Ačkoliv se beton dnes zdá být neodmyslitelnou součástí téměř jakékoli stavby, jeho rozšíření v českých zemích je poměrně mladé. Nejstarší betonové stropy v českých zemích se objevovaly v průběhu 19. století, a to i přes počáteční nedůvěru veřejnosti a stavebníků k tomuto novému materiálu. Využití betonu v 18. století, ačkoli omezené, položilo základy pro jeho pozdější masové nasazení, zejména v průmyslové revoluci.
Historický kontext: Od starověku k průmyslové revoluci
Použití betonu sahá až do starověkého Říma, kde byl používán pro stavbu rozsáhlých staveb jako jsou amfiteátry, akvadukty a cesty. Římané vyvinuli speciální typ betonu nazvaný "opus caementicium", který se skládal z vápence, písku, vody a popílku z hořícího vápna. Po pádu Římské říše se technika výroby betonu v Evropě ztratila a v Evropě se při stavbě upřednostňovaly kameny a cihly.
Během renesance v 15. století začala být betonová technologie znovuobjevena. Rozvoj průmyslové výroby v Západní Evropě během 17. a 18. století a z něj vyplývající vzrůst stavebních činností oživil zájem o přírodní hydraulická pojiva. Do Nizozemska, které budovalo mořské hráze, byl dovážen tras (mletá tufová hornina sopečného původu) z pohoří Eifel. Teprve však v roce 1791 vydává J. Smeaton knihu, ve které odhaluje výsledky svých prací a nalézá klíč k poznání základních tajemství hydraulicity. V roce 1796 přihlašuje J. Parker, inspirovaný pravděpodobně Smeatonovou knihou z roku 1791, anglický patent, v němž popisuje postup drcení a pálení vhodné vápencové suroviny s přiměřenou příměsí hliněných součástí. Výsledek byl nazván románským cementem. Tento typ materiálu se stal na více než půl století převažujícím typem komerčně dostupného hydraulického pojiva.
Průmyslová revoluce v 18. a 19. století přinesla zlepšení výrobních technik a materiálů. Byly objeveny nové směsi, jako je portlandský cement, který se stal klíčovou složkou moderního betonu. Na počátku 19. století přinesly shrnutí tehdejších teoretických vědomostí práce Vicatovy (1786 - 1861). Teprve I. CH. Johnson (1811 - 1911) dovršuje úsilí mnoha generací a v roce 1844 dochází k poznatkům o nutnosti pálení suroviny až na mez slinutí. Na přelomu první a druhé poloviny 19. století tak nastává situace, kdy teoreticky je výroba cementu, rámcově již srovnatelného s cementy dnešními, zvládnuta. Výroba je však pochopitelně poplatná tehdejšímu strojnímu vybavení. V 50. letech 19. století se rozbíhá výroba portlandského cementu v Německu i v Rakousku, na trhu se však objevují pojiva nejrůznější kvality.
Počátky betonových konstrukcí v českých zemích
Průkopnické pokusy s betonem se na našem území odehrávaly od 70. let 19. století. Lidé pohlíželi na nový materiál s nedůvěrou. První betonovou klenbu v českých zemích postavil v roce 1875 architekt Otto Ehlen na své experimentální vile v Praze. Pokus se povedl, ale k většímu rozšíření betonových konstrukcí to moc nepřispělo.
Čtěte také: Použití lehkých betonových stropů
Skutečný zlom nastal až v roce 1890 výstavbou unikátního pětipodlažního skladiště poblíž přístavu v ústecké čtvrti Krásné Březno. Tato budova, navržená i za účasti předního českého technika 19. století Eduarda Baziky (1830-1914), představovala v českém stavitelství novinku díky svým stropům tvořeným klenbami z betonu. Rakousko-uherské státní dráhy se rozhodly pro dražší, ale ohnivzdornější variantu, která kombinovala železné nosníky a klenby z prostého betonu. Strop v každém patře tvoří deset kleneb o šířce 1,4 metru a délce 40 metrů. Celkově stavba obsahuje na 3,5 tisíce metrů čtverečních zaklenuté stropní plochy. Tato konstrukce, schopná unést až 600 vagonů cukru, stojí dodnes a stále slouží jako sklady.
Krátce po dokončení skladiště se betonáři přesunuli do Prahy, kde je čekala obdobná stavba na železničním skladu mouky. V devadesátých letech 19. století už se pak dařilo prosazovat betonové a železobetonové konstrukce v rakousko-uherském stavitelství stále častěji. Velkou zásluhu na tom měla právě firma Pittel a Brausewetter, která iniciovala srovnávací testy kleneb různých konstrukcí, a veřejností bedlivě sledovaný pokus definitivně prokázal, že nejlepší vlastnosti dosahují právě ty s betonem.
Rozvoj železobetonových konstrukcí a jejich vliv na architekturu
Na konci 19. století se začal beton používat i jako železobeton ve stropních konstrukcích formou moniérovských desek mezi ocelovými nosníky. První ojedinělé pokusy prosadit železobetonové nosné konstrukce můžeme u nás vystopovat už na konci 19. století. Jednalo se ale pouze o drobnější stavby nebo samostatné části konstrukce. Skutečně plného a efektivního uvedení do praxe se dočkal železobeton teprve na počátku 20. století a rutinního zvládnutí dokonce až po 1. světové válce.
Industrial structures of the 19th century undoubtedly represent a principal turning point in the development of spatial architectural concept. The transition from agricultural to industrial society, from manufacture to mass production was accompanied by a need for totally different production facilities. A large, unstructured area, a higher number of storeys, as well as production speed became decisive conditions. The whole process was, in the first place, leveraged and catalyzed by introduction of new materials, the skeleton as a primary supporting structure, and spatial or unit “prefabrication“. Metal structures (cast iron, steel, large-area glass) were exploited first. Nicméně jejich zavádění souběžně provázely také první kroky v odhalování možností cementu a betonu, materiálů, které si velmi rychle nacházely neotřesitelné pole působnosti v oblasti inženýrských děl, zakládání a výroby drobných architektonických prvků (dlažby, odlitky aj.).
První továrny v Anglii užívaly kovový skelet už na konci 18. století. Tyto konstrukce, ačkoli ještě ne železobetonové, připravily půdu pro budoucí rozvoj průmyslové architektury. Historický vývoj materiálu na bázi hydraulických pojiv (pojiv, která tuhnou a tvrdnou pod vodou) nalézáme první stopy již ve starověku. V 17. a 18. století se v Nizozemsku objevily cementárny, které vyráběly částečně hydraulická pojiva.
Čtěte také: Panelové stropy: Co je dobré vědět
Železobetonový skelet nalezl nejširší odezvu zejména u rozměrných mnohapodlažních objektů s důrazem na volnou nebo variabilní dispozici (průmysl, obchodní domy, velkotržnice apod.). Proti starším smíšeným konstrukcím výrobních objektů nabízel řadu rozhodujících výhod:
- vysoká únosnost (rozpony, podlažnost, zatížení),
- prostorová tuhost a jednolitost konstrukce (dynamické namáhání, bodové zatížení, menší rozsah ztužujících prvků),
- prostorově-konstrukční variabilita.
Fascinujícím přínosem byly zejména vlastnosti betonu jako materiálu - odolnost vůči mechanickému a chemickému namáhání, povětrnosti, vysokým teplotám, požáru a působení elektrického pole.
Typické konstrukční řešení betonových stropů v meziválečném období
Železobetonový skelet meziválečných průmyslových staveb vycházel přirozeně nejčastěji z ověřeného, přehledného schématu - podpora - průvlak - trám - deska (např. servisní budova Aero v továrně letadel v Praze 9 - Vysočanech od J. Freiwalda a J. Böhma z roku 1923). Vedle tohoto v zásadě konvenčního řešení se ale začaly záhy objevovat i variace na téma ploché stropy - pilíře s hřibovými hlavicemi; princip vynucený požadavky maximálního rozponu, extrémního zatížení a výhodného poměru mezi konstrukční a světlou výškou (např. Automobilka Praga v Ocelářské ulici v Praze 8 - Libni od S. Bechyněho a Z. Merze z let 1917 až 1918, jež byla zbourána v roce 2002, nebo Nákladové nádraží Žižkov od K. Caivase a V. Weise z let 1934 až 1937).
Na počátku století se, a opět v několika hlavách současně, objevují také ploché železobetonové stropy na hřibových hlavicích - další z konstrukcí, která integrovala nesené a nesoucí části, a potenciál železobetonu tak využívala lépe. Hřibové stropy měly větší únosnost i rozpony, složitější armaturu v ceně i rychlosti provedení vyváželo jednodušší bednění, jejich rovná spodní strana usnadnila instalace a výhodou byla také nižší konstrukční výška podlaží a lepší distribuce světla. Přesto jejich využití zůstalo v meziválečném období omezeno na skladiště a továrny.
Výhody železobetonového skeletu pro průmyslové provozy přesvědčivě dokládá skutečnost, že býval často proveden, místo tradičního lehkého krovu, ve formě železobetonových rámů až do konstrukce mansardové střechy (např. budova ETA v Bartoškově ulici v Praze 4 - Nuslích od Bukovského a Kottlanda z let 1924 až 1926). Doslova revoluční zvrat znamenala železobetonová stropní, respektive střešní, konstrukce jako neodolatelné vábení uzavřít objekt plochou střechou.
Čtěte také: Vlastnosti Spiroll stropů
Technický vývoj a normativní rámec
Jak sílilo betonové stavitelství, vzrůstala potřeba vytvoření předpisů pro návrh betonových a vyztužených betonových konstrukcí. Předpis o zřizování nosných konstrukcí ze ztuženého nebo prostého betonu při stavbách pozemních (15. 6. 1911) a dodatek k témuž předpisu (15. 9. 1918) byly klíčové pro zajištění kvality a bezpečnosti staveb. Z uvedeného výčtu je zřejmé, že metodika navrhování armovaných betonových průřezů postupně prošla od klasické teorie (dovolených namáhání) přes stupeň bezpečnosti až k mezním stavům.
S ohledem na vývoj výztužných ocelí a poznatky o trvanlivosti betonu vzrůstaly požadavky na minimální tlakovou pevnost betonu. Podle přednormových předpisů se kvalita betonu předepisovala minimální krychelnou pevností (zkoušela se po šesti týdnech), přičemž minimální pevnost betonu podle dodatku z roku 1918 byla 130 kg/cm² s minimálním množstvím cementu 240 kg/m³ při poměru cementu s kamenivem 1:5.
Z materiálového hlediska betonářské výztuže předepisoval dodatek předpisu z roku 1918 pro svářkové železo dovolená namáhání v tahu na 1 000 kg/cm² a ve smyku na 600 kg/cm², zatímco pro plávkovou ocel tyto hodnoty zvýšil na 1 200 kg/cm², respektive 700 kg/cm².
Estetika a funkce
Estetiku výrobních objektů bezesporu silně předurčuje jejich užitný charakter, důraz na návratnost investice a absence potřeby dodatečně vnesené exkluzivity nebo vypovídací hodnoty. Omezujícím faktorem se naopak stává značný objem a jednolitost budovy, případně charakter pouhého hranolového „obalu“. Navzdory převaze pragmatických podmínek existují i v meziválečné průmyslové architektuře půvabné, formálně bohaté výjimky.
Většina meziválečných výrobních objektů se potýkala se zásadním problémem dokonalého osvětlení pracovního místa, daným velikostí volné nečleněné plochy podlaží. Tato podmínka přirozeně vedla ke snaze maximálně odlehčit průčelí zaváděním mechanického rastru oken, zvětšováním jejich počtu a velikosti; později s nástupem železobetonového skeletu uplatněním pásového okna a v krajním případě prosklením průčelí, někdy vymezeným přiznáním nosné struktury.
Beton pokládali meziváleční architekti a stavitelé za extrémně odolný materiál, esteticky i funkčně plnohodnotný povrch. Nezřídka ho proto ponechávali na průčelí i v interiéru výrobních objektů jako pohledový (úspory, omyvatelnost…). Pohledový beton se uplatňoval nejenom ve větších plochách (konstrukce), ale i u detailů, kde je s výhodou využíváno prefabrikace, výroby přesného, levného stavebního prvku ve velkém množství: ostění a rámy oken, betonové mříže, sklobeton, ozdobné hlavice, římsy, kuželky zábradlí, stojany osvětlení apod.
Tabulka: Vývoj minimální pevnosti betonu dle dobových předpisů
Následující tabulka ukazuje, jak se měnily požadavky na minimální pevnost betonu v tlaku v průběhu času.
| Období / Předpis | Minimální pevnost betonu | Množství cementu | Poměr cementu : kamenivo |
|---|---|---|---|
| Dodatek z roku 1918 | 130 kg/cm² (krychelná po 6 týdnech) | 240 kg/m³ | 1:5 |
| Pozdější předpisy | 150 kg/cm² (krychelná) | Nespecifikováno | Nespecifikováno |
| ČSN 73 2001:1955 | Zn. 135 (13,5 MPa) | Nespecifikováno | Nespecifikováno |
| První norma pro mezní stavy | Třída I (13,5 MPa) | Nespecifikováno | Nespecifikováno |
| Další normový předpis | Třída B 12,5 | Nespecifikováno | Nespecifikováno |
| Stávající platná norma (Eurokódy) | Třída C12,5/15 (19 MPa) | Nespecifikováno | Nespecifikováno |
tags: #betonove #stropy #v #18 #stoleti