IV. ročník celostátní konference SPOLEHLIVOST KONSTRUKCÍ Téma: Posudek - poruchy - havárie 23.až 24.4.2003 Dům techniky Ostrava
87 ISBN 80-02-01551-7
PORUŠENÍ A DESTRUKCE STŘEŠNÍHO PLÁŠTĚ HALOVÝCH OBJEKTŮ „THONA“ UNIČOV VLIVEM SÁNÍ VĚTRU Karel Kubečka a Martin Kubečka Abstract Question loading build construction is relatively encompassment technical area. Reads it also about loading build construction flatus. As often in build practice shows, less encompassment area is however transaction build construction. From practice know, that if on building happen to crash, then from preponderant majority case there are not culpableness technical aspect, but technological insubordination. Reason crash and disturbances are on majority case mistakes in transaction building and low-class implementation work.
1. Úvod Dne 28.10.2002 došlo na halových objektech výrobního závodu THONA v Uničově k porušení a následné destrukci lehkého střešního pláště ocelové konstrukce vyvýšené sekce objektu. Příčinou bylo zvýšené zatížení větrem – v tento den byly zaznamenány vyšší rychlosti větru než bývá v oblasti obvyklé. Stávající střešní plášť neodolal sání větru a jednotlivé lehké panely se odtrhly od nosné konstrukce objektu. Panely vítr nesnesl ze střechy jen díky houževnaté hydriozolaci Sarnafil.
Obr. 1: Celkový pohled na vyvýšenou část střechy z nižší části z návětrné strany Karel Kubečka, Ing., VŠB - Technická univerzita Ostrava, Fakulta stavební, katedra konstrukcí, Ludvíka Podéště 1875, 708 33 Ostrava-Poruba, tel: +420 59 732 1343, fax: +420 59 732 1358, e-mail:
[email protected] , Martin Kubečka, P.S.-SERVICE, projekční a znalecká kancelář, Svornosti 57, 700 30 Ostrava-Zábřeh, tel: +420 602 778967, e-mail:
[email protected] .
88
2. Zjištěné skutečnosti Při místním šetření bylo zjištěno, že havárie střechy byla zapříčiněna krajním panelem, který se jako první oddělil – utrhl od nosné konstrukce – podkladu a zatížil tak vztlakovou silou vyplývající ze své plochy panel sousední, který (jeho kotvení) zvýšené zatížení rovněž nevydržel. Tento mechanismus přenosu zatížení plynoucí z celistvosti a pevnosti střešní hydroizolace postupně poškodil větší část střechy. Přítomnost světlíků a upevnění střešní hydroizolace na tyto světlíky zabránila destrukci střechy jako celku. Dále bylo zjištěno, že předmětný střešní panel byl upevněn k ocelové nosné konstrukci samovrtnými šrouby JT3 firmy EJOT®. Podrobnou prohlídkou bylo zjištěno, že podklad ke kterému byly vlastní panely délky 7000mm a šířky 1000mm uchyceny, tvořila Obr. 2: Krajní panel – první z utržených panelů střešního pláště nosná ocelová konstrukce haly sestavená z ocelových válcovaných „I“ profilů. Tyto profily byly pod panelem v počtu 5 ks. S tím, že byly rozmístěny po 2 m délky panelů a profil u „hřebene“ byl posunut cca o 400 mm směrem od hřebene. Krajní panel sousedící s atikou byl podepřen atypicky v tom, že tyto podpůrné příčníky nepodpíraly panel na jeho obou delších stranách – jak je vidět z fotografie (obr.2), ale strana panelu u atiky byla podepřena podélníkem pro uchycení příčníků střechy ocelové konstrukce. Co se týká ukotvení tohoto panelu samovrtnými šrouby bylo zjištěno, že pravá strana panelu – strana sousedící s atikou nebyla k podpůrné konstrukci přichycena vůbec, tedy ani jediným šroubem. Levá strana byla uchycena – kotvena třemi šrouby a to na prvních třech podporách počítáno od první podpory od pracovníka na vzdálenější straně panelu (obr. 2).
Obr. 3: Kotvení panelů Kingspan k nosné OK
Jako důkazné pro absenci kotvy svědčí skutečnost, že zámek panelů není proražen, přesto, že tepelná izolace na první pohled signalizuje provedení kotvení. Tato skutečnost je patrná z fotografie (obr.3). Dolí panel Kigspan má zřetelnou stopu v tepelné izolaci po jejím odvrtání pro kotvu panelu. Tento dolní panel překrývá plech horního panelu – tento plech je podložen pod “dolní” panel a tvoří “zámek”, který se jedním šroubem upevní
89 k podkladu. U třetí podpory, kde je umístěna třetí kotva je na plechu horního panelu který se podkládá pod panel sousední – dolní, patný otvor po kotevním šroubu. Současně dolní panel má ze spodního líce tentýž otvor. U čtvrté podpory je situace odlišná, dolní panel nemá ze spodního líce otvor po kotevním šroubu, plech horního panelu rovněž nemá tento otvor. Takto bylo zjištěno, že panel byl uchycen na celou svou plochu 7 x 1 m pouze třemi kotevními šrouby, které jsou navíc Obr.4: „Falešné“ kotvení střešních panelů k nosné ocelové vůči osám panelu konstrukci – kotva nebyla při stavbě provedena nesymetricky umístěny navzájem. U ostatních panelů nebylo uchycení podrobně zkoumáno, neboť vzhledem k mechanizmu havárie je možno konstatovat, že bezprostředně po uvolnění prvního, s atikou sousedícího panelu, byla hydroizolací přenesena síla od sání větru na utržený panel přenesena na panel sousední, což představuje více jak dvounásobné zatížení tohoto druhého panelu. Hydroizolace Sarnafil je na panelu nakašírovaná a na svém podkladu neobyčejně drží, takže spolehlivě přenáší síly sání větru do podkladu. Odborným odhadem lze tedy předběžně posoudit jako příčinu havárie nedostatečné kotvení panelu vůči sání větru. Z hlediska vlastního zatížení větrem je situace objasněna v následujícím textu.
3. Zatížení větrem Zatížení větrem [1] vzniká účinkem proudu vzduchu působícího na stavební objekt. Zdrojem zatížení je tedy vítr, vyvolaný pohybem velkých vzduchových mas. Intenzita zatížení větrem působícím na konstrukci závisí na mnoha činitelích a podmínkách, jež ovlivňují vlastnosti vzdušného proudu a jež vyplývají z klimatu a situace příslušného místa i z vlastností objektu samého. Jsou to zejména: atmosférický tlak, rychlost větru, drsnost zemského povrchu, směr větru, hustota vzduchu, geografická poloha, místní podmínky a tvar objektu.
3.1 Předpoklady Jak plyne z upravené Bernoulliho rovnice je rychlost základní proměnnou veličinou při určení zatížení větrem. Narazí-li vzdušný proud kolmo na překážku a změní směr, sníží se jeho rychlost v na hodnotu v1 . To se projeví tlakem w na povrch překážky (v původním směru vzdušného proudu) o velikosti
90
1 ρ (v 2 − v12 ) (1) 2 U nepohyblivých překážek, jakými jsou stavební objekty, se sníží rychlost v na v1 = 0 , takže je : w=
w=
1 2 ρv 2
(2)
Položí-li se ρ = 1,250kgm −3 , obdrží se známý vztah pro tlak větru (kNm2) 1 2 v (3) 1600 Mapa větrových oblastí se zpracovává podle určujících hodnot základního tlaku větru w0 , stanovených pro jednotlivá místa území, v nichž se prováděla dlouhodobá měření rychlostí větru. Obvykle jsou těmito místy meteorologické stanice. Místa se zařadí do odpovídající oblasti podle dané stupnice mezních hodnot větrových oblastí. Pro státy bývalé RVHP platila ST SEV 1407-78, v němž je specifikováno mezními hodnotami sedm větrových oblastí od w0 = 0,27 až po w0 = 1,0 kNm-2. Doposud však není určen jednotně postup, jak se k určitému místu přiřadí větrová oblast. w=
Tab.1: Větrové oblasti podle ČSN 73 0035 a ST SEV 1407-78 : Větrová oblast
I
II
III
IV
V
VI
VII
Základní tlak větru w0 (kNm-2)
0,27
0,35
0,45
0,55
0,70
0,85
1,00
Rozmezí určující základního tlaku větru v daném místě ČR
v ČR není
v ČR není
0,36 až 0,45
0,46 až 0,55
0,56 až 0,70
0,71 až 0,85
v ČR není
w0* (kNm-2)
91
V ČR se použilo pro zpracování mapy větrových oblastí v ČSN 73 0035 postupu [1] vycházejícího z maximálních měsíčních okamžitých rychlostí větru převedených na extrémní výpočtové základní tlaky větru pro výškové objekty se střední dobou návratu T= 80 let. Hranice větrových oblastí se vedou tak, aby v daném pásmu byla zahrnuta všechna místa zatříděná do příslušné oblasti. Přesnost umístění hranice oblasti závisí na počtu a hustotě míst, pro něž byl vypočten určující základní tlak větru w0 . Mapa větrových oblastí na území ČR byla sestavena podle údajů z meteorologických stanic, doplněných informacemi o maximálních rychlostech větru pozorovaných na některých dalších stanicích. Při zpracování mapy se využilo dlouhodobých zkušeností našich Hydrometeorologických ústavů.
3.2 Místní podmínky Místní podmínky zejména předmětného dne 28.10.2002 byly specifické a odlišovaly se od normou předpokládaného normálu rychlostí větru, jak je potvrzeno od Českého hydrometeorologického ústavu. Jak je uvedeno v odpovědi na dotaz stran klimatologických údajů – síly větru, dosáhla rychlost větru v na nejbližší záznamové stanici Luká hodnoty : v = 37,4m ⋅ s −1 . Budeme vycházet z této hodnoty. Namísto statisticky vyhodnoceného údaje použijeme extrémní hodnotu nárazového větru, proto: * v = v0d (v0*d ) 2 37,4 2 w = ⋅ 0,75 = ⋅ 0,75 = 0,656kNm − 2 1600 1600 * 0d
w0*d = 0,656kNm −2 Základní tlak větru: w0* =
v0*d 0,656 = = 0,546kNm − 2 pro běžné objekty 1,2 1,2
Základní tlak větru: w0* =
v0*d 0,656 = = 0,505kNm − 2 pro objekty s dominantním 1,3 1,3
účinkem větru Vzhledem k charakteru objektu (běžný objekt) bude tento dále posouzen na skutečnou hodnotu w0* = 0,546kNm −2 . Podle tabulky větrových oblastí uvedené výše, odpovídá nárazový vítr s hodnotou * w0 d = 0,656kNm −2 větrové oblasti „IV.“ s hodnotou w0 = 0,55kNm −2 . Podle mapy větrových oblastí je objekt jednoznačně postaven v lokalitě které přináleží větrová oblast III. S hodnotou základního tlaku větru w0 = 0,45kNm −2 . Z uvedeného tedy plyne, že skutečný tlak větru v nárazech překročil normou stanovenou (předpokládanou) hodnotu. w0− norm − III = 0,45kNm −2 < 0,546kNm −2 = w0*− skut < 0,55kNm −2 = w0− norm − IV Nárazový vítr dne 28.10.2002 vyvolával v konstrukci zatížení o hodnotě převyšující normou předpokládané maximum a tedy jeho účinek byl vyšší ve srovnání s normovým předpokladem. Prakticky bylo skutečné zatížení na úrovni IV. Oblasti namísto oblasti III. Jak předpokládá norma [2]. Jak je však možno prokázat statickým výpočtem, není toto srovnání pro tento případ určující, neboť síly v kotvení panelu dosahují takových hodnot, že použití tří šroubů na jeden panel v žádném případě nezajistí jeho stabilitu ani při větru III. oblasti [3].
92
Pro statický výpočet bylo použito jednotkového zatížení. Reakce ve třech bodech = podporách jsou tahové síly šroubů: bod 1: 1,75 bod 2: 1,39 bod 3: 6,64 Přepočtem na tahová zatížení ve šroubu pak dostaneme sílu ve třetí podpoře v hodnotě 3,63 kN jako charakteristickou (normovou) hodnotu. Podle obrázku je zřejmé, že zatížení panelu sáním vyvolá v podporách nejen tahové síly, ale i zatížení momentem. Jak bylo možno se osobně přesvědčit při prohlídce na stavbě v listopadu 2002 ani jeden ze tří šroubů tuto nepříznivou kombinaci nepřenesl.
4. Závěr Závěrem je nutno konstatovat základní nekázeň ve stavební výrobě, kdy pracovníci dodavatele nepřipevnili konstrukci střešního pláště v souladu s technologickými předpisy výrobce. S ohledem na nosnou ocelovou konstrukci – rozmístěním nosných prvků, měl být panel kotven 10-ti kotvami namísto realizovaných tří.
Literatura [1] Tichý a kol.: Zatížení stavebních konstrukcí, technický průvodce číslo 45, SNTL Praha 1987. [2] ČSN 73 0035a, Zatížení stavebních konstrukcí [3] Kubečka K.: Posouzení havárie střešního pláště na zvýšené části výrobní haly THONA s.r.o. Uničov a stanovení pravděpodobné příčiny, Znalecký posudek 184/2002.
