak jako rozšířenými horními vlákny. Jinými slovy otočením diagramu ohýbacího momentu získáme tvar, jež pohybuje tyčí z jedné části do druhé.

Obr. 2.6 – Výztuže s tvarovanými tyčemi a třmínky

Ohyb o 45° navíc také umožňuje brát v úvahu nakloněnou část tyče k vyrovnání ideálního mřížkovitého nosníku v Ritter-Mörschovu modelu (diagonální rozšířené tyče) (Obr. 2.6). V tomto případě je k dokončení modelu v porovnání s prvním typem zapotřebí rozhodně méně třmínků. V každém případě musí třmínky dle technických norem velkou měrou přispět ke snížení napětí ve smyku, což podtrhuje jejich základní funkci v celkovém chování železobetonového prvku, také z důvodu přítomnosti jiného, výše popsaného jevu.

8


Rozdíl mezi dvěma typy výztuže spočívá v tom, že první typ (rovné tyče) je snadno a rychle realizovatelný, ale vyžaduje velký počet tyčí, zatímco druhý typ (tvarované tyče) umožňuje lepší rozložení a optimalizaci, ale vyžaduje více pracovníků. Ve druhém případě, kdy jsou výztuže umístěny tak, aby lépe lemovaly izostatickou trakční linii, jsou celkové vlastnosti nosníku lepší a používá se méně výztuží: na druhé straně se většinou v praxi díky kratšímu tvarovacímu času a snadnější realizaci dává přednost rovným tyčím před tvarovaným. 2.2 Systém společnosti Schnell: kontinuální třmínek s vertikálními rameny a nastavitelnou roztečí Společnost SCHNELL S.p.A. vytvořila nový typ příčné ocelové výztuže: kontinuální třmínek s vertikálními rameny a nastavitelnou roztečí. Tento systém využívá jednu ocelovou tyč bez spojů, která je ovinuta kolem podélné výztuže stavby a pokud je potřeba i s nastavitelnou roztečí podél příčné osy prvku (Obr. 2.7). Tento nový typ třmínku zaručuje spojení mechanických a seizmických vlastností podle platných předpisů a má pokrokovou konfiguraci, kde jdou horizontální a vertikální části za sebou bez přerušení.

Obr. 2.7 – Kontinuální třmínek s vertikálními rameny a nastavitelnou roztečí

Vertikální ramena jsou v pravém úhlu k hlavním podélným výztužím, zatímco horizontální části jsou ohnuty trojrozměrně tak, aby udávaly mezeru mezi dvěma přilehlými vertikálními rameny a tak určují rozteč třmínků, která může být buď konstantní nebo nastavitelná ke splnění požadavků projektu v kritických oblastech, jmenovitě v blízkosti konců, kde jsou třmínky k sobě nejblíže a ve středu, kde jsou od sebe nejdál (Obr. 2.8). Vertikální rameno je určeno dvěma čepy zcela v pravém úhlu ke spodním a horním podélným tyčím, ke kterým jsou připevněny za účelem zabezpečení řádného ukotvení. Horizontální části se pojí s konci dvou odstupňovaných předních čepů. Vyhrazený softwarový program nainstalovaný na počítači ovládajícím stroj Spirex zajišťuje, že je dodržována rozteč třmínků počítaná pro daný projekt (Obr. 2.9).

9


Stočená ocelová tyč je narovnána a poté ohýbána pomocí elektrických servomotorů na různých rovinách se sklonem podle projektu. Ovládací program Spirex sleduje všechny výrobní fáze: 1. Výroba tyče od závitu k třmínku 2. Přeměna z třmínku na kontinuální třmínek s vymezením předních třmínků (šablona třmínků, druh roviny) 3. Stříhání kontinuálního třmínku podle délky nosníku k vyztužení a pro zajištění nepřekročení maximální váhy vyžadované zákazníkem. 4. Skládání a vázání třmínku do svazku. Kontinuální třmínek vycházející ze stroje je sbírán obzvláště synchronizovaným automatickým systémem, složen, svázán příslušnou vazbou a označen konkrétními údaji, jako: staveniště, pozice v rámu, průměr, váha atd. Složení třmínku snižuje jeho velikost, což je výhodou při manipulaci a skladování jak v továrně, tak na staveništi. Třmínky jsou na staveniště dodávány ve snadno ovladatelném balení (Obr. 2.10, Obr. 2.11). Po umístění balíku do bednění a nastavení podélných tyčí podle projektu je jedna ze šablon třmínků připevněna v rovině s pilířem a poté je kontinuální třmínek jednoduše rozložen. Kontinuální třmínek se v bednění přirozeně roztáhne a rozvine všechny své ohyby podle projektantem předdefinované rozteče. Poté je nutné jen připevnit podélné tyče do správné pozice.

Obr. 2.8 – Kont. třmínek s nastavitelnou roztečí

10

Obr. 2.9 – Přesnost rozteče


Obr. 2.10 – Kontinuální třmínky v balení

Obr. 2.11 – Kontinuální třmínky v balení

Odchylka horizontálních částí udává dva typy kontinuálních třmínků: a) vzor “M”: horní a spodní horizontální části třmínku jsou ohnuty trojrozměrně a jsou vzájemně divergentní; dvě vertikální ramena zůstávají vzájemně souběžná, v pravém úhlu k podélné výztuži, ale již ne ve stejné rovině jako u tradičního typu, ale odstupňované o polovinu rozteče (Obr. 2.12) s optimalizací ohraničení a rozložení vertikálních ramen, které tlumí úplně nebo částečně napětí ve smyku. b) vzor “N”: jedna ze dvou horizontálních částí je ohnuta trojrozměrně a druhá ve stejné rovině se dvěma vertikálními rameny (Obr. 2.13).

Obr. 2.12 – Vzor “M”

Obr. 2.13 – Vzor “N”

11


Kontinuální třmínky mohou být použity v: Lineární části pro příčné výztuže nosníků a pilířů (Obr. 2.14) Zakřivené části pro příčné výztuže oblouků nebo zakřivených prvků (Obr. 2.15) Zvláštní části jako rozšířené tvary L (Obr. 2.16), tvary S (Obr. 2.17) a tvary T Uskutečnění železobetonových mřížkových oblouků pro prozatímní tunelové výkopové práce.

Obr. 2.14 – Třmínky v nosnících

Obr. 2.15 – Třmínky v obloucích

Obr. 2.16 – Třmínky v nosnících tvaru L

Obr. 2.17 – Třmínky ve tvarech S

Instalace výztuže kontinuálních třmínků je provedena podle následujících kroků: 1. Balené třmínky pro výztuhu stavebního prvku jsou vyzvednuty ze skladu (Obr. 2.18); kontinuální třmínky jsou jednoznačně rozpoznány pomocí referenčního kódu projektu uvedeného na identifikačních průvodkách (Obr. 2.19). 2. Třmínek je přepraven na místo výztuhy stavebního prvku. 3. Stále složený třmínek je umístěn do bednění a jeden z jeho konců připevněn (Obr. 2.20) 4. Kontinuální třmínek je rozložen do 5. bednění mezi předem připravené tyče; po připevnění kontinuálního třmínku se třmínek elasticky vrátí do své původní podoby s přesným počtem třmínků na metr, jak bylo vypočteno pro daný stavební prvek (Obr. 2.21) 6. Podélné výztužné tyče jsou připevněny. 12


Obr. 2.18 – Balené třmínky ve skladu

Obr. 2.19 – Identifikační průvodka

Obr. 2.20 – Instalace třmínku

Obr. 2.21 – Instalace třmínku

Obr. 2.22 – Rozložení třmínku v bednění

Kontinuální třmínek je snadné nainstalovat – je jednoduše rozvázán a nevyžaduje pracné ohýbání, rozmístění a uzavření jako v případě tradiční metody. Všechno, co pracovník potřebuje tedy udělat, je přepravit a rozložit kontinuální třmínek a není již tedy nutné mít na místě specializované pracovníky k vytvarování tyčí příčné výztuže. Navíc již nemůže dojít k chybnému měření ze strany pracovníka a je možné automaticky dodržovat požadované rozteče díky jednoduchému roztažení kontinuálního třmínku v rámci rozměru udávaného bedněním a předpřipravených tyčí (Obr. 2.22).

13


U tradičních třmínků jsou pracovníci často nuceni pracovat se složitým bludištěm tyčí, aby přesně umístili příčné výztuže a správně uzavřeli třmínky. Rozteč třmínků, která se může lišit od několika centimetrů po několik decimetrů, nutí pracovníky vkládat své ruce do nesmírně malých otvorů při předpokladu ergonomicky nepřesných pozic, také v případě nutnosti umístění koše pod úroveň země. Díky tomuto novému řešení jsou tyto problémy odstraněny, neboť existují jen dva konce a tedy jen dva háky k připevnění, což snižuje riziko zranění, instalační čas a následně také náklady. Navíc již pracovníci nemusí ohýbat tyč, vybírat správné průměry, nastavovat rozteč, umisťovat správný počet prvků do každé části nosníku nebo umisťovat třmínky pomocí háků do malých otvorů. Pracovníci budou moci pracovat rychleji s rukama uvnitř armovacího koše usnadňujícího pracovní úkony a snižujícího možné manuální chyby se značným snížením rizika pořezání, neboť ostré hrany na háku jsou značně omezeny.

Obr. 2.23 – Tradiční třmínky

Obr. 2.24 – Tradiční třmínky

Pro každý prvek, nosník nebo pilíř je na staveniště doručeno balení všech požadovaných příčných tyčí se štítkem nesoucím všechny údaje k jednoznačnému určení a spojení s příslušným stavebním prvkem. Identifikační kód projektu, přesné geometrické rozměry, průměr tyče a váha jednotlivého balení poskytují snadné a okamžité informace k zajištění rychlé a přesné kontroly. U spirálové příčné výztuže nedochází ke vzniku odpadu z řezání tyče na staveništi či plýtvání přesahujících háků k uzavření jednotlivých třmínků a navíc se nehromadí žádné odřezky (Obr. 2.23, 2.24). Další velice zajímavou stránkou tohoto systému je ohraničení betonu na nosných konstrukcích; ve skutečnosti je stupeň ohraničení získaný se stejnou roztečí u systému kontinuálních třmínků společnosti SCHNELL vyšší než u tradičních třmínků díky spojitosti účinku nebo tyče, jak je uvedeno ve vědecké literatuře. Sklon horizontálních částí kontinuálního třmínku navíc zvyšuje podíl ohraničení podélné tyče (Obr. 2.25).

14


Obr. 2.25 – Ohraničení betonu

Další výhodou plynoucí z používání kontinuálních třmínků se jeví vztah “Pevnosti deformace”. Ve skutečnosti tříosá pevnost vyvolaná spirálovým třmínkem zlepšuje mechanické vlastnosti stlačeného betonu. Vzhledem k tomu, že ohraničení betonu do určité míry zvyšuje pevnost materiálu, je vymezen značný růst v jeho konečné deformaci, což se přenáší do značného růstu tvárnosti materiálu (Obr. 2.26). Další důležitý aspekt se vztahuje k “délce ukotvení” tyčí “la” (du) Tradiční metoda vyžaduje převis tyče nebo délku ukotvení pro jednu tyč o průměru rovnajícímu se:

Obr. 2.26 – Schéma “Pevnosti - deformace”

U metody společnosti Schnell se tento problém nevyskytuje, neboť se celé prodloužení kontinuálního třmínku shoduje s délkou ukotvení.

15


3. INSTALACE Za účelem porovnání výztuže stavebního prvku používajícího tradiční třmínky se stavebním prvkem používajícím kontinuální třmínek s vertikálními rameny a nastavitelnou roztečí, jsou zkoumány instalační postupy kovových košů s opakovanými stavebními prvky: vycházející nosník, stropní nosník a základové pásy. 3.1 Tradiční systém Vycházející nosníky Začneme s postupem pro vycházející nosníky s obdélníkovou příčnou částí a podélnými tyčemi podél krátkých stran k odolávání napětí v důsledku pozitivního a negativního ohýbacího momentu a se stěnovými tyčemi a třmínky k tlumení napětí v důsledku kroutícího a smykového momentu. Po umístění bednění na základě grafického znázornění jsou na kovářském stole nařezány a tvarovány tyče nebo dodávány přímo na místo externími dodavateli, ale ve všech případech vyplývající ze specifikace tyče. Obecně je nejpoužívanější typ tradičního třmínku vyroben z jednoho kusu uzavřeného na vrcholu s háky ohnutými o 135° (závažnou a častou chybou je ohnutí háků do 90° namísto 135°) a rozšířeného alespoň o 10 násobek průměru třmínku (Obr. 3.1). Zjevnou nevýhodou tohoto systému je, že háky musí nebo by měly být připevněny k zajištění uzavření třmínku, což je ponecháno na pracovnících, kteří ne vždy věnují pozornost těmto důležitým detailům. Instalace se provádí umístěním všech třmínků nosníku nahoru proti jednomu z jeho konců a poté jejich rozmístěním podle vypočtené rozteče pro projekt po instalaci podélných tyčí. V tomto okamžiku, kdy je tvarování všech třmínků na kovářském stole téměř dokončeno, je na rohových tyčích křídou vyznačena síť rozteče třmínků podle grafického znázornění (nahoru pro pohodlí), tak aby mohly být všechny třmínky nosníku umístěny rychleji.

Obr. 3.1 – Tradiční třmínek

16

3. Instalace

Obr. 3.2 – Značení rozteče třmínků

Obr. 3.3 – Umístění třmínků na značky

Je důležité upřesnit, že třmínky nesmí být umístěny na bednění přímo (hrubá a běžná chyba), ale spíše přiměřeně nadzvednuty za použití vhodných podpěr tak, aby bylo zajištěno, že vrstva betonu kryjící tyče odpovídá projektu. V praxi je během fáze instalace třmínků celý armovací koš nadzvednut mimo bednění a umístěn na pozici při dokončení; to umožňuje pracovat rychleji a především řešit problémy s křížením a přesahem (Obr. 3.4). Instalace výztuže pokračuje umístěním všech spodních podélných stěnových tyčí, které musí být pro svou zvláštní pozici ihned uvázány k dostatečnému počtu třmínků, aby bylo zaručeno pevné ukotvení.

Obr. 3.4 – Armovací koš je během instalace mimo bednění

Obr. 3.5 – Ramena nejsou vertikální

17


Poslední fáze se skládá z vázání všech třmínků; toto je nejjemnější fáze, která je pro svou základnost často podceňována, avšak zaručuje, že se prvky výztuhy během odlévání nebudou pohybovat. Často se stává, zejména při použití vibrujícího betonu, že z důvodu použití nevhodného vázání nebo špatně provedeného vázání se třmínky pohnou během odlévání a jejich ramena již nejsou vertikální, což podlomuje základní předpoklad vlastností Mörschovy lišty ve smyku (Obr. 3.5).

Obr. 3.6 – Uzavřené třmínky se čtyřmi rameny a háky ohnutými o 135°

Obr. 3.7 – Uzavřené třmínky se čtyřmi nainstalovanými rameny

Stropní nosníky Výška podélné části stropního nosníku je shodná s tloušťkou stropu (odkud pochází název tohoto stavebního prvku), proto znamená vyměřování nosníku s ohledem na zatížení definování šířky této části a její výztuže. Úloha a účinky přítomnosti třmínků jsou stejné jako bylo popsáno výše. Podstatným rozdílem v porovnání s vycházejícími nosníky jsou rozdílné kroutící vlastnosti rozšířeného obdélníkového průřezu stropního nosníku, což jej vzhledem k reakci na kroutící moment činí méně vhodným než pevnější část vycházejícího nosníku. Na druhou stranu, je možné díky velké šířce dílu použít třmínky s několika rameny, což představuje jejich odolnou stránku. Třmínky s několika rameny jsou obecně vyrobeny dvěma způsoby: v prvním případě je tyč tvarována do obdélníků, které ovšem tentokrát nemají tvar nosné části, ale spíše menší šířku, aby bylo možné k nosné ose na stejné kolmé rovině umístit více třmínků přes sebe; ve druhém případě, kdy je armovací koš vyroben a předběžně smontován v továrně, je třmínek se čtyřmi rameny vyroben z jedné tyče bez řešení plynulosti a tedy jen se dvěma přesahujícími háky k upevnění (Obr. 3.6 a 3.7).

18

3. Instalace

3.2 Systém společnosti Schnell: kontinuální třmínek s vertikálními rameny a nastavitelnou roztečí Vycházející nosníky U obecných železobetonových vycházejících nosníků se výztuž skládá ze spodních a horních podélných tyčí, stěnových tyčí, příčných tyčí, třmínků a jednoduchého nebo dvojitého krytí. Budeme analyzovat postup pro vycházející nosníky s obdélníkovou příčnou částí vyztuženou v rozích čtyřmi tyčemi, dodatečnými tyčemi podél krátkých stran (k odolávání napětí v důsledku pozitivního a negativního ohýbacího momentu) a stěnovými tyčemi a třmínky (k tlumení napětí v důsledku kroutícího a smykového momentu). Během instalace tradičních třmínků nosníku jsou pracovníci nuceni instalovat tyče do malých otvorů, což způsobuje pohybové potíže a riziko úrazů (Obr. 3.8). U systému společnosti Schnell je instalace výztuže nosníku snadná a okamžitá: stále složený kontinuální třmínek je umístěn, podélné tyče jsou připevněny, třmínek je rozložen a ustálen podle projektu, konce jsou zajištěny a nakonec je tyč zakotvena. V případě zvláštních okolností je možné armovací koš nosníku složit přímo na místě a poté umístit na stavbu. Pracovní postup je stejný jak je uvedeno výše a koš může být vsazen jak shora bednění, tak ze strany (Obr. 3.9). Stropní nosníky V železobetonových stropních nosnících je tradiční příčná výztuha složena ze dvou třmínků (třmínky se 4 rameny), které ve středu příčné části nosníku přesahují, což znamená, že pracovníci musí instalační kroky provést dvakrát v nesnadných pracovních podmínkách. U metody společnosti Schnell je instalační čas značně zkrácen, neboť je tvarována jen jedna tyč, která odpovídá dvěma třmínkům tradiční metody, poté je umístěn stále složený třmínek, jsou připevněny podélné tyče, třmínek se rozloží a roztáhne podle projektu, konce jsou upevněny a nakonec je tyč připevněna pomocí několika ukotvení (Obr. 3.10 a 3.11).

19


Obr. 3.8 – Tradiční metoda

Obr. 3.9 – Instalace kovového koše s třmínkem Spirex

U tohoto způsobu je využíváno méně tyčí než u tradiční metody a navíc je díky menšímu počtu tyčí odlévání betonu mnohem snadnější. Pilíře U obecných železobetonových pilířů je výztuž složena z podélných tyčí a příčných tyčí, třmínků a pětibodových spojů. Rezistenční vlastnosti pilířů jsou výrazně ovlivněny zejména třmínky. Ve skutečnosti má příčná výztuž tohoto stavebního prvku tři funkce: poskytnout dostatečnou odolnost při působení smyku, zajistit ohraničení betonu a obsahovat délky vertikálních tyčí bez zakřivení.

20

3. Instalace

Obr. 3.10 – Kontinuální třmínek Spirex ve stropním nosníku

Obr. 3.11 – Kontinuální třmínek Spirex se čtyřmi rameny

Pokud dojde k nadměrnému napětí, může dojít k otevření tradičních třmínků, které mohou následně přestat plnit hraniční funkci podélných tyčí a navíc zapříčinit bobtnání vrstev betonu pokrývajících tyče s následným uvolněním. Podél vertikální osy pilíře jsou třmínky blíže k sobě v těsné blízkosti kritické oblasti stavebních uzlů, jak je vyžadováno předpisy. Proto u tradičních třmínků na bednění dochází ke složitému bludišti zavíracích háků, což může překážet při odlévání betonu a jeho usazování s možností tvorby mezer v pilíři. Zavírací háky v rozích jsou běžně otočené a vycházejí z jednoho třmínku do dalšího k zamezení vytvoření jednoho celého slabého rohu pilíře. Takto je však volný prostor pro 21


odlévání betonu do pilíře značně omezen, zejména pro pilíře s malým průřezem, ale dokonce důležitější je vyšší pravděpodobnost oddělení inertních materiálů, což vede díky problémům během nalévání ke sklonu rozmístit beton nerovnoměrně podél vrcholů pilíře (Obr. 3.12). U třmínku Spirex na druhou stranu problémy s usazením betonu do bednění téměř neexistují (Obr. 3.13). V případě metody Schnell je kontinuální třmínek nainstalován stejným způsobem jako nosníky, jediným rozdílem je, že se kontinuální třmínek rozkládá vertikálně: stále složený kontinuální třmínek je umístěn, podélné tyče jsou upevněny, kontinuální třmínek je rozložen a ustálen podle projektu, konce jsou připevněny a nakonec je tyč přichycena několika ukotveními. Následkem toho mohou pracovníci pracovat rychleji a bezpečněji s rukama uvnitř armovacího koše, neboť se tam nevyskytují žádné ostré hrany nebo otřepy od řezání tyčí. Takto jsou pracovní úkony zjednodušeny a neumožňují žádné chyby nebo nehody a rizika oddělování betonu během odlévání jsou značně snížena. Uzly Uzly nosných pilířů hrají u železobetonových staveb klíčovou roli a jsou často podceňovány. Jedná se o tlumení seizmických vlivů, zejména ve vztahu k posloupnosti odolnosti, což vyžaduje tvorbu pružných pantů na konci nosníku před koncem pilíře.

Obr. 3.12 – Rozmístění háků pro pilíře u tradičního třmínku

Obr. 3.13 – Rozmístění háků pro pilíře u třmínku Spirex

Za účelem vytvoření požadované tvárnosti uzlu je nutné umístit uzavřené třmínky do mezičásti mezi pilíř a nosník, kde jsou již kromě jiného přesahy a křížení mezi podélnými tyčemi. Aby nedošlo ke zřejmým obtížím při instalaci u tradiční metody, jsou třmínky rozděleny na dvě snadno instalovatelné části ve tvaru U (vazby) a poté překryty na dvou stranách. Třmínek Spirex dosáhl nejlepšího užití uzlu ve smyslu snadné instalace, záruky plynulosti betonu a ohraničení a snížení instalačního času, rizik a nákladů. Je nutné vytvarovat pouze malou spirálu omezenou na uzel, umístit ji stále svázanou do středu uzlu (Obr. 3.14), připevnit všechny souběžné nosné tyče na stejný uzel a poté rozložit třmínek a umožnit mu se rozvinout jednoduše pomocí přeřezání vázání. 22

3. Instalace

Třmínek se na uzlu automaticky rozvine (za podpory snížené délky k pokrytí) zaručujíc počet a rozteč spirál, ale zejména vytvořením kontinuálního třmínku bez háků přes celou výšku uzlu (Obr. 3.15).

Obr. 3.14 –Třmínek Spirex stále složený ve střední pozici na uzlu

Obr. 3.15 – Výztuha uzlu pomocí třmínku Spirex

23


Základový pás U obecných železobetonových základových pásů se výztuž skládá ze spodních a horních podélných tyčí, stěnových tyčí, příčných tyčí, třmínků a jednoduchého či dvojitého krytí. Tradiční příčná výztuha je složená zejména ze dvou třmínků (třmínky se 4 rameny), které ve středu příčné části nosníku ve tvaru T přesahují, což znamená, že pracovníci musí instalační kroky provést dvakrát a v omezeném prostoru (Obr. 3.16). U metody Schnell je instalační čas značně zkrácen, neboť je tvarována jen jedna tyč, což odpovídá dvěma třmínkům u tradiční metody. Při instalaci je umístěno balení se složeným třmínkem, jsou upevněny podélné tyče, třmínek je rozložen a rozvinut podle projektu, konce jsou připevněny a nakonec je ukotvena tyč. V tomto případě je využíváno méně tyčí než u tradiční metody a navíc je díky menšímu počtu tyčí odlévání betonu mnohem snadnější (Obr. 3.17).

Obr. 3.16 – Tradiční systém

24

Obr. 3.17 – Systém společnosti Schnell

3. Instalace

Obr. 3.18 – Výstavba bytu - rámcový předmět studie

3.3 Instalační doby Z analýzy instalace kontinuálního třmínku s vertikálními rameny a nastavitelnou roztečí a tradičních třmínků na místě a jejich porovnání vyplývá, že použití nového systému společnosti Schnell zkracuje instalační čas. Aby bylo možné tyto dva systémy z hlediska instalační doby porovnat, analyzovali jsme obě metody instalace třmínků u vycházejících nosníků a stropních nosníků pro části rámce (Obr. 3.18). Instalace tradičních třmínků je běžně prováděna podle následujících kroků: 1. Jsou připravena bednění na základě rámcových grafických znázornění, na kovářském stole řezány a tvarovány tyče nebo jsou dodávány přímo na místo externími dodavateli. 2. Jakmile byly třmínky vytvarovány, jsou umístněny nahoru proti jednomu konci nosníku. 3. Spodní a horní podélné tyče jsou umístěny a budou zvednuty nad bednění (pro vycházející nosníky). 4. Rozteč je označena na podélné tyči a poté jsou třmínky umístěny při dodržení rozteče vypočtené pro projekt. 5. Instalace výztuže pokračuje umístěním všech spodních podélných tyčí a stěnových tyčí, které jsou pro svou zvláštní pozici ihned uvázány k dostatečnému počtu třmínků, aby bylo zaručeno pevné ukotvení. 7. Nakonec je na bednění umístěn armovací koš s podpěrami a třmínky jsou utaženy; toto je nejjemnější fáze, která je pro svou základnost často podceňována, avšak zaručuje, že se prvky výztuhy během odlévání nepohybují.

25


Tabulky 3.1 a 3.2 ukazují instalační časy pro některé stavební prvky podle rámce znázorněného na Obrázku 3.18 jak bylo naměřeno na testovacím místě2. Vycházející nosník 9-10 a 5-6

Váha koše

Počet pracovníků

Celkový instalační čas výztuže

[m] [kg] [poč.] [minuty] 0,30 x 0,60 x 2,95 87 3 44 0,30 x 0,60 x 2,95 110 3 38 Σ 197 3 82 Tabulka 3.1 – Instalační metoda tradičního třmínku pro vycházející nosník

Stropní nosník 21-22

Váha koše

Počet pracovníků


[m] [kg] [poč.] [minuty] 0,80 x 0,25 x 16,34 728 3 179 Tabulka 3.2 – Instalační metoda tradičního třmínku pro stropní nosník

Počet nainstalovanýc h výztuží [kg/h sk.]

144

Počet nainstalovanýc h výztuží [kg/h sk.] 244

Instalace výztuže kontinuálních třmínků je prováděna podle následujících kroků: 1. Balené třmínky pro výztuž stavebního prvku jsou vyzvednuty ze skladu; třmínek je jednoznačně rozpoznán pomocí referenčního kódu projektu uvedeného na identifikačních průvodkách. 2. Třmínek je přepraven na místo stavebního prvku k vyztužení. 3. Stále složený třmínek je umístěn na bednění a jeden z jeho konců připevněn. 4. Jsou upevněny spodní a horní podélné tyče a stěnové tyče. 5. kontinuální třmínek je rozložen na bednění mezi předem připravené tyče; po připevnění kontinuálního třmínku se třmínek elasticky vrátí do své původní podoby s přesným počtem třmínků na metr, jak bylo vypočítáno pro daný stavební prvek. 6. Podélné výztužné tyče jsou v rozích připevněny. Tabulky 3.3 a 3.4 ukazují instalační časy pro některé stavební prvky podle rámce znázorněného na Obrázku 3.18 jak bylo naměřeno na testovacím místě.

2

Staveniště pro 2 budovy pro komerční využití v Via Caracciolo – S. Eustacchio, obec San Severino (SA)

26

3. Instalace

Vycházející Počet Váha Počet Celkový instalační nosník 39-40 a nainstalovanýc koše pracovníků čas výztuže 41-42 h výztuží [m] [kg] [poč.] [minuty] [kg/h sk.] 0,30 x 0,60 x 2,95 85 3 16 0,30 x 0,60 x 5,25 119 3 13 Σ 204 3 29 422 Tabulka 3.3 – Instalační metoda třmínku společnosti Schnell pro vycházející nosník

Stropní nosník 28-32

Váha koše

Počet pracovníků


[m] [kg] [poč.] [minuty] 0,80 x 0,25 x 16,34 740 3 89 Tabulka 3.4 – Instalační metoda třmínku společnosti Schnell pro stropní nosník

Počet nainstalovanýc h výztuží [kg/h sk.] 499

Ze srovnání mezi tradičními třmínky a kontinuálními třmínky s vertikálními rameny a nastavitelnou roztečí vyplývá, že používání Systému Schnell výrazně zkracuje instalační čas pro stavební rámec, z nainstalovaných 144-244 kg/h týmem se třemi montéry na nainstalovaných 422-499 kg/h. Proto se při použití systému Schnell u vycházejících nosníků zvyšuje hodinová produktivita průměrně o 290% zatímco u stropních nosníků se zvyšuje o 200%. 3.4 Snížení osobních nákladů Zkrácený instalační čas, jak je ukázáno výše, vede k úsporám zaměstnanců z hlediska času, počtu pracovníků a jejich kvalifikace a tedy nákladů. Aby bylo možné tyto dva systémy z hlediska času a nákladů porovnat, analyzovali jsme instalaci třmínků pro stavební prvky zkoumanými již v § 3.3. Tabulky 3.5, 3.6, 3.7 a 3.8 ukazují instalační čas, počet zaměstnanců a náklady pro výše uvedené stavební prvky za použití tradiční metody. Vycházející nosníky 9-10 & 5-6

Počet pracovníků

Kvalifikace pracovníků

Instalační čas

Osobní náklady3

[m]

[poč.] 1 1 1

odborník vyškolený obecný

[minuty] 82 82 82

[€/h] 25,62 23,78 21,44

Celkové náklady Tabulka 3.5 – Instalační metoda tradičního třmínku pro vycházející nosník

3

Celkové osobní náklady [€] 35,01 32,50 29,30 96,81

Aktualizováno v říjnu 2008, Provincie Naples

27


Vycházející nosníky 21-22

Počet pracovníků


Instalační čas

Osobní náklady

[m]

[poč.] 1 1 1

odborník vyškolený obecný

[minuty] 179 179 179

[€/h] 25,62 23,78 21,44

Celkové náklady Tabulka 3.6 – Instalační metoda tradičního třmínku pro stropní nosník

Celkové osobní náklady [€] 76,43 70,94 63,96 211,33

Následující tabulky znázorňují instalační časy a počet zaměstnanců pracujících na výše uvedených stavebních prvcích při použití kontinuálních třmínků s vertikálními rameny a nastavitelnou roztečí. Celkové osobní náklady [m] [poč.] [minuty] [€/h] [€] 1 odborník 29 25,62 12,38 1 vyškolený 29 23,78 11,49 1 obecný 29 21,44 10,36 Celkové náklady 34,23 Tabulka 3.7 – Instalační metoda třmínku společnosti Schnell pro vycházející nosník

Vycházející nosníky 39-40 & 41-41

Počet pracovníků


Instalační čas

Osobní náklady

Celkové osobní náklady [m] [poč.] [minuty] [€/h] [€] 1 odborník 89 25,62 38,00 1 vyškolený 89 23,78 35,27 1 obecný 89 21,44 31,80 Celkové náklady 105,07 Tabulka 3.8 – Instalační metoda třmínku společnosti Schnell pro stropní nosník

Vycházející nosníky 28-32

28

Počet pracovníků


Instalační čas

Osobní náklady

4. Úspora materiálu

4. ÚSPORA MATERIÁLU Kontinuální třmínek Spirex s vertikálními rameny a nastavitelnou roztečí je charakterizován možností obrovských úspor, což jej pro prefabrikované nebo na místě vyrobené železobetonové stavby řadí jistě před systém tradičního třmínku. Zejména se jedná o úsporu použitého materiálu a energie, snížení znečištění přírodního prostředí, zkrácení instalačního času a omezení rizik pro pracovníky. Další, rozhodně ne méně důležitou výhodou je přesnost s jakou může být vypočtena rozteč kontinuálního třmínku a tedy snížena rizika, jimž jsou pracovníci vystaveni při rámcovém umístění u tradičních třmínků. Navíc kontinuální třmínek s vertikálními rameny a nastavitelnou roztečí zaručuje efektivní využití uzavřených třmínků, což zajistí vyšší úroveň ohraničení betonu než u tradičních třmínků, kde musí být háky k dosažení uzavřeného třmínku ukotveny. 4.1 Úspora materiálu pro stavební prvky Srovnání požadovaného počtu tyčí mezi systémem tradičního třmínku pro železobetonové stavby a novým systémem společnosti Schnell umožnilo ukázat úspory získané s kontinuálním třmínkem s vertikálními rameny a nastavitelnou roztečí ve srovnání s tradičním třmínkem. Porovnání bylo provedeno u vycházejících nosníků, stropních nosníků, pilířů a základových pásů. 4.1.1 Nosníky Je nutné rozlišovat mezi vycházejícími nosníky vyztuženými třmínky se dvěma rameny a stropními nosníky vyztuženými třmínky se čtyřmi rameny. U vycházejících nosníků byl zkoumán tradiční systém používající třmínky uzavřené háky (Obr. 3.1), zatímco u stropních nosníků byl zkoumán systém používající třmínky se čtyřmi rameny (tvořenými párem třmínků se dvěma rameny) (Obr. 3.6). Vycházející nosníky U vycházejících nosníků byl zkoumán typ s obdélníkovým průřezem používaným ve stavebnictví: – část se základnou B = 30 cm a různou výškou (H) mezi 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90 a 100 cm. Nosníky 30xH U třmínků o průměru 10∅ s nastavitelnou roztečí od 8 do 20 cm a u nosníků 30xH vede používání kontinuálního třmínku s vertikálními rameny a nastavitelnou roztečí typu M (Obr. 2.12) namísto tradičního třmínku k úsporám materiálu mezi 18,53 % a 6,57 % (Obr. 4.1). Studium matematické klesající křivky znázorněné na Obrázku 4.1 umožnilo získat matematickou formulaci k zhodnocení procentní úspory ve váze materiálu obdržené s

29


kontinuálním třmínkem s vertikálními rameny a nastavitelnou roztečí ve srovnání s tradičním třmínkem. Zejména může být uplatněn mnohočlenný vztah druhého řádu: ∆P% = K1∗p2+K2∗p+K3 [4.1] kde P

je rozteč vyjádřená v [cm]

k určení úspor ∆P% ve vztahu k výšce nosníku a rozteče třmínku. V tabulce 4.1 jsou uvedeny parametry K1, K2 a K3 pro nosník 30xH. Vztah [4.1] je charakterizován indexem přesnosti4 R2=1.

H

K1

K2

K3

30 40

-0,008 -0,037 19,40 -0,007 -0,028 16,26 50 -0,006 -0,022 13,90 60 -0,005 -0,018 12,28 70 -0,0045 -0,015 10,94 80 -0,004 -0,013 9,867 90 -0,0035 -0,012 8,983 100 -0,003 -0,010 8,246 Tabulka 4.1 – Hodnoty K1, K2 a K3 pro výpočet ∆P% kontinuálních třmínků ve srovnání s tradičními třmínky

Tabulka 4.1 ukazuje grafické znázornění změny ∆P% ve vztahu k rozteči pro nosníky 30x30, 30x40, 30x50, 30x60, 30x70, 30x80, 30x90 a 30x100 cm. Procentní úspora váhy získaná s kontinuálním třmínkem s vertikálními rameny a nastavitelnou roztečí o průměru 10∅ ve srovnání s tradičním třmínkem kolísá od maximální hodnoty 18,53% pro nosník 30x30 a třmínek 10∅ s roztečí 8cm k minimální hodnotě 6,57% pro nosník 30x100 a třmínek 10∅ s roztečí 20 cm. Průměrná úspora pro rozteč mezi 8 a 20 cm je konkrétně: -

-

4

nosník 30x30 nosník 30x40 nosník 30x50 nosník 30x60 nosník 30x70 nosník 30x80 nosník 30x90 nosník 30x100

∆P% = 17,00% průměrná ∆P% = 14,30% průměrná ∆P% = 12,34% průměrná ∆P% = 10,85% průměrná ∆P% = 9,69% průměrná ∆P% = 8,75% průměrná ∆P% = 7,97% průměrná ∆P% = 7,32%

Přesnost matematického sklonu ve vztahu k experimentálním hodnotám odpovídá hodnotě R2=1.

30


Obr. 4.1 – Procentní úspora váhy pro kontinuální třmínky s vertikálními rameny a nastavitelnou roztečí o průměru 10∅ u nosníků 30xH

31


Obrázek 4.2 ukazuje srovnání mezi váhou tradičních třmínků o průměru 10∅ a váhou kontinuálních třmínků s vertikálními rameny a nastavitelnou roztečí o průměru 10∅ u nosníků 30xH. Zejména za předpokladu, že tradiční třmínky váží 100, je možné i názorně zobrazit úsporu váhy obdrženou s kontinuálními třmínky s vertikálními rameny a nastavitelnou roztečí společnosti Schnell.

Obr. 4.2 – Srovnání váhy mezi tradičními třmínky a třmínky Spirex u nosníků 30xH

Stropní nosníky U stropních nosníků byl zkoumán typ s obdélníkovým průřezem používaným ve stavebnictví – část s výškou H=25cm a různou šířkou (B) mezi 40, 60, 80, 100 a 120 cm. Nosníky Bx25 U třmínků o průměru 10∅ se 4 rameny a nastavitelnou roztečí od 8 do 20cm a u nosníků Bx25 vede používání kontinuálního třmínku s vertikálními rameny a nastavitelnou roztečí typu M namísto tradičního třmínku k úsporám váhy materiálu mezi 20,58% a 8,42% (Obr. 4.3). Také u stropních nosníků studium matematické klesající křivky znázorněné na Obrázku 4.3 umožnilo zhodnotit procentní úspory ve váze materiálu obdržené s dvojitým kontinuálním třmínkem s vertikálními rameny a nastavitelnou roztečí ve srovnání s dvojitým tradičním třmínkem. Zejména může být znovu uplatněn mnohočlenný vztah druhého řádu [4.1]: ∆P% = K1∗p2+K2∗p+K3

32


kde P


k určení úspor ∆P% ve vztahu k šířce nosníku a rozteče třmínku. V tabulce 4.2 jsou uvedeny parametry K1, K2 a K3 pro nosník Bx25. Také v tomto případě je vztah [4.1] charakterizovaný indexem přesnosti R2=1. Tabulka 4.3 ukazuje grafické znázornění změny ∆P% ve vztahu k rozteči pro nosníky 40x25, 60x25, 80x25, 100x25 a 120x25 cm. Procentní úspora váhy u kontinuálního třmínku s vertikálními rameny a nastavitelnou roztečí ve srovnání s tradičním třmínkem kolísá od maximální hodnoty 20,58% pro nosník 40x25 a třmínek 10∅ s roztečí 8cm k minimální hodnotě 8,42% pro nosník 120x25 a třmínek 10∅ s roztečí 20cm.

33


Obr. 4.3 – Procentní úspora váhy s kontinuálními třmínky s vertikálními rameny a nastavitelnou roztečí o průměru 10∅ u nosníků Bx25

34


B

K1

K2

K3

40

-0,0060 -0,015 21,12 -0,0030 -0,003 15,60 -0,0015 -0,001 12,37 -0,0010 -0,0006 10,25 -0,0005 -0,0002 8,76 Tabulka 4.2 – Hodnoty K1, K2 a K3 pro výpočet ∆P% kontinuálních třmínků ve srovnání s tradičními třmínky 60 80 100 120

Průměrná úspora pro rozteč mezi 8 a 20 cm je konkrétně: - nosník 40x25 průměrná ∆P% = 19,53% - nosník 60x25 ∆P% = 14,88% - nosník 80x25 ∆P% = 11,97% - nosník 100x25 ∆P% = 10,00% - nosník 120x25 ∆P% = 8,58% Obrázek 4.4 znázorňuje srovnání váhy mezi tradičními třmínky o průměru 10∅ se 4 rameny a třmínky Spirex u nosníků Bx25. Za předpokladu, že je váha tradičních třmínků 100, je možné získanou úsporu váhy s třmínky Spirex společnosti Schnell znázornit také graficky.

Obr. 4.4 – Srovnání váhy mezi tradičními třmínky se 4 rameny a třmínky Spirex u nosníků Bx25

35


4.1.2 Pilíře Ve vztahu k železobetonovým pilířům s obdélníkovým průřezem L1xL2 bylo vypočteno následující: Lineární rozvoj tradičních třmínků (Lst) na metr pilíře pro třmínky o průměru 10∅ a rozteč 8, 10, 12, 14, 16, 18 a 20cm. Lineární rozvoj kontinuálních třmínků s vertikálními rameny a nastavitelnou roztečí (Lsp) na metr pilíře pro třmínky o průměru 10∅ a s roztečí 8, 10, 12, 14, 16, 18 a 20cm. Úspora tyčí z hlediska délky (∆L= Lst - Lsp). Procentuální úspora tyčí z hlediska váhy (∆P%). Obrázky 4.5, 4.6, 4.7, 4.8, 4.9, 4.10 a 4.11 znázorňují tendenci křivek ∆P%=f(L2) u pilířů, kde L1 se rovná 30, 40, 50, 60cm, a třmínky o průměru 10∅ s roztečí 8, 10, 12, 14, 16, 18 a 20cm. Také u pilířů studium matematické klesající křivky znázorněné na Obrázcích 4.5 a 4.11 umožnilo získat matematickou formulaci k zhodnocení procentní úspory ve váze materiálu obdržené s kontinuálním třmínkem s vertikálními rameny a nastavitelnou roztečí o průměru 10∅ ve srovnání s tradičním třmínkem o průměru 10∅. Zejména k určení procentní úspory je možné využít mnohočlenných vztahů: pro pilíře 30xL2 cm ∆P% = (0.142⊕p – 10.01)⊕ln L + (-0.761⊕p + 54.61) pro pilíře 40xL2 cm ∆P% = (0.08⊕p – 7.619)⊕ln L + (-0.445⊕p + 42.95) pro pilíře 50xL2 cm ∆P% = (0.05⊕p – 6.027)⊕ln L + (-0.288⊕p + 35.07) pro pilíře 60xL2 cm ∆P% = (0.034⊕p – 4.91)⊕ln L + (-0.198⊕p + 29.41) kde p [cm] je rozteč.

36

[4.2] [4.3] [4.4] [4.5]


Obr. 4.5 – Procentní úspora váhy s kontinuálními třmínky Spirex v porovnání s tradičními třmínky

37



38



39


Obr. 4.8 – Procentní úspora váhy s kontinuálními třmínky Spirex ve srovnání s tradičními třmínky

40


Obr. 4.9 – Procentní úspora váhy s kontinuálními třmínky Spirex ve srovnání s tradičními třmínky

41


Obr. 4.10 – Procentní úspora váhy s kontinuálními třmínky Spirex o průměru 10∅ s roztečí 18 cm ve srovnání s tradičními třmínky pro pilíře 30xL2 s obdélníkovým průřezem

42


Obr. 4.11 – Procentní úspora váhy s kontinuálními třmínky Spirex o průměru 10∅ s roztečí 20 cm ve srovnání s tradičními třmínky pro pilíře 30xL2 s obdélníkovým průřezem

43


U vztahů [4.2] až [4.5] jsou odpovídající klesající koeficienty R2 vždy větší než 0,98. Procentní úspora váhy získaná s kontinuálním třmínkem s vertikálními rameny a nastavitelnou roztečí o průměru 10∅ ve srovnání s tradičním třmínkem kolísá mezi maximální hodnotou 18,53% pro nosník 30x30 s roztečí 8cm a minimální hodnotou 5,96% pro nosník 60x100 s roztečí 20cm. Průměrná úspora pro rozteč mezi 8 a 20cm pro pilíře 30xL je konkrétně znázorněna v Tabulce 4.3. pilíř

∆P%

Pilíř

∆P%

pilíř

∆P%

pilíř

∆P%

30x30 10,25 40x30 14,79 50x30 12,99 60x30 11,56 30x40 14,30 40x40 12,75 50x40 11,42 60x40 10,31 30x50 12,34 40x50 11,21 50x50 10,19 60x50 9,30 30x60 10,85 40x60 10,00 50x60 9,19 60x60 8,47 30x70 9,69 40x70 9,03 50x70 8,38 60x70 7,78 30x80 8,75 40x80 8,23 50x80 7,69 60x80 7,19 30x90 7,97 40x90 7,56 50x90 7,11 60x90 6,69 30x100 7,32 40x100 6,99 50x100 6,61 60x100 6,25 Tabulka 4.3 – Průměrná procentní úspora váhy s kontinuálními třmínky o průměru 10∅ s vertikálními rameny a nastavitelnou roztečí ve srovnání s tradičními třmínky

Obrázky 4.12, 4.13, 4.14 a 4.15 ukazují srovnání mezi váhou tradičního třmínku o průměru 10∅ a váhou kontinuálního třmínku s vertikálními rameny a nastavitelnou roztečí o průměru 10∅ pro pilíře 30xL2, 40xL2, 50xL2 a 60xL2 cm. Zejména za předpokladu, že tradiční třmínky váží 100, je možné i názorně zobrazit úsporu váhy obdrženou s kontinuálními třmínky s vertikálními rameny a nastavitelnou roztečí společnosti Schnell.

44


Obr. 4.12 – Srovnání váhy mezi tradičními třmínky a třmínky Spirex pro pilíře 30xL2


45




46


4.1.3 Základové pásy Ve vztahu k železobetonovým základovým pásům s částí ve tvaru T se základnou B1xH1 a jádrem B2xH2 bylo vypočteno následující: -

Lineární rozvoj tradičních třmínků (Lst) na metr pásu pro různé průměry a rozteče. Lineární rozvoj kontinuálních třmínků s nastavitelnou roztečí (Lsp) na metr pásu pro různé průměry a rozteče. Úspora tyčí z hlediska délky (∆L= Lst - Lsp). Procentuální úspora tyčí z hlediska váhy (∆P%).

V případě základových pásů byly zkoumány dva typy běžně používané ve stavitelství: -

Typ 1: část se základnou 140x50 cm a jádrem 50x140 cm Typ 2: část se základnou 130x40 cm a jádrem 40x130 cm

U třmínků o průměru 10∅ s nastavitelnou roztečí od 8 do 20 cm a u pásů s částmi typu 1 a 2 vede používání kontinuálního třmínku s vertikálními rameny a nastavitelnou roztečí typu M namísto tradičního třmínku k úsporám váhy materiálu mezi 6,03% a 4,88% (Obr. 4.16). Studium matematické klesající křivky znázorněné na Obrázku 4.16 umožnilo získat matematickou formulaci k zhodnocení procentní úspory ve váze materiálu obdržené s kontinuálním třmínkem s vertikálními rameny a nastavitelnou roztečí ve srovnání s tradičním třmínkem. Zejména je možné opět uplatnit mnohočlenný vztah [4.1] druhého řádu: ∆P% = K1⊕p2+K2⊕p+K3 kde P


47


Obr. 4.16 – Úspora váhy s kontinuálními třmínky s vertikálními rameny a nastavitelnou roztečí o průměru 10∅ u základových pásů

48


V Tabulce 4.4 jsou uvedeny hodnoty parametrů K1, K2 a K3 pro pásy typu 1 a 2. pás

Typ 1: Typ 2:

K1 -0,002 -0,001

K2 -0,003 -0,001

K3 6,187 5,501

Tabulka 4.4 – Parametry Ki pro hodnocení procentní úspory váhy s kontinuálními třmínky s vertikálními rameny a nastavitelnou roztečí o průměru 10∅ ve srovnání s tradičními třmínky

Pro všechny hodnoty Ki se odpovídající klesající ukazatel R2 rovná 1. Procentní úspora váhy získaná s kontinuálním třmínkem s vertikálními rameny a nastavitelnou roztečí o průměru 10∅ ve srovnání s tradičním třmínkem kolísá od maximální hodnoty 6,03% pro pás typu 2 s roztečí 8cm k minimální hodnotě 4,88% pro typ 1 s roztečí 20 cm. Průměrná úspora pro rozteče mezi 8 a 20 cm pro oba typy základového pásu je: -

Typ 1: ∆P% = 5,16% Typ 2: ∆P% = 5,70%

Obrázek 4.17 ukazuje srovnání mezi váhou tradičních třmínků o průměru 10∅ a váhou kontinuálních třmínků s vertikálními rameny a nastavitelnou roztečí o průměru 8∅ u obou typů základového pásu.

Obr. 4.17 – Srovnání váhy mezi tradičními třmínky a třmínky Spirex u základového pásu

49


5. VÝHODY SYSTÉMU SPOLEČNOSTI SCHNELL Statická, energetická, ekologická hlediska; rizika na pracovišti; přeprava Při použití kontinuálního třmínku s vertikálními rameny a nastavitelnou roztečí je dosaženo významných výhod, jak z pohledu úspor, tak z pohledu znečištění přírodního prostředí. Ve skutečnosti se při výrobě oceli ve stavebním průmyslu používá méně energie, emise CO2 při výrobě a zpracování oceli jsou sníženy, instalace třmínku je rychlejší, proto dochází k úsporám osobních nákladů a současně se snižuje počet pracovních úrazů souvisejících s přirozenými riziky při instalaci kovové konstrukce pro železobetonovou stavbu. 5.1 Statické hledisko Za účelem zhodnocení jakýchkoliv rozdílů v chování obdélníkových nosníků vyztužených buď tradičními třmínky nebo kontinuálními třmínky s vertikálními rameny a nastavitelnou roztečí při mezním smykovém a ohýbacím zatížení byly na Oddělení pozemního stavitelství Univerzity ve Florencii provedeny experimentální a číselné analýzy. Cílem výzkumu bylo zjistit možné rozdíly dosažených hodnot mezního zatížení a hroutící vlastnosti prováděním zlomových testů na různých vzorcích nosníků. Níže je shrnutí zprávy Experimentální testy a číselné modely k určení zlomových vlastností obdélníkových nosníků se spirálovými třmínky, kterou vyhotovili: Gianni Bartoli, Luciano Galano, Alberto Antonelli, Daniela Saracéni z Oddělení pozemního stavitelství Univerzity ve Florencii. “Experimentální a číselné analýzy byly vyhotoveny Oddělením pozemního stavitelství Univerzity ve Florencii za účelem zhodnocení dosažených úrovní chování u běžných železobetonových nosníků s různou úpravou třmínků. Analyzovány byly zejména jakékoliv rozdíly chování mezi obdélníkovými nosníky vyztuženými buď “klasickými” třmínky nebo “spirálovými” třmínky z pohledu jejich chování při mezním smykovém a ohýbacím zatížení. Cílem výzkumu bylo zjistit možné rozdíly dosažených hodnot mezního zatížení a hroutící vlastnosti prováděním zlomových testů na různých vzorcích nosníků. U zkoumaných případů byl pro obdélníkový nosník využit kontinuální třmínek “Spirex” jako protiklad ke spirále použité jako výztuž u prvků s kruhovým průřezem (např. pilíře nebo nosný článek), což je charakterizováno “kontinuální” roztečí a sjednocuje geometrické vlastnosti podél zástavby. Spirála používaná k vyztužení obdélníkového nosníku má mírně odlišné vlastnosti. Spirála se skládá z kontinuální výztuže nastavené jako “zlomená” přímka v prostoru; vzhledem k tomu, že je nutné pro nosník dosáhnout požadované pevnosti ve smyku, bylo rozhodnuto udržet vertikální tendenci některých prvků (takzvaných “ramen” třmínku). Výsledkem je střídání rovných vertikálních prvků (ramen) a připojovacích prvků, rovněž rovných, ale umístěných na nakloněných rovinách ve vztahu ke kolmým rovinám, které jsou v pravém úhlu k osám nosníku.

50

5. Výhody systému společnosti Schnell

Toto konkrétní nastavení výztuže má za následek vytvoření lámacích mechanizmů vedoucích ke smykovému zlomu stavebního prvku, což teoreticky může také ukázat odlišné tendence od mechanismů analýzy kolmé “roviny” (například Mörshova mřížka, která popisuje chování po celou dobu uvedení plochých, izostatických nebo hypostatických mřížkovitých vzorků) kvůli kolmým rovinám s umístěnými třmínky (tj. roviny obsahující vertikální ramena), které už nejsou souběžné s osami nosníku. Při provedení experimentace (a následného vyhotovení číselných modelů) bylo proto nezbytné stanovit v jakém rozsahu mohou tyto geometrické rozdíly způsobit zlomení zkoumaných prvků. Zkoumané nosníky mají obdélníkový průřez o 23 x 36 cm (základna x výška) a délku 410 cm; celkem bylo použito a hodnoceno šest testovacích kusů o stejných mechanických vlastnostech, ale s různými úpravami výztuže: - TA: 2 nosníky se smykovým zlomem (T) a “tradiční” třmínky (A): TA1 a TA2 - TB: 2 nosníky se smykovým zlomem (T) a “spirální” třmínky (B): TB1 a TB2 - FA: 1 nosník s ohýbacím zlomem (F) a “tradiční” třmínky (A): FA - FB: 1 nosník s ohýbacím zlomem (F) a “spirálové” třmínky (B): FB U prvních 4 nosníků (typu TA nebo TB) úprava pevné podélné výztuže (procento rozšířené výztuže se rovná ρ = 2.10%) umožňuje přístup ke smykovému zlomu nosníku při zvyšování zatížení. Druhý typ (nosníky typu FA nebo FB) mají slabé podélné výztuže (ρs = 0,82%) stejné řádové hodnoty jako u běžně používaných nosníků za účelem obdržení prvního zhodnocení jakýchkoliv dopadů na ohýbací zlom způsobených různými metodami třmínkování. Oba typy nosníků byly testovány s “běžnou” úpravou třmínku a se “spirálový” třmínkem. Testy byly provedeny ve stavební laboratoři Univerzity ve Florencii, umístěním nosníků na testovací stůl jak je znázorněno na níže uvedeném obrázku v 4bodovém ohýbacím schématu se vzdáleností mezi činiteli 160cm a ponecháním prostoru pro možný smykový zlom 90 cm (asi 3krát vyšší než užitečná výška části) a obdržení vzdálenosti mezi podporami 340 cm. Testovací zatížení (P1 a P2) byla vytvořena pomocí hydraulických činitelů.

V průběhu testů byly měřeny následující fyzické veličiny: - Síla vyvolaná hydraulickými činiteli (P1 a P2) - vertikální pohyb pomocí snímače pohybu Penny+Giles typu HLP190 s plnou škálou 25mm a 100mm, umístěný ve středu v blízkosti podpory a v souladu s body působení zatížení - deformace betonu pomocí snímačů pohybu typu ∧ TML PI-2-50 s plnou škálou 2mm. Pro stlačení betonu a rozšíření deformace v oblasti neměnného momentu, byly 51


umístěny následující: 2 snímače ve středu na líci a rubu nosníku; pro diagonální deformaci byly použity 4 snímače umístěné v konstantních smykových oblastech. - deformace ocelové tyče pomocí průtahoměru s kolísavou odolností HBM 3/120/LY41 s měřící základnou 3mm. Průtahoměr byl umístěn ve středu jedné z podélných rozšířených tyčí zatímco dalších 6 průtahoměrů bylo umístěno na třmínky v konstantní smykové oblasti nosníku v polovině a čtvrtině výšky třmínků (průtahoměry byly střídavě umístěny na jedno nebo druhé rameno třmínku). Testovací údaje byly neustále nahrávány za použití počítačem ovládaného systému sběru a zpracování údajů. Všechny testy byly provedeny za stejných podmínek, za použití postupu s kontrolovaným předním pohybem s hodnotou přírůstku pohybu kontrolních bodů (pozice činitelů) 4 mm/min. Při porovnávání výsledků obdržených během testování bylo pozorováno, že: - Tendence elastické a pseudoelastické části až k hodnotě mezního zatížení jsou shodné ve čtyřech zkoumaných nosnících, ve kterých se objevily smykové zlomy. - hodnota meze únosnosti nosníků TA a TB není v podstatě ovlivněna typem úpravy výztuže v rámci limitů nevyhnutelného kolísání experimentálních výsledků. - hodnota meze únosnosti je v podstatě shodná s hodnotou analyticky předurčenou (rovná se Ptot=P1+P2=354 kN) za použití postupů navržených různými normami (ACI, Eurocode 2 a Ministerský Výnos 1996). - zlomy se objevily stejným způsobem ve čtyřech analyzovaných nosnících (jako výsledek srážky stlačené spojovací tyče betonu s rozšířenou ocelí v pružném rozsahu a odchylky v plastickém rozsahu pro ocelový třmínek). - rozmístění zlomů je nutně shodné se spodním nahromaděním zlomů v případě spirálových třmínků (nosníků TB). - “změkčovací” fáze následující po použití maximálního zatížení ukazuje větší pevnost v případě “spirálového” třmínku ve srovnání s tradičním, tj. zůstatkové hodnoty smyku jsou větší. - dva nosníky se slabou podélnou výztuží (FA a FB) ukázaly ohýbací zlom se srovnatelnými hodnotami mezního momentu v obou zkoušených případech: u tohoto typu testu však musel být proveden jeden dodatečný test, za účelem získání více výsledků a provedení dalších testů. Číselné modelování provedené pomocí prostorových modelů, číselného kódu DIANA a nelineárních analýz jen potvrdilo výsledky experimentálních testů, určuje naprosto shodné hodnoty mezního zatížení a podobné vlastnosti u obou typů, ve fázi zatížení i následujícím zlomu. Z výsledků experimentální a číselné analýzy je možné vyvodit následující závěry: - “spirálová” úprava třmínků dodává nosníku pevnost přinejmenším stejnou jako v případě tradičních třmínků, bez shledání žádných konkrétních odchylek v chování ve fázi před zlomem ani blízko mezního zatížení. - nosníky se “spirálovými” třmínky mají lepší pevnost ve smyku při překročení meze únosnosti. - kalkulační modely ukázaly pomocí současných norem pro mez únosnosti, že hodnocení může být použito v obou případech a poskytnout spolehlivé hodnoty pro očekávané maximální zatížení snesitelné nosníkem.

52


Zlomy nosníku při dosažení maximálního zatížení

Zlomy nosníku na konci testu

Deformace nosníku na konci testu

53


Srovnání grafického znázornění celkové a pohybové síly pro nosníky typu TA a TB

Ohraničení betonu Stupeň ohraničení vyplývající ze třmínků systému Schnell při stejné rozteči je větší než obdržená s tradičními třmínky díky účinku plynulosti tyče. Sklon horizontálních částí spirály navíc přispívá ke zvýšenému ohraničení podélné tyče. Vztah pevnosti-deformace Další výhoda při použití spirálových třmínků vyplývá z analýzy vztahu Pevnosti– deformace. Ve skutečnosti tříosá pevnost vyvolaná spirálovými třmínky zlepšuje mechanické vlastnosti stlačeného betonu. Vzhledem k tomu, že ohraničení betonu do určité míry zvyšuje pevnost materiálu, je vymezen značný růst v jeho poslední deformaci, což se přenáší do značného růstu tvárnosti materiálu. 5.2 Úspora energie K vyrobení tuny ocelové tyče se vyžaduje průměrná spotřeba energie okolo 800 KWh. Používání kontinuálních třmínků s vertikálními rameny a nastavitelnou roztečí určuje, na základě výpočtu uvedeného v § 4.1, úsporu váhy oceli kolísající mezi maximální hodnotou 18,53 kg na 100 kg tradičních třmínků (pro nosníky 30x30 vyztuženými s třmínky o průměru 10∅ s roztečí 8cm) a minimální hodnotou 5,96 kg na 100 kg tradičních třmínků (pro pilíře 60x100 vyztužené třmínky o průměru 10∅ s roztečí 20cm).

54


Tabulky 5.1, 5.2, 5.3 a 5.4 znázorňují průměrné hodnoty úspory energie, které vyplývají z případů zkoumaných v § 4.1 za použití kontinuálních třmínků s vertikálními rameny a nastavitelnou roztečí namísto tradičních třmínků. U třípodlažní budovy s typickým rámcem 100 m2 (Obr. 5.1) skládající se z vycházejících nosníků 30x50 a stropních nosníků 60x25 s třmínky o průměru 10∅ s průměrnou roztečí 14cm, pilířů 30x40 s výškou 3m s třmínky o průměru 10∅ s průměrnou roztečí 14 cm, a základů tvořených dvojitými pravoúhlými výztuhami základových pásů typu 25 s třmínky o průměru 10∅ s průměrnou roztečí 14cm vede použití kontinuálních třmínků s vertikálními rameny a nastavitelnou roztečí což k celkové úspoře energie 286,00 KWh ve srovnání s tradičními třmínky (Tabulka 5.5).

Obr. 5.1 – Výstavba bytu – rámcový předmět studie

Proto použití kontinuálních třmínků s vertikálními rameny a nastavitelnou roztečí vede k průměrné úspoře přibližně 1,00 KWh na metr čtvereční rámce. KWh ušetřené na KWh ušetřené na 100 kg tradičních Vycházející nosníky 100 kg tradičních třmínků třmínků 13,60 7,75 Třmínky 30x30/10∅ Třmínky 30x70/10∅ 11,44 7,00 Třmínky 30x40/10∅ Třmínky 30x80/10∅ 9,87 6,38 Třmínky 30x50/10∅ Třmínky 30x90/10∅ 8,68 5,86 Třmínky 30x60/10∅ Třmínky 30x100/10∅ Tabulka 5.1 – KWh ušetřené s kontinuálními třmínky s vertikálními rameny a nastavitelnou roztečí na 100kg tradičních třmínků pro vycházející nosníky Vycházející nosníky

5

Cfr. § 4.1.3

55


KWh ušetřené na KWh ušetřené na Stropní nosník 100 kg tradičních Stropní nosník 100 kg tradičních třmínků třmínků 15,62 8,00 třmínky 40x25/10∅ třmínky 100x25/10∅ 11,90 6,86 třmínky 60x25/10∅ třmínky 120x25/10∅ 9,58 třmínky 80x25/10∅ Table 5.2 – KWh ušetřené s kontinuálními třmínky s vertikálními rameny a nastavitelnou roztečí na 100kg tradičních třmínků pro stropní nosníky

Pilíř

KWh ušetřené na 100 kg tradičních třmínků

KWh ušetřené na 100 kg tradičních třmínků

Pilíř

Třmínky 30x(30-100) Třmínky 50x(30-100) 8,82 7,36 10∅ 10∅ Třmínky 60x(30-100) Třmínky 40x(30-100) 8,06 6,76 10∅ 10∅ Tabulka 5.3 – KWh ušetřené s kontinuálními třmínky s vertikálními rameny a nastavitelnou roztečí na 100kg tradičních třmínků pro pilíře

KWh ušetřené na KWh ušetřené na 100 kg tradičních Základový pás 100 kg tradičních třmínků třmínků 4,13 4,56 třmínky typu1/10∅ třmínky typu1/10∅ Tabulka 5.4 – KWh ušetřené s kontinuálními třmínky s vertikálními rameny a nastavitelnou roztečí na 100kg tradičních třmínků pro základový pás Základový pás

Stavební prvek

Rozvoj stavebního elementu [m]

rozvoj třmínku s 10∅ s roztečí 14 cm na metr prvku [cm/m]

spotřeba třmínku s 10∅ [kg]

∆P%

Úspora s třmínky Spirex [kg]

Úspora energie [KWh]

Základový 72,00 4914,29 2183,12 5,73 125,09 100,07 pás nosníky 150,00 1171,43 1084,16 12,44 134,89 107,89 30x50 nosníky 15,00 1695,24 156,89 14,93 23,42 18,74 60x25 pilíře 81,00 1028,57 514,05 14,42 74,13 59,30 30x40 Σ 357,53 286,00 2 Tabulka 5.5 – Úspora energie u třípodlažní budovy o 100m při použití kontinuálních třmínků s vertikálními rameny a nastavitelnou roztečí 56


5.3 Snížené znečištění přírodního prostředí Výroba a zpracování železa a oceli jsou těsně spjaty s problémem emisí oxidu uhličitého do ovzduší, jev, který značně zhoršuje skleníkový efekt. Rámcová konvence o změně klimatu OSN (UNFCCC) a Kjótský protokol stanovily mezinárodní regulatorní systém týkající se změny klimatu jako výsledku skleníkového efektu, a současně věnuje pozornost odvětví výroby a přeměny železných kovů a závodům vyrábějícím lité železo a ocel. Hlavní celosvětoví výrobci oceli připravují výzkumné programy zaměřené na snížení emisí CO2 do ovzduší (Systém obchodování s emisemi). Každé zemi byla povolena maximální kvóta, kterou musí jednotlivé vlády přerozdělit mezi různá odvětví. Emise oxidu uhličitého vyrobené Italským průmyslem v roce 20076, v řádu 226,4 miliónů tun, byly překročeny o 25,4 miliónů tun než je hodnota povoleného limitu 201,0 miliónů tun. Vedoucí pozici ve výrobě emisí oxidu uhličitého má odvětví tepelných elektráren následované průmyslovým cementem, rafinériemi a odvětvím výroby oceli, kterému byl přiřknut největší dopad na podnebí. Až do výše přiřazených stropů jsou emise bez poplatků; kdokoliv však tento limit překročí, musí zaplatit povolení k emisi překračující kvótu. Toto povolení může být koupeno od těch, kteří jsou pod kvótou a tedy v kladném zůstatku. V Itálii jsou průmyslová odvětví vždy v takových podmínkách, že musí koupit povolení k emisi nadměrného oxidu uhličitého. Toto překročení je tak nejen ekologickým, ale i ekonomickým problémem, neboť kvóty k emisi CO2 stojí mezi 27,00 a 28,00 Eur za tunu. V této souvislosti omezené množství tyčí používaných k výrobě kontinuálních třmínků s vertikálními rameny a nastavitelnou roztečí společnosti Schnell výrazně přispívá k úspoře energie a tedy ke snížení emisí CO2 do ovzduší. Vzhledem k tomu, že odvětví železa a oceli působí také na strop přiřazený Itálii s emisí 13,9 miliónů tun rovných 6% celkových emisí (z 226,4 miliónů tun), úspora množství oceli vyrobené k sestavení železobetonového nosného prvku by pomohlo snížit množství CO2 vyrobeného s dvojitou výhodou: - Ochrana přírodního prostředí: snížení emisí oxidu uhličitého do ovzduší - Ekonomická úspora: snížené množství vyráběné oceli a nižší náklady pro Itálii k zaplacení poplatků pro nadměrné tuny CO2 vyrobeného v souvislosti s prahovým limitem. Použití kontinuálních třmínků s vertikálními rameny a nastavitelnou roztečí pro příčnou výztuž nosníků a pilířů určuje průměrnou úsporu tyčí o 14,00% oproti tradičním třmínkům. Pro přírodní prostředí to znamená úsporu energie požadované k roztavení a tvarování přibližně 140 000 tun oceli (tj. 14% z 1 000 000 tun tyčí použitých v Itálii pro třmínkování). 5.4 Úrazy Použití kontinuálního třmínku s vertikálními rameny a nastavitelnou roztečí snižuje rizika pracovních úrazů během instalace třmínku do železobetonových staveb.

6

Aktualizováno dne 7. 7. 2008 na základě údajů Evropské komise (CITL)

57


Ve skutečnosti jsou u tradičních třmínků pracovníci nuceni pracovat se složitým bludištěm tyčí, aby přesně umístili příčné výztuže a správně je uzavřeli s následnými potíži pohybu a možnými nehodami. Se systémem Schnell je instalace výztuže snadná a okamžitá. Pracovníci mohou pracovat rychleji a bezpečněji s rukama uvnitř kovového koše, neboť se tam nevyskytují žádné ostré hrany nebo otřepy od řezání tyčí. Takto jsou pracovní úkony zjednodušeny a neumožňují žádné chyby nebo nehody. Navíc s kontinuálním třmínkem s vertikálními rameny a nastavitelnou roztečí existují jen dva konce a tedy jen dvě zavírací ukotvení k provedení, což snižuje riziko zranění pracovníků. Rizik je dokonce ještě méně s nosníky ve tvaru T a L, pro které je tvarována jen jedna tyč, což odpovídá dvěma třmínkům u tradiční metody, poté je stále složený třmínek umístěn, podélné tyče upevněny, konce připevněny a nakonec je tyč přichycena několika háky. U tradiční metody na druhou stranu musí pracovníci instalační kroky provést dvakrát v omezeném prostoru. Navíc nepřítomnost řezů a ohybů 135° k učinění zavíracích háků dále snižuje riziko zranění. Při použití spirální výztuže společnosti Schnell je riziko úrazů z důvodu neuklizenosti staveniště značně sníženo. Ve skutečnosti jsou třmínky na místo dopraveny složené v balících ve formě kufříku, což zajišťuje, že se staveniště udrží čisté a uklizené a také v souladu s bezpečnostními zásadami na pracovišti jak byly stanoveny v Právní vyhlášce č. 81 ze dne 14. ledna 2008. Nastavení balení spirálového třmínku navíc umožňuje snadnou přepravu na místo při omezení rizika zranění pracovníků, neboť není nutné používat jeřáby nebo jiné zdvihací systémy a snížení rizika spadnutí materiálu z výšky. Pokud je stříhání a tvarování tyčí prováděno na místě, rizika pracovníků jsou značně vyšší než při použití jen třmínků Spirex, vzhledem ke skutečnému riziku těchto pracovních úkonů. Navíc nepřítomnost háků snižuje možnost pořezání pracovníků nebo jejich poškrábání během instalace, kvůli jejich konkrétnímu tvaru a nutnosti jejich umístění do malých otvorů v kovovém koši. 5.5 Přeprava Během přepravy z výrobny na staveniště může být vzhledem k minimálním rozměrům jednotlivých balení přepraveno více kontinuálních třmínků s vertikálními rameny a nastavitelnou roztečí, než tradičních třmínků, které jsou často složitým bludištěm tyčí, jež zabírají více prostoru a mohou být nebezpečné. Nosník smontovaný předem zabírá stejný prostor jako 15 balíků svázaných třmínků Spirex. Při použití třmínků Spirex se omezením pro přepravu stává váha a již ne objem. Nastavení balíku umožňuje vyřešit přepravu celého rámce budovy najednou a jednoduše dosáhnout jakékoliv staveniště i pokud je umístěno v těžko přístupné oblasti. Pro každý prvek je na staveniště doručeno balení všech požadovaných příčných tyčí se štítkem nesoucím všechny údaje k jednoznačnému určení a spojení s příslušným stavebním prvkem. Identifikační kód projektu, přesné geometrické rozměry, průměr tyče a váha jednotlivého balení poskytují snadné a okamžité informace k zajištění rychlé a přesné kontroly. 58

6. Závěry

6. ZÁVĚRY V této studii byl zkoumán konkrétní typ příčné ocelové výztuže pro železobetonové stavby: kontinuální třmínek s vertikálními rameny a nastavitelnou roztečí, tvořený jednou tyčí bez spojů, která je obtočena okolo podélné výztuže. Z provedené analýzy vyplývá, že tento nový typ třmínku zaručuje mechanické vlastnosti, jak je vyžadováno současnými předpisy a navíc má díky inovativní technologii a geometrii lepší technologické vlastnosti než tradiční třmínky. Projektant může dále používat běžné kalkulační nástroje s jistotou, že kontinuální třmínky Spirex mohou výkon železobetonových staveb jen zlepšit, všechno ve prospěch bezpečnostních ukazatelů. Tyto výsledky byly obdrženy díky analýzy následujících hledisek: -

Instalace Úspora materiálu Úspora energie Snížení znečištění životního prostředí Omezení pracovních nehod Usnadnění přepravy

Provedené analýzy umožnily zejména následující tvrzení: 1. Ze srovnání mezi tradičními třmínky a kontinuálními třmínky s vertikálními rameny a nastavitelnou roztečí vyplývá, že instalace kontinuálních třmínků na rámec budovy vyžaduje kratší čas. Zejména se u nového systému Schnell zvýší produktivita typického týmu montérů7 ze 144 kg/h u vycházejících nosníků a 244 kg/h u stropních nosníků na produktivitu 422 kg/h a 499 kg/h. 2. U vycházejících nosníků procentní úspora váhy získaná s kontinuálním třmínkem s vertikálními rameny a nastavitelnou roztečí ve srovnání s tradičním třmínkem kolísá od maximální hodnoty 18,53% pro nosník 30x30 a třmínek 10∅ s roztečí 8cm k minimální hodnotě 6,57% pro nosník 30x100 a třmínek 10∅ s roztečí 20 cm. 3. U stropních nosníků procentní úspora váhy získaná s kontinuálním třmínkem s vertikálními rameny a nastavitelnou roztečí ve srovnání s tradičním třmínkem kolísá od maximální hodnoty 20,58% pro nosník 60x25 a třmínek 10∅ s roztečí 8cm k minimální hodnotě 8,42% pro nosník 120x25 a třmínek 10∅ s roztečí 20cm. 4. U pilířů procentní úspora váhy získaná s kontinuálním třmínkem s vertikálními rameny a nastavitelnou roztečí o průměru 10∅ ve srovnání s tradičním třmínkem kolísá mezi maximální hodnotou 18,53% pro pilíř 30x30 s roztečí 8cm a minimální hodnotou 5,96% pro nosník 60x100 s roztečí 20cm. 5. U základových pásů s třmínky o průměru 10∅ a nastavitelnou roztečí mezi 8 a 20cm a u pásů typu 1 (část se základnou 140x50cm a jádrem 50x140cm) a typu 2 7

Typický tým montérů je složen ze specializovaných, kvalifikovaných a běžných pracovníků.

59


6.

7.

8.

9.

10.

11.

8

(část se základnou 130x40cm a jádrem 40x130cm), vede použití kontinuálního třmínku s vertikálními rameny a nastavitelnou roztečí typu M ve srovnání s tradičním třmínkem k procentní úspoře váhy kolísající z maximální hodnoty 6,03% pro pás typu 2 s roztečí 8cm k minimální hodnotě 4,88% pro typ 1 s roztečí 20cm. U třípodlažní budovy s typickým rámcem 100m2 skládajícím se z vycházejících nosníků 30x50 a stropních nosníků 60x25 s třmínky o průměru 10∅, pilířů 30x40 s výškou 3m s třmínky o průměru 10∅, vede použití kontinuálních třmínků s vertikálními rameny a nastavitelnou roztečí k celkové úspoře energie 286,00 KWh ve srovnání s tradičními třmínky. Proto použití kontinuálních třmínků Spirex vede k průměrné úspoře okolo 1,0 KWh na metr čtvereční rámce. Použití kontinuálních třmínků s vertikálními rameny a nastavitelnou roztečí pro příčnou výztuž nosníků a pilířů určuje průměrnou úsporu tyčí o 14,00% oproti tradičním třmínkům. Pro přírodní prostředí to znamená úsporu energie požadované k roztavení a tvarování přibližně 140 000 tun oceli (průměrně 14,00% z 1 000 000 tun tyčí použitých pro třmínkování). Všechny úspory popsané v bodech 1-7 jsou značně vyšší (okolo dvojnásobku), pokud porovnáme třmínky Spirex s třmínky ve tvaru U s uzávěrem8 8 , které jsou stále široce používané. Se systémem Schnell je instalace výztuže nosníků snadná a okamžitá. Pracovníci mohou pracovat rychleji a bezpečněji s rukama uvnitř kovového koše, neboť se tam nevyskytují žádné ostré hrany nebo otřepy od řezání tyčí. Takto jsou pracovní úkony zjednodušeny a neumožňují žádné chyby nebo nehody. Navíc s kontinuálním třmínkem s vertikálními rameny a nastavitelnou roztečí existují jen dva konce a tedy jen dvě zavírací ukotvení k provedení, což snižuje riziko zranění pracovníků. Během přepravy z výrobny na staveniště může být vzhledem k minimálním rozměrům jednotlivých balení přepraveno více kontinuálních třmínků s vertikálními rameny a nastavitelnou roztečí než tradičních třmínků, které jsou často složitým bludištěm tyčí, jež zabírají více prostoru a mohou být nebezpečné. Nosník smontovaný předem zabírá stejný prostor jako 15 balíků svázaných třmínků Spirex. Při použití třmínků Spirex se omezením pro přepravu stává váha a již ne objem. Třmínek Spirex dosáhl nejlepšího využití uzlu ve smyslu snadné instalace, záruky plynulosti betonu a ohraničení a snížení instalačního času, rizik a nákladů. Je nutné vytvarovat pouze malou spirálu omezenou na uzel, umístit ji stále svázanou do středu uzlu, připevnit všechny souběžné nosné tyče na stejný uzel a poté rozložit třmínek a umožnit mu se rozvinout jednoduše pomocí řezání vázání.

Typ tradičních třmínků stále široce používaný je vyroben ze dvou částí: jedna ve tvaru U skládající se z horizontální spodní krátké strany části a dvou vertikálních ramen (část třmínku, která reaguje na napětí ve smyku), a další známá jako uzávěr, který doplňuje třmínek pro horizontální horní krátkou stranu. Obě takto tvarované části jsou umístěny ve svých konečných pozicích v posloupných fázích a poté vzájemně svázány v souladu s háky ohnutými o 135° (hrubá a častá chyba je ohnutí háků o 90° °namísto 135°) a rozšířené alespoň o desetinásobek průměru třmínků.

60

6. Závěry

Ke všem těmto měřitelným výhodám bychom měli dodat také jednu ne vždy měřitelnou, která je však hlavním důvodem k upřednostnění kontinuálního třmínku Spirex před běžnými třmínky. Tato dodatečná výhoda je rozhodující, neboť dodává jistotu, že počet a pozice třmínků bude odpovídat požadavkům projektu. Kontinuální třmínky Spirex vám tuto jistotu nepochybně poskytují, bez ohledu na píli pracovníků a rozsah dohledu řídícími pracovníky, který není vždy jednoduchý. Tato jistota projektantům/řídícím pracovníkům dodává klid a záruku, že jsou všechny třmínky na místě a rozmístěny přesně podle požadavků projektu. Bez ohledu na všechny další významné technologické, ekonomické a ekologické výhody uvedené v tomto dokumentu věříme, že nejvýznamnějším a rozhodujícím faktorem je právě tato jistota a proto kontinuální třmínky Spirex doporučujeme před tradičními třmínky.

61

Kontinuální třmínek s vertikálními rameny a nastavitelnou roztečí pro železobetonové konstrukce

Recommend Documents