SOUČASNÉ TRENDY STANDARDIZACE, DOKUMENTACE UPLATNĚNÍ STAVEBNÍCH OCELOVÝCH KONSTRUKCÍ.
A
CONTEMPORARY TRENDS OF THE PROCEDURES TO DESIGN, NORMALIZE AND APPLY STRUCTURAL STEELWORK. Petr Broža a) ČVUT Kloknerův ústav, Šolínova 7, 166 08 Praha 6, ČR Abstract Realization of steel structures in the present condition; production capacities, export and import, the utilization of working plans, prospects of the structures in question; problems of design, erection and transport; the selection of material; the protection, maintenance and economy of the construction. The state of the steelwork application in both the Czech Republic and abroad, and a price level of the structures mentioned. Standardization aspects in European Union countries, the incorporation of European Prestandards in the CSN system, in particular of the part of Eurocode 1. 1. NORMALIZACE OCELOVÝCH KONSTRUKCÍ 1.1 Vývoj standardizace Zanedlouho by měla celá Evropa navrhovat stavební konstrukce podle jednotných metodických postupů stanovených v harmonizovaných normativních dokumentech pro navrhování stavebních konstrukcí, označovaných pracovním názvem "Eurokódy" (EC). Výpočty v jednotlivých zemích se mají lišit pouze numerickými hodnotami některých parametrů, jako jsou dílčí součinitele spolehlivosti a charakteristické hodnoty klimatických zatížení. Harmonizované předpisy Evropské unie se však snaží odstranit i tyto rozdíly. Eurokódy se ve státech Evropské unie (EU) zpracovávají již od roku 1980. Pracovní název "Eurokódy" se stále udržuje, i když se dokumenty v současné době vydávají jako evropské přednormy (ENV), později po jejich zdokonalení (předpokládá se asi jejich tříleté souběžné používání s ostatními platnými předpisy) jako evropské normy (EN). Zodpovědnou organizací pro vydávání norem je Evropská normalizační komise (CEN), ve které jsou zastoupeny kromě států EU také státy Evropského sdružení volného obchodu (ESVO) a další evropské země. Česká republika se stala v listopadu 1991 přidruženým členem a v dubnu 1997 plnoprávným členem CEN s hlasovacím právem. Cílem evropských norem pro navrhování stavebních konstrukcí je harmonizace předpisů, a to ve dvou odlišných úrovních: − harmonizace předpisů pro navrhování konstrukcí mezi jednotlivými evropskými státy, − harmonizace předpisů pro navrhování jakýchkoli konstrukcí z různých materiálů. Ukázalo se totiž, že tvorba mezinárodních normalizačních dokumentů je velmi obtížný úkol, zejména s ohledem na rozdílné tradice a technickou úroveň v jednotlivých členských zemích.
Významným právním podkladem pro tvorbu a zavádění Eurokódů se v roce 1987 stal zákon přijatý v EU pod názvem "European Single Act", podle kterého se některé technické překážky volného obchodu a výměny služeb zemí EU mají odstranit široce pojatou harmonizací technických předpisů a pravidel. Na tento zákon navazuje základní dokument vydaný Radou evropského společenství pod názvem "Council Directive" (Směrnice rady), který se má stát v jednotlivých zemích EU zákonem. Směrnice rady definují základní požadavky (Essential Requirements) na stavby a stavební výrobky, a to z těchto hledisek: − mechanická únosnost a stabilita, − bezpečnost při požáru, − hygiena, zdravotní nezávadnost prostředí, − uživatelská bezpečnost, − ochrana proti hluku, − úspora energie a ochrana tepla. Z těchto základních požadavků se definují dílčí požadavky na jednotlivé výrobky. Při tom se klade důraz na ekonomické aspekty, včetně tzv. ekonomicky podložené životnosti. Podrobný výčet základních požadavků je pak rozveden v "Interpretačních dokumentech ID" (Interpretative Documents ID). Navazující "Směrnice pro stavební výrobky" (Construction Products Directive) definují konkrétní požadavky na stavební výrobky. Ve smyslu Interpretačních dokumentů ID mají být tyto požadavky dále rozpracovány v souboru "Evropských technických specifikací" (European Technical Specifications), které zahrnují obecně dva druhy dokumentů: − Evropské harmonizované normy vydávané Evropskou organizací pro normalizaci (CEN/CENELEC). − Evropská technická osvědčení (European Technical Approvals) vydávaná institucemi nominovanými členskými státy EU. Interpretační dokument ID 1 "Mechanická odolnost a stabilita" upřesňuje v technických termínech závazné a rozhodující podmínky pro účely dalšího zpracování jednotlivých Eurokódů. Základní pojetí Eurokódů má přihlížet k těmto dokumentům: • Obecné principy zajištění kvality konstrukcí (JCSS), • Obecné zásady navrhování konstrukcí (JCSS), • ISO 2394 Obecné zásady spolehlivosti konstrukcí. V souladu s ISO 2394 a Směrnicí rady je obecná podmínka mechanické odolnosti a stability v ID 1 formulována obdobně jako v našich předpisech: "Stavby musí být navrženy a prováděny takovým způsobem, aby zatížení, která mohou na ně působit během výstavby a provozu, nezpůsobila: a) zřícení celé stavby nebo její části, b) deformace nepřijatelného stupně, c) poškození nenosných částí stavby, příslušenství nebo instalovaného zařízení v důsledku deformací nosné konstrukce, d) poškození událostí v rozsahu neúměrném původní příčině."
Tyto základní podmínky mají být splněny se stanovenou pravděpodobností po dobu "Ekonomicky přiměřené životnosti" stavby, které je věnována zvláštní pozornost. V dokumentu se uvádí, že ekonomicky přiměřené životnost objektu má být stanovena s ohledem na následující aspekty: • náklady na návrh, výstavbu a provoz, • náklady vyvolané překážkami provozu, • rizika a náklady vyvolané následky poruchy staveb po dobu stanovené životnosti a náklady na pojištění těchto rizik, • náklady na plánovanou dílčí obnovu, • náklady na kontrolní prohlídky, ochranu a opravu, • provozní a správní náklady, • odstranění stavby, • hlediska životního prostředí. Ověření platnosti výše uvedených základních podmínek spolehlivosti má vycházet z koncepce mezních stavů ve spojení s metodou dílčích součinitelů spolehlivosti. Předpokládá se použití vhodných výpočetních modelů doplněných v nezbytných případech experimenty. Stejně jako v našich normách se obecně rozlišují dvě základní skupiny mezních stavů: • mezní stavy únosnosti, • mezní stavy použitelnosti. Platnost podmínek spolehlivosti se ověřuje na základě metody dílčích součinitelů spolehlivosti pro zatížení a odolnost konstrukce. Požadovaná úroveň spolehlivosti může být stanovena na základě pravděpodobnostních metod teorie spolehlivosti. Obecné metody teorie spolehlivosti se však často nahrazují zjednodušenými výpočetními postupy nebo konstrukčními pravidly. 1.2 Evropské normy v soustavě ČSN K 1.1.2000 je již v systému ČSN zavedeno 6 předběžných evropských norem (ENV) pro navrhování ocelových konstrukcí (normy skupiny 1993), 3 ENV pro navrhování spřažených ocelobetonových konstrukcí (normy skupiny 1994) a 5 ENV pro provádění ocelových konstrukcí (normy skupiny 1090), přičemž zavedení dalších norem těchto skupin je rozpracováno, nebo se připravuje. Tyto normy navazují na ENV pro zajištění spolehlivosti stavebních konstrukcí (normy skupiny 1991-1) a další ENV pro různé typy zatížení (normy skupiny 1991-2), čímž jsou vytvořeny základní podmínky pro jejich reálné využívání při projektování a výrobě ocelových konstrukcí. Odborným garantem pro zavádění norem do systému ČSN je Technická normalizační komise (TNK) 35, která je poradním orgánem Českého normalizačního institutu (ČSNI). Současný stav zavedení ENV pro navrhování a provádění ocelových konstrukcí do systému ČSN je ukázán v tabulce 1. Hlavní význam těchto norem je v tom, že celoevropsky sjednocují metodiky navrhování (resp. posuzování spolehlivosti) a provádění ocelových nosných prvků. Jsou důležité i proto, že zahrnují novou problematiku materiálů nebo typů konstrukcí, která v současných ČSN buď není obsažena vůbec (např. korozivzdorné oceli, nebo navrhování na účinky požáru apod.), nebo jen nedostatečně nebo neefektivně (např. spřažené ocelobetonové mosty nebo prvky z dutých průřezů).
V tabulce 2 je demonstrován předpokládaný vývoj souboru evropských norem pro navrhování a provádění ocelových konstrukcí (včetně obdobných norem pro hliníkové konstrukce) a pravděpodobný program jejich zavádění do systému ČSN. Dokončení alespoň na úrovni ENV by mělo být zvládnuto nejpozději v roce 2002 a převod do ČSN asi o jeden až dva roky později. Souběžně s úsilím o dokončení souboru ENV podle tabulky 2 již probíhají práce na revizi a konverzi dříve vydaných hlavních norem jednotlivých skupin do úrovně celoevropsky závazných EN. Uplatnění a konkrétní využívání současného souboru předběžných evropských norem pro navrhování a provádění ocelových konstrukcí je u nás poměrně nízké. Je to zřejmě důsledek některých negativních okolností nebo podmínek, mezi které můžeme zahrnout zejména tyto aspekty: − soubor předběžných evropských norem není zcela dokončen, čímž vznikají komplikace při jejich praktickém využívání. Pro komplexní návrh nosných konstrukcí např. nejsou k dispozici všechny potřebné normy zatížení, v prováděcích souborech často chybí některé citované návazné normy (spojovací prostředky, svařování, protikorozní ochrana) nebo tyto normy nejsou včas vydány v soustavě ČSN. Můžeme však předpokládat, že tato základní překážka bude v potřebné míře zvládnuta nejpozději do termínu ukončení procesu konverze předběžných ENV na výsledné evropské normy EN. − při převodu ENV nebo EN do ČSN jsou na prosté minimum omezeny časové i finanční možnosti zpracovatelů norem, takže i jejich ověřování a vysvětlování v průběhu připomínkového řízení často nemá potřebný rozsah a hloubku. Závažný problém vzniká také proto, že Český normalizační institut ani profesní organizace výrobců ocelových konstrukcí nemají dostatek prostředků pro zabezpečení potřebných cest a odborné spolupráce českých specialistů s příslušnými technickými komisemi CEN. Věříme, že k vyřešení těchto základních problémů by mohla výrazně pomoci často diskutovaná podpora českých hutních podniků, pro které je obor ocelových konstrukcí nesporně jedním ze základních a významných odběratelských sektorů. − určitá bariéra proti novým evropským normám může být i v konzervativním přístupu projektantů nebo pracovníků výroby, kteří se brání častým změnám v technických normách nebo obdobných pracovních podkladech, které pro svoji odbornou činnost používají. V souhrnu však uvedené problémy nemohou probíhající proces uplatňování evropské soustavy technických norem v oboru ocelových konstrukcí zvrátit nebo zásadně omezit.
Tabulka 1. Předběžné evropské normy pro navrhování a provádění ocelových konstrukcí, zavedené do soustavy ČSN Skupina
Navrhování ocelových konstrukcí
Navrhování spřažených ocelobetonových konstrukcí
Provádění ocelových konstrukcí
Předběžná ČSN na základě ENV ČSN P ENV 1993-1-1 Obecná pravidla a pravidla pro pozemní stavby ČSN P ENV 1993-1-1 A/1: - Příloha D: Použití ocelí třídy S460 a S420 - Příloha K: Styčníky příhradových nosníků z dutých průřezů ČSN P ENV 1993-1-2 Navrhování ocelových konstrukcí na účinky požáru ČSN P ENV 1993-1-3 Doplňující pravidla pro tenkostěnné za studena tvarované prvky a plošné profily ČSN P ENV 1993-1-4: Doplňující pravidla pro korozivzdorné oceli ČSN P ENV 1993-1.5 Pravidla pro rovinné deskostěnové konstrukce bez příčného zatížení ČSN P ENV 1993-2 Ocelové mosty
Vydání 11/1994
ČSN P ENV 1994-1-1 Obecná pravidla a pravidla pro pozemní stavby ČSN P ENV 1994-1-2 Navrhování spřažených konstrukcí na účinky požáru ČSN P ENV 1994-2 Spřažené ocelobetonové mosty ČSNP ENV 1090-1 Obecná pravidla a pravidla pro pozemní stavby
4/1994
ČSN P ENV 1090-2 Doplňující pravidla pro tenkostěnné za studena tvarované prvky a plošné profily ČSN P ENV 1090-3 Doplňující pravidla pro oceli vysoké pevnosti ČSN P ENV 1090-4 Doplňující pravidla pro konstrukce z dutých průřezů ČSN P ENV 1090-5 Ocelové mosty
Obdobná ČSN ČSN 73 1401: 1998
1/1997 11/1996 12/1997
ČSN 73 1402: 1988
3/1998 1/1999 6/1999
ČSN 73 6205: 1987 ČSN 73 2089: 1962
12/1997 1/1999 1/1998
4/1999
ČSN 73 2601: 1989 ČSN 73 2611: 1981 ČSN 73 2602: 1976
11/1998 11/1998 1999
ČSN 73 2603: 1996
Tabulka 2. Program přípravy nových předběžných ČSN podle dokončených nebo připravovaných ENV Skupina
Navrhování ocelových konstrukcí
Navrhování hliníkových konstrukcí Provádění ocelových a hliníkových konstrukcí
Norma ČSN P ENV 1993-1-1/A2: - Příloha G: Navrhování na účinky kroucení - Příloha Z: Určení návrhové únosnosti podle zkoušek - Příloha H: Modelování stavebních konstrukcí pro jejich analýzu - Příloha J: Rámové styčníky - Příloha N: Otvory ve stojinách ČSN P ENV 1993-3-1 Věže a stožáry ČSN P ENV 1993-3-2 Ocelové komíny ČSN P ENV 1993-5 Piloty a štětové stěny ČSN P ENV 1993-6 Jeřábové dráhy ČNS P ENV 1999-1-1 Základní pravidla a pravidla pro pozemní stavby ČSN P ENV 1090-6 Provádění konstrukcí z korozivzdorných ocelí
Zahájení
Ukončení
5/1999
4/2000
11/1998 11/1998 11/1999 1999 2000(?)
9/1999 9/1999 10/1999 2000 2001(?)
2000
2001
2. PROJEKTOVÁ DOKUMENTACE Stavební zákon (č. 50/1976 Sb.) je upraven změnami 137/1982 Sb., 103/1990 Sb., 425/1990 Sb., 519/1991 Sb., 262/1992 Sb., 43/1994 Sb., 19/1997 Sb., 83/1998 Sb. a novelami prováděcích vyhlášek č. 376/1992, 377/1992 a 378/1992. Pro jednotlivé fáze přípravy stavby se vyžadují pro ocelové konstrukce tyto podklady: • Dokumentace k návrhu na vydání rozhodnutí o umístění stavby - obsahuje pouze základní informace o stavbě bez specifikace materiálového řešení. • Dokumentace k žádosti o vydání stavebního povolení (projekt zpracovaný projektantem) - obsahuje z hlediska OK souhrnnou technickou zprávu se stavebně technickým řešením stavby (tj. včetně statických výpočtů) a potřebné výkresy (obvykle 1:100, 1:200 s potřebnými detaily) obsahující řešení konstrukce. • Dokumentace prováděcí (výrobní) je prováděna zhotovitelem (dodavatelem) a v poslední fázi obsahuje výrobní ("dílenskou") dokumentaci potřebnou pro výrobu jednotlivých dílů (výkresy obvykle 1:10, 1.15) a pro jejich montáž. Zákon č. 50 nyní obsahuje: V části první, oddílu 3 - obecný popis územně plánovací dokumentace a v části sedmé ustanovení o její evidenci a ukládání.
3. VÝHLEDY OBORU OK 3.1. Úvod Česká republika stále ještě produkuje velké množství oceli - 650 kg oceli (obyv./rok), (statistika pro r. 1998), tj. více než dvojnásobek evropského průměru. V průběhu r. 1999 nastal další pokles o 6,5 %. Avšak na stavební ocelové konstrukce z toho připadá pouze 1 %. Evropský průměr je přibližně 5 % s maximy až 12 %. Polovina vyrobených OK připadá na export, jen druhá polovina se uplatní doma. Členství české asociace ocelových konstrukcí v European Convention for Constructional Steelwork by měl odpovídat i výrazný růst výroby těchto konstrukcí. Co je třeba učinit pro rozvoj oboru OK? Jak čelit konkurenci jiných materiálů i zahraničních firem? Rozhodujícími faktory růstu jsou pro to vývoj materiálu, restrukturalizace hutního průmyslu, automatizace projektování, standardizace, výzkum a inovace i organizace výroby ocelových konstrukcí. Příklady takových aplikací jsou oceli se zlepšenými vlastnostmi, homogenizace struktury, zlepšování svařitelnosti, tloušťky průřezů 125, dokonce 250 mm, prefabrikované ocelové sendviče pro mosty, žáruvzdorné oceli, řady 17 246, 17 255 (slitinové oceli s vysokým obsahem přísad, zejména Cr, Ni) redukce počtu hutí, zvýšení produktivity výroby, užití štíhlých stropů a ocelobetonových konstrukcí a počítačově zpracované výrobní výkresy. Ocel dokáže obměnit sortiment výrobků až z 50 % během pěti let. Exkluzivní stavby by nebyly bez ní realizovatelné. O podílu zastoupení oceli ve stavebnictví ve srovnání s betonem a dřevem budou stále více rozhodovat pracovní postupy ve výstavbě, parametry užitnosti stavby a náklady pořízení a udržování. V symbióze využití oceli s jinými materiály nelze opomíjet sklo. Úsilí o dosažení optimálního využití oceli ve stavebnictví se kromě IISI angažují národní ocelářské společnosti a svazy. Nic na tom vývoji nemění skutečnost, že stavebnictví v ČR prožívá v současné době stagnaci. Z toho vyplývá i zcela přirozená reakce a neochota jít do aplikací, přinášejících rizika pilotních projektů. Objemová stagnace však nemůže být důvodem pro stagnaci techniky a technologií. Ocelářství ještě stále prochází obdobím transformace, které je spojeno s nemalými finančními náklady a tak musí myslet především na spolufinancování pilotních projektů s mottem "Stavíme s ocelí". Je třeba věřit, že po recesi přichází vždy konjunktura. 3. 2 Užitné vlastnosti a výhody stavebních ocelových konstrukcí Ocel − nejkvalitnější stavební materiál, ekologicky výhodný, recyklovatelný a snadno obrobitelný, jeho životnost je při použití moderních antikorozních systémů téměř neomezená − koroze působí vždy na povrchu materiálu, je kdykoli zjistitelná, měřitelná a odstranitelná − jen z ní lze realizovat velká rozpětí, dosáhnout velkých výšek a přenášet velká zatížení, má neomezené možnosti tvarových řešení Ocelové konstrukční prvky − subtilní a lehké (výhoda pro přepravu a montáž, dílce konstrukcí jsou po zabudování okamžitě nosné, na základy staveb působí menší síly) − výroba průmyslovým způsobem s pokročilou automatizací
− montáž není ovlivněna klimatickými podmínkami − rekonstrukce lze provádět bez přerušení provozu 3.3 Tendence v realizaci ocelových konstrukcí Stavby s vyšším uplatněním ocelových konstrukcí se podle účelu nyní v ČR prezentují v relaci: a) průmyslové stavby a technologické konstrukce 70.7 % b) občanské, nebytové a sportovní stavby 26.8 % c) mosty a stožáry 2.5 % K dosažení úspěchu v procesu realizace stavebních ocelových konstrukcí by měla být upevněna důvěra investorů pro předpokládanou koncepci staveb, a to zejména vzhledem k rychlosti výstavby. Po transformaci hospodářských poměrů nejsou v oboru SOK někdy dodržovány technické normy pro zajištění bezpečné realizace staveb. To je nelehká situace, neboť v oboru se uplatňuje pouze velmi omezený počet závazných hospodářských standardů.Vzhledem k tomu, že technickou dokumentaci OK často sestavují pracovníci, jež nejsou specialisty, dochází k nehospodárné aplikaci uvedených konstrukcí. Zatím chybí jednotné instrukce k použití spojovacích materiálů. U výrobního procesu hrají nejdůležitější roli nepřesnosti, mechanické imperfekce, technologické nedostatky, a případy záměny materiálu. Eventuality propalování otvorů pro šrouby, dodatečné přivařování, pálení a nastavování prvků se často vyskytují bez konzultace s projektantem. Poslední činnost v procesu realizace, tj.montáž, závisí na bezchybném provedení předchozích operací. Všechny činnosti u staveb s nosnou ocelovou konstrukcí by měly být kontrolovány soustavou ISO. Je nutno hledat možnosti unifikace nejrůznějších detailů, pro jednotný postup v otázkách legislativy (schvalování projektů na úrovni stavebních úřadů), pro koordinaci postupu v certifikaci jednotlivých firem, systému digitálního zpracování technické dokumentace a distribuce oborových informací. Asi 120 výrobců OK v České republice ( s různou kapacitou ) produkují celkem 150-160 tis. t/rok. Tak podle statistiky Ing. Skyvy 11 výrobců produkuje ca 62 % z celkového množství a čtyři firmy z nich vyrábí 33.1 % z celku. Rozdílné výsledky jsou dány technologickým vybavením a technickou úrovní návrhu. Zejména toto vybavení by se mělo v našich firmách modernizovat a spolu se zpracováním dat pro výrobu tak zajistit konkurenceschopnost produktů našeho oboru v širokém měřítku v zahraničí. LITERATURA [1] STUDNIČKA, J., HOLICKÝ, M. Ocelové konstrukce 20, Zatížení staveb, Fakulta stavební, Praha: Vydavatelství ČVUT, 1999, s. 1-3. [2] ROZLÍVKA, L., HRALA, F. Problémy při uplatňování evropských norem, dtto, 1/2000, s. 41-42. [3] Zákon č. 50/1976 Sb. včetně změn - poslední z nich č. 83/1998.
[4] TATÍČEK, J. Zaznělo na konferenci ve Slaném, Ocelové konstrukce, časopis pro vědu, techniku a strategii, Ostrava, V-KOMA, s.r.o., 2/1999, s. 24, ISSN 1212-7388. [5] SKYVA, J. st. Stav oboru ocelových konstrukcí, In.: Hustopeče 1999, celostátní konference OK, Česká společnost pro ocelové konstrukce, 12/1999, s. 23-26.
