V ideálním světě stavebního inženýrství by byly všechny sloupy úhledně zarovnány od základů ke střeše, což by vytvářelo průběžný přenos zatížení. Ale budovy jsou jen zřídka tak jednoduché. Změny v užívání mezi jednotlivými patry (například parkovací garáže pod lobby nebo třeba kanceláře pod byty) často vyžadují posun rastru sloupů, aby vyhovoval jak architektonickým, tak funkčním potřebám. Poznejte neprůběžný sloup, kterému se běžně v zahraniční literatuře říká „kráčející“ sloup.
Neprůběžný sloup je konstrukční sloup, který je vodorovně odsazený mezi jednotlivými podlažími a tedy v tomto smyslu kráčí nějakým směrem, což umožňuje postupné posouvání umístění plánu sloupů bez náhlých přenosů zatížení. Na rozdíl od šikmých sloupů se kráčející sloupy skládají z vertikálně naskládaných segmentů odsazených na každé úrovni podlahy.
Historický vývoj a architektonický význam betonu
Technický vývoj betonu a železobetonu je v posledních desetiletích předmětem podrobného zkoumání, které však ukazuje, že až do devadesátých let 19. století zůstával beton především levnou náhradou tradičních materiálů. Jestliže stavební inženýry tehdy zajímala především jeho ohnivzdornost a užívali jej proto především jako výplň a ochranu železných stropních konstrukcí, architekty přitahovala jeho schopnost přijímat historické tvarosloví a využívali jej snad až překvapivě často i v měřítku celých staveb, včetně reprezentativních i chrámových.
Dějiny snah dát železobetonovým konstrukcím odpovídající architektonický výraz podal v padesátých letech Peter Collins (1920 - 1981) jako úvod své monografie Augusta Perreta a další, kanadský historik Réjean Legault podrobně zmapoval francouzskou debatu na toto téma. Neméně zapáleně se však diskutovalo také německy ve střední Evropě, která v technickém vývoji za Francií nijak nezaostávala a nechávala daleko za sebou např. Británii. Mnohé z toho, co zdejší architekti a publicisté, jako byl např. šlechtic Emil von Mecenseffy, promýšleli před první světovou válkou, bylo znovu objevováno i po ní: snad v důsledku dějinných zvratů, snad díky zvláštní povaze tohoto již téměř sto padesát let „nového“ materiálu - „jakoby k němu každá generace přistupovala od začátku coby k právě objevenému“.
Očekávání, že s novým stavebním materiálem vznikne také nový architektonický styl, patrně jako první formuloval již roku 1846 Carl Bötticher, pro něhož vývoj architektury určoval způsob zastřešení prostoru. Oním materiálem však tehdy mělo být železo. Eiffelova věž a Dutertova a Contaminova Galerie strojů byly bezpochyby „triumfem železa“, zároveň však Světová výstava v Paříži v roce 1889 přinesla zklamání z toho, jak se jeho umělecký potenciál stále nedaří naplnit - a to i u francouzských racionalistů, tedy následníků Eugèna Viollet-le-Duca, kteří sice oceňovali pravdivé odhalení konstrukce, ale inženýrské výkony pro ně ještě architekturou nebyly. V německojazyčném prostředí převažoval podobně zdrženlivý postoj Gottfrieda Sempera: „Architektura … si s takovým skoro neviditelným materiálem nesmí začínat, nechce‑li tvořit pouhé lehké přístřešky, ale působit svou hmotou.“ V základu tohoto uvažování je teorie tektoniky již zmíněného Carla Böttichera, který roku 1843 při studiu architektury klasického Řecka a v intelektuálním prostředí Schinkelovy Bauakademie vytvořil koncept umělecké formy (Kunstform), která navenek zviditelňuje a charakterizuje formu vnitřní: schéma statického fungování konstrukce (Kernform).
Čtěte také: Jak vybudovat betonový základ pro bránu
A právě takové tektonické chápání architektury stálo za nadšeným přijetím železobetonových konstrukcí na počátku dvacátého století: nabídly totiž nejen velkorysá prostorová řešení, ale také vlastní hmotné působení, nejen kostru, ale i tělo, nejen linie, ale i plochy a nejen střechu, ale i zeď. Státní regulace požární bezpečnosti ostatně v té době již prakticky znemožnila ponechat železnou konstrukci odhalenou, evropské vlády však zároveň (v letech 1906 až 1907) postupně uzákonily první normy a závazné statické výpočty pro železobeton, čímž v podstatě postátnily systém patentů a otevřely cestu dalšímu technickému rozvoji. A v neposlední řadě se stavění ze železobetonu ukázalo být o třetinu levnější než stavění ze železa. Architekti jej proto začali dychtivě přejímat z rukou inženýrů.
Průkopníci a inovace
Nejúspěšnějším „systémem“ byl železobetonový skelet Françoise Hennebiqua, který si, jak bylo zvykem, jeho jednotlivé, postupně zdokonalované prvky dával průběžně patentovat. Svůj úspěch však založil především na tom, že přestal být stavitelem, tedy podnikatelem provádějícím stavby, a že si roku 1892 založil „technickou kancelář“ (bureau d’études) dodávající - za desetinu stavebního rozpočtu - do celého světa projekty prováděné místními staviteli na základě jeho koncese a pod technickým dozorem jeho kanceláře. Případná spolupráce kanceláře s architekty byla jednou z forem Hennebiquovy reklamní strategie, způsobem získávání dalších a dalších zakázek. Reklamními počiny svého druhu byly i jeho mnohé realizace předvádějící možnosti železobetonové konstrukce, jako např. jeho vlastní dům postavený roku 1900 na pařížském předměstí Bourg-la-Reine: prosklené stěny, rozměrné konzoly, střešní terasy se (zeleninovou) zahradou i vodárenská věž s vyhlídkou se o dvacet let později zařadily mezi průkopnické formy architektury. Širokého rozšíření se však dočkaly i různé povrchové úpravy plných betonových stěn, tvořících přízemí uliční fasády a ohraničujících pozemek vily. Tři obdobné, do dneška bohužel nedochované přádelny bavlny a vlny, které Hennebiquova kancelář navrhla v letech 1895 až 1896, se staly „estetickým precedentem“.
Odpovědí na potřebu rozsáhlé, nečleněné, dobře osvětlené, únosné a požárně odolné pracovní plochy pro spřádací stroje tehdy byly kubické čtyřpodlažní stavby, odlité včetně členění oken a ozdobných detailů z monolitického železobetonu, které byly manifestací pravidelného rastru skeletové konstrukce, ohraničeného pouze plochami skla. Jeden z prvních Hennebiquových koncesionářů, Eduard Ast, si po jeho vzoru ve Vídni založil projekční kancelář, kterou vedl inženýr Hugo Gröger a jež v Rakousku-Uhersku navrhovala a stavěla podobně nekompromisní železobetonové průmyslové stavby, jaké tehdy proslavily Spojené státy - tzv. daylight factories. Civilní architektura tehdy podobná řešení užívala pouze tam, kde chtěla zdůraznit hygienické přednosti železobetonu - v sociální výstavbě. Exponovaný skelet (který měl být původně na fasádě vyplněn pouze skleněnými tvarovkami) dostal roku 1903 bytový dům v Paříži nebo v roce 1906 vystěhovalecká ubytovna v Rijece.
Ačkoliv byl Hennebiqův železobetonový skelet, stejně jako Considérův nebo třeba Edmonda Coigneta, sestavou tuhých rámů, na pohled se příliš nelišil od dřevěné konstrukce. Jen dva rysy dávaly znát jeho nový, monolitický charakter: prolnutí trámů a průvlaků do jedné roviny stropu a rozšíření - náběhy - ve styku trámů se sloupy. První z nich přinesl znovuzrození kazetových stropů, které přežily z antiky coby dekorativní obal, druhý rys - náběh - pak zůstal rozpoznávacím znakem železobetonových konstrukcí více než třicet let a dostal i řadu expresivních podob, které ohlašovaly hluboké změny, jež si od nich slibovali architekti - nové sepjetí Kunstform a Kernform a také nový způsob spolupráce se stavebními inženýry. Na rozdíl od železného konstrukčního prvku, jehož podobu nemohli ovlivnit, šlo totiž železobetonové sloupy, trámy a oblouky v mezích hospodárnosti tvarovat - a inženýr v nich pak rozmístil a dimenzoval výztuž, aby naplnily svou statickou funkci. V praxi se architekti nejčastěji omezili na modifikace: příkladem jsou obloukové nosníky v oblíbeném dekorativním tvaru bavorského architekta Theodora Fischera (tzv. Fischerbogen), secesní móda však přála i vynalézavým pokusům Ištvána Medgyaszaje ztvárnit elasticitu železobetonových konstruktivních prvků.
Již roku 1904 nizozemský architekt Henrik Petrus Berlage ve svém vystoupení na mezinárodním kongresu architektů v Madridu prorokoval, že železobeton přinese architektuře oproštění a zjednodušení tvarů, v čem jej roku 1910 následoval publicista Josef August Lux, když beton označil za „vychovatele k moderní věcnosti, uznávající nahou krásu účelného tvaru“. Pozornost architektů se však stále obracela k jeho zdobení, nejčastěji pomocí negativních šablon vkládaných do bednění a také pomocí povrchových úprav, které mu dávaly vzhled kamene, aniž by ale článkováním napodobovaly stavby skutečně kamenné. Železobeton ovšem není možné používat „pravdivě“ v Ruskinově smyslu, železo v něm musí zůstat neviditelné, lze však ukázat proces jeho odlévání.
Čtěte také: Montáž betonových plotových panelů
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. V Evropě se více rozšířila americká konstrukce C. A. P. Turnera z let 1905 až 1906, který vkládal prstence armatury do průniku sloupu a diagonálně vyztužené desky. Štrasburský stavitel Eduard Züblin ji převzal v roce 1913 a Stanislav Bechyně, tehdy inženýr firmy Skorkovský, ji jako první v Rakousku-Uhersku využil o tři roky později. Hřibové stropy měly větší únosnost i rozpony, složitější armaturu v ceně i rychlosti provedení vyvážilo 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. Okraje hřibových, ovšem i trámových stropních desek je vhodné vykonzolovat, aby se vyvážilo vedlejší pole a příslušný sloup byl ve vodorovném směru zatěžován symetricky. Řešení bylo známé americkým stavitelům továren nejpozději od roku 1917, kdy si je dal v Chicagu patentovat Paul Gerhardt starší (1863 - 1951). Do evropské architektury přinesl toto řešení Ludwig Mies van der Rohe v roce 1922 návrhem železobetonové administrativní budovy pro Berlín. Volná fasáda patří samozřejmě spolu s pilotami, střešní zahradou, volným půdorysem a okny na šířku k Le Corbusiérovým Pěti bodům nové architektury, jak je publikoval v roce 1927 a jejichž společnou konstrukční podmínkou byl právě plochostropý skelet. Již roku 1915 se Le Corbusiér spolu s inženýry Maxem Du Bois a Justem Schneiderem pokusil patentovat si pro zamýšlený stavební podnik konstrukční systém se železobetonovými sloupy, nesoucími tehdy běžný strop složený z dutých tvarovek, zalitých cementem na bednění z ocelových I profilů. Jen tak totiž mohl svým sloupům dávat nejen entasi (mírné vydutí křivky dříku sloupu - pozn. red.), ale i zvláštní způsob kanelování, jak si to vyzkoušel právě roku 1923, kdy dokončil mariánskou pamětní kapli v Le Raincy jako „projev naprosté upřímnosti ve snaze důsledně odpovědět na všechny cíle stavby co nejjednodušším způsobem a s použitím co nejdokonalejších prostředků“. I její stavební obálka je oddělená od konstrukce a je seskládána z betonových tvárnic vyplněných sklem, které byť byly vyráběny přímo na staveništi, představují krok směrem k prefabrikaci. Pro nedostatek prostředků zde Perret většinu povrchů ponechal tak, jak vyšly z bednění, což se stalo precedentem pro poválečný béton brut. Ale také zastřešení kaple, vypůjčené opět z průmyslové architektury, ukázalo budoucnost tohoto materiálu - splynutí nesoucích a nesených částí do jediného geometrického tělesa a tedy popření tektoniky podpory a břemene. Tenké válcové železobetonové skořepiny ve firmě bratří Perretových navrhoval Louis Gellusseau. V letech 1912 až 1914 tímto způsobem zastřešil skladiště v Casablance a roku 1920 navrhl letecký hangár, krytý sestavou dvojitě zakřivených skořepin. Příbuzné, ale zcela jedinečně „proskládané“ parabolické skořepiny třísetmetrových hangárů pro vzducholodě, postavené v letech 1922 až 1923 firmou Eugèna Freyssineta na letišti v Orly. „Ale je to architektura? Ne! Ještě ne!“ dal se slyšet Perret.
Problémy vázané k neprůběžným sloupům
Neprůběžné sloupy, i když jsou výhodné v určitých konstrukčních uspořádáních, představují jedinečné konstrukční výzvy, které přesahují rámec konvenčních norem, jako je ACI 318 nebo Eurokód. Tyto prvky obvykle vykazují nízký poměr rozpětí k výšce - v rozmezí od 1:9 do 1:4 - čímž se zásadně liší od vysokých nosníků. Pro poměry menší než 1:4 jsou obecně upřednostňovány stěnové nosníky kvůli jejich zvýšené odolnosti proti převrácení, podepřené na dvou protilehlých plochách. Naproti tomu štíhlá geometrie neprůběžných sloupů může inhibovat tvorbu diagonálních kompresních polí podobných vzpěrám, která jsou charakteristická pro chování vysokých nosníků. V důsledku toho jejich návrh vyžaduje pečlivé zvážení působení vzpěry, složitou výztuž napojení a spoléhání se na přístupy založené na mechanice, jako je metoda vzpěra-táhlo.
To, zda metoda vzpěra táhlo zůstane efektivní a také efektivní ve všech poměrech stran - zejména v úzkých případech - vyžaduje další vyhodnocení pomocí sofistikovaných nástrojů MKP, které zajistí jak bezpečnost konstrukce, tak optimalizaci materiálu. Použití takto vědecky orientovaného softwaru pro návrh betonových sloupů však může být velmi časově náročné kvůli potřebě iterace.
IDEA StatiCa Detail a metoda CSFM
IDEA StatiCa Detail si klade za cíl najít řešení, které poskytne dostatečně realistickou analýzu na základě vstupních dat (nejen odhad) a zároveň se vyhne nutnosti trávit hodiny nebo dokonce dny modelováním. Pomocí aplikace Detail můžete provádět analýzu pomocí metody CSFM, stejně jako modelovat pomocí entit dostupných v aplikaci. To znamená, že nemusíte ručně definovat všechny interakce mezi výztuží a betonem, okrajové podmínky nebo síť. Bezpečnost konstrukcí především.
V metodě vzpěra-táhlo předpokládáme, jak bude model vzpěra-táhlo vypadat, a podle toho pak navrhneme jeho jednotlivé komponenty. Výše uvedené poměry jsou také obvykle založeny na zkušenostech. Co když ale potřebujeme navrhnout trochu jiný typ konstrukce? Můžeme si být 100% jisti, že se konstrukce chová přesně tak, jak jsme předpokládali? Metody MKP mohou poskytnout tuto úroveň jistoty. Ohio State University nedávno zveřejnila srovnání použití modelu vzpěra-táhlo, CSFM (IDEA StatiCa) a MKP (ABAQUS), přičemž se analyzovalo několik modelů. Srovnávací analýza odhaluje jasné trendy. ABAQUS konzistentně předpovídá vyšší kapacity, což odráží jeho sílu při zachycování složitého chování materiálu a podmínek zatížení. Naproti tomu vzpěra-táhlo a CSFM (s ϕ faktory) poskytují konzervativnější odhady. Metoda CSFM se ukázala jako spolehlivý nástroj pro hodnocení neprůběžných sloupů, který nabízí cenné poznatky o mechanismech selhání a výkonnosti konstrukce.
Čtěte také: Jak správně vybrat a instalovat betonové obrubníky?
Od teorie k praxi
V praxi nejsou vždy k dispozici ideální případy, které odpovídají teoretickým modelům. Klíčovou výhodou aplikace IDEA StatiCa Detail (CSFM) je její schopnost modelovat a analyzovat jakoukoli geometrii bez ohledu na její složitost, což uživatelům nabízí vysoký stupeň flexibility. Výsledky zahrnují pole napětí a deformace, šířky trhlin, dráhy zatížení a poměry využití, které uživateli poskytují velmi jasnou představu o tom, co se děje v konstrukci a jak je zatížení aplikováno. Je možné konfigurovat hodnocení pro normy ACI i EN. Aplikace obsahuje materiálové knihovny a koeficienty pro obě normy.
CSFM není nový koncept - v praxi je to zavedená metoda již několik let. Byl ověřen jak v akademickém výzkumu, tak v reálných aplikacích. Pozoruhodným příkladem je společnost IMEG, průkopník v oblasti neprůběžných sloupů, která nedávno začala používat IDEA StatiCa Detail k ověřování modelů příhradových prvků kritických konstrukčních prvků. Příklad použití kráčejících sloupů - Vancouver House, The Laurel Rittenhouse Square, Seminole Hard Rock Hotel and Casino od IMEG.
Praktické aplikace a typy betonových sloupů
Betonové sloupy slouží k vytvoření skeletové nosné konstrukce hal či bytových domů. Mohou být vyrobeny přes celá podlaží, mohou mít vyčnívající konzole pro jeřábovou dráhu a mohou mít úložné vybrání pro usazení vazníků či trámů. Sloupy se používají pro nosné halové a skeletové konstrukce. Mohou být dělené po jednotlivých patrech nebo na celou výšku objektu s konzolami pro osazení průvlaků a ztužidel. Sloupy se vyrábí různých rozměrů a délek dle konstrukce a statického návrhu.
Pohledový betonový sloupek je vyráběn technologií litého betonu. Samozřejmostí je dlouholetá životnost, pevnost a odolnost. Technologie litého betonu je nejkvalitnější možná technologie zpracování betonu, která garantuje vysokou pevnost a životnost.
Montáž betonových sloupků pro ploty
Při montáži betonových sloupků je důležité dodržet následující postup:
- Nejprve si vytyčíme hranice pozemku, kudy povede plot. Díky tomu pak přesně budeme vědět kde začít a kde skončit. Na vytyčení použijeme roxory nebo kolíky a stavební provázek. Spodní provázek napínáme cca 5-15 cm nad terénem. Můžeme napnout také horní provázek v předpokládané výšce plotu.
- K vyhloubení děr použijeme nejlépe zemní vrták. Pokud je terén kamenitý, budeme si muset poradit pomocí krumpáče, rýče a lopaty. K vybrání zeminy z děr poslouží ruční bagr.
- Díry s průměrem 25 cm by měly dosahovat hloubky 80 cm (nebo tolik, kolik je zápustná délka sloupku + 30 cm).
- Rozteč mezi drážkami sloupků je 200 cm (délka desky). Vzdálenost středů děr na sloupky je 206 cm.
- Vykopanou díru na sloupek zaplníme z 30 cm betonem a na tuto vrstvu vložíme betonový sloupek. Je nutné stále kontrolovat, že je kolmý.
Oboustranně štípaný průběžný betonový sloupek šedé barvy slouží k zasunutí betonových desek (z obou stran) pro betonový plot. Oboustranně štípaný koncový betonový sloupek slouží k zasunutí betonových desek (z jedné strany) pro betonový plot. Oboustranně štípaný průběžný betonový sloupek přírodní barvy slouží k zasunutí betonových desek (z obou stran) pro betonový plot. Oboustranně štípaný koncový betonový sloupek slouží k zasunutí betonových desek (z jedné strany) pro betonový plot.
Případová studie: Přístavba v Prištině
Někdy jsou domy, ve kterých plánujeme bydlet, navzdory zachovalosti a plné funkčnosti prostě stavby, ve kterých už někdo žil a měl s nimi své vlastní plány, které se pak novým majitelům nemusí zdát pochopitelné. Příkladem je dům, který si jeho původní majitel přál výrazně rozšířit a dodat mu charakter luxusní vilky kalifornského střihu. V divokých devadesátých letech byly takové stavební úpravy na Balkáně v módě. Jenže už to nestihl. Objekt se rozšíření nedočkal a třetina jeho dosud volné parcely tím byla bohatší o podivné dědictví: sérii betonových sloupů, jež jednou měly nést přístavbu. Opuštěných ve své nedokončenosti. Po nějaký čas bylo toto stavení bez majitele, a čtvercové betonové sloupy lemující dům ze severovýchodní strany, zvolna pohlcovala zeleň zdivočelé zahrady. Nový majitel byl sice povšechně rád za solidní bydlení, ale neviděl hlubší užitek ve sloupech, vystupujících z džungle ovíjivých plevelů. Že by do nich zasadil panorama středoamerické džungle? Sloupy skutečně vzdáleně připomínaly zbytky po nějaké prastaré kultuře. K užitku ale rozhodně nebyly, a majitel se proto odevzdal do rukou architekta, jehož odhadu a umu důvěřoval. A ten zužitkoval své zkušenosti ze studia 4M Group, aby „v prostoru dvora provedl intervenci“.
Osobní vhled šéf-architekta Përparim Rama si zaslouží pozornost, protože právě z něj se odvíjela budoucnost celého projektu rozšíření/rekonstrukce prištinského domu. „Série betonových sloupů se pyšně a hrdě tyčila do výšky, ale bylo na nich silně patrné, že jejich prapůvodní funkčnost už byla nahlodána časem i podnebím. Bez dalšího zapevnění a překrytí by skutečně neměly dalšího významu.“ Rama odvodil, jaký byl asi původní záměr, tedy že měli nést plošnou expanzi profilu domu a rozšířit jeho funkce. „Byla pochopena funkce, bylo porozuměno minulosti,“ vypráví architekt. „Ale co bylo překvapivé, že tato sloupy lehce naznačená a neexistující stavba už komunikovala s již fungujícím domem. Architektovi přišlo, že betonové sloupy mají pořád co říct, a že původní záměr na rozšíření domu nebyl špatný. Také doplnil, že většina zástavby v této lokalitě si je navlas podobná, protože vznikala komerčním modelem zřetězené ctrl+c /ctrl+v projektové činnosti, typické pro předměstí celého poválečného Kosova. Dům jeho klienta by vypadal totožně, jako všechny zde okolo stojící. Anebo se mohl lišit právě o přístavbu, ke které se betonové sloupy podbízely. „Ano, demolice těchto nevyužitých a vpravdě nesmyslných stavebních součástí by ve většině případů byla tou nejlogičtější odpovědí, ale tady mi nepřišla přiměřená,“ říká Rama. A proto se rozhodl dotáhnout to, co již bylo naznačeno.
K tomu kroku pochopitelně přispěl i stávající majitel, který je, jak Rama říká: „Vášnivým sběratelem čehokoliv.“ Od zajímavých dřevotvarů a geologických vzorků, přes rostliny v květináčích až po starý nábytek. A jak už to tak se sběrateli bývá, cítil se v domě poněkud utiskován. Přístavba, která by se stala světlou galerií, by mohla jeho koníčkům dát rozkvést. Ve zkratce řečeno: sloupy tu zůstaly. A spolu s nimi i 170 metrů čtverečních prostoru, který by zaujal i v oné Kalifornii. Betonové sloupy tu totiž posloužily jako vnitřní opora, kostra, ke které se upínají ocelové nosníky, zastřešující celý prostor prosklenou rámovou konstrukcí. Intervence do vymezeného místa prý byly ve své podstatě minimální. Tenké betonové překlady, oddělující dům od přístavby, byly odstraněny a nahrazeny prosklenými posuvnými dveřmi. Další takové pak ústí ven, do zahrady. Zastřešený prostor si přitom část charakteru „skleníku“ uchovává záplavou zeleně. Izolace vycházela z propočítaných modelů energetické úspornosti, tak, aby se přístavba provozně neprodražila. „Architektonické zásahy, intervence, nás vždycky zasáhnou,“ říká Rama. „Někdy pozitivně a jindy negativně. Neutrální nejsou nikdy. A jak si můžeme být jisti, že naše intervence vnitřní energii domu nezpůsobí újmu? Je třeba naslouchat tomu, co dům vypráví. V tomto případě by odstranění disfunkční architektonické ruiny sloupů poškodilo vnitřní vazbu.
tags: #betonovy #sloup #za #sklem #architektura