Zvýšené využití zděných konstrukcí je klíčové pro efektivnější návrh staveb. Tématika vyššího využití zděných konstrukcí má tři hlavní cíle. Prvním cílem je vyšší využití vlastního materiálu zděných konstrukcí, což vede k vyšší únosnosti a umožňuje ekonomičtější návrh. Druhým cílem je zvýšení celkové spolehlivosti zděné stavby, zajištění její vyšší kompaktnosti a také životnosti. Třetím cílem pak je zvýšení odolnosti zdiva při živelných pohromách, kdy účinky jsou vyšší než obvyklé normové hodnoty používané běžně pro návrh staveb.
Konstrukce jsou dnes navrhovány podle platných norem a na základě empirické zkušenosti. Na mimořádné účinky jsou dimenzovány pouze v případech, kdy je to vyžadováno předpisy, zejména požárními. U zděných konstrukcích je dnes často postupováno podle zaběhnutých postupů a řešení těchto konstrukcí je mnohdy považováno za banální. Jak zvýšit odolnost stavby v jejím návrhu? Co mohu udělat, aby stavba byla stabilnější nebo jednoduše pevnější?
Proto je tento text věnován návodům pro zvýšení odolnosti běžných nízkopodlažních i vícepodlažních zděných staveb včetně možností zvýšení odolnosti za běžnou mez danou současně platnými normami a zvyklostmi. Myšlenka hledání většího využití zděných konstrukcí se objevila v chvíli, kdy jsme sledovali účinky tornáda na zděné stavby v roce 2021 na Jižní Moravě. Několikanásobné zvýšení tlaku větru a jeho extrémní sání způsobovalo poruchy zděných stěn až po rozvalení celých staveb.
V té chvíli jsme si uvědomili, že současné běžně používané systémy a konstrukce zděných staveb by měly být uzpůsobeny také pro větší odolnost vůči takovým mimořádným účinkům. Cílem všech opatření je nejen zvýšení spolehlivosti a prodloužení životnosti zděných staveb, ale i snížení následků a nákladů na opravy. Základní otázkou je, jak zdivo a zděné stavby posílit.
Typy zděných konstrukcí a jejich normativní rámec
Zděné objekty sestávají ze vnitřních a obvodových stěn. Pro tyto stěny volíme vhodné technické a materiálové řešení. Rozlišujeme převážně vnější stěny s tepelně izolační a nosnou funkcí a vnitřní nosné stěny, kde může přibýt i funkce akustická. Nejvíce užívané jsou stěny z běžného zdiva. Současně platné normy zahrnuté v souboru Eurokódu 6 platí pro navrhování konstrukcí pozemních a inženýrských staveb z nevyztuženého zdivo, tj. běžného zdiva ze zdících prvků a malty. Zděné stavební konstrukce v současné době navrhujeme a posuzujeme podle norem zahrnutých do skupiny Eurokódu 6:
Čtěte také: Typy cihel pro stavbu krbu
- ČSN EN 1996-1-1:2013 Eurokód 6 - Základní norma.
- ČSN EN 1996-1-2:2006 Eurokód 6 - Norma pro požární účinky.
- ČSN EN 1996-2:2007 Eurokód 6 - Norma pro provádění a materiály.
- ČSN EN 1996-3:2007 Eurokód 6 - Norma pro zjednodušené metody výpočtu.
V uplynulých třiceti létech došlo k výraznému rozvoji zdicích prvků a posunu v technologii a výstavbě zděných pozemních staveb. Používány jsou nové zdicí prvky s většími rozměry a účelovými otvory, jiné typy malt a nové technologie vyzdívání. Stěny podle spojení zdících prvků maltou rozdělujeme na dvě skupiny. Jedná se o stěny z broušených cihel a bloků na tenkovrstvou maltu a stěny z cihel a dalších zdících prvků na obyčejnou maltu. Existuje zdivo spojované na pěnu nebo lepidla a pěna nahrazující maltu celoplošně. Volba jednoho z uvedených typů je zásadní rozhodnutí pro řešení zděné konstrukce.
Podle statického působení konstrukcí stavby a vazby mezi vodorovnými nosnými konstrukcemi a zděnými stěnami můžeme zděné stavby rozdělit na několik typů:
- Přízemní jednopodlažní stavby pouze se střešní konstrukcí a zděnými stěnami nebo pilíři.
- Nízkopodlažní stavby jsou jedno až třípodlažní budovy s pevnými vodorovně tuhými stropními konstrukcemi. Patří sem i domy s druhým nebo třetím podlažím řešeným jako podkroví.
- Vícepodlažní stavby od čtyř podlaží mají tuhé stropní konstrukce zavázané do příčných stěn.
- Vysokopodlažní zděné stavby uvažujeme v našich podmínkách od sedmi podlaží.
Zvýšení spolehlivosti zdiva a vliv štíhlosti stěny
Štíhlost stěny je vedle výstřednosti svislé síly základním faktorem, který má vliv na únosnost zdiva. Zjednodušeně je možné říci, že štíhlost je u zdiva poměrem výšky stěny a její tloušťky. Přesnější definice hovoří o poměru vzpěrné neboli účinné výšky a tloušťky zdiva. To platí pro průběžné stěny a obdélníkový vodorovný průřez zdiva. Uvažovaná výška označená h je vzdálenosti mezi patou stěny u spodní stropní konstrukce nebo základu a hlavou stěny u horní nosné stropní konstrukce. To platí, pokud je stěna upnuta mezi pevné a tuhé stropní konstrukce.
Obvykle se výška stěny pohybuje mezi 2 750 až 3 250 mm, pro bytové zděné stavby bývá obvykle 2 750 mm. Podle tloušťky můžeme stěny rozdělit na široké, tj. například 375, 440 nebo 500 mm a štíhlé, tj. například 240, 250 nebo 300 mm. Existují dvě základní skupiny stěn podle štíhlosti při výšce kolem 3 000 mm a tuhém stropu - skupina širokých stěn se štíhlostí 60 až 80 mm a skupina štíhlých stěn se štíhlostí 100 až 125 mm. Pokud nebude stěna dobře opřena o strop (tedy nelze uplatnit předpoklad vetknutí do tuhé konstrukce), zvýší se štíhlost o 50 až 100 %.
Štíhlosti do 100 mm nejsou tak nebezpečné jako nad 200 mm, neboť tyto méně odolávají ve vzpěru, tj. vybočení stěny. Ke snížení výstřednosti svislé síly a tím i vyššímu využití zdiva je velmi vhodná konstrukční úprava v uložení stropu. Opření zděné stěny v hlavě o stropní konstrukci je základním předpokladem pro zvýšení její únosnosti. Druhým důvodem je možnost využití tuhé stropní roviny k přenosu vodorovných sil ze stěny na příčné stěny. Tím je zároveň zajišťována i vyšší tuhost celé stavby. Zejména u vysoko podlažních budov je takové schéma žádoucí.
Čtěte také: Trendy v cihlových obkladech do kuchyně
Prvkem pro vyšší využití zdiva a tvorbu vnitřních rezerv je jeho průběžnost bez předělení vloženými prvky mimo stropů. Mezi cihly vložená tepelná izolace nebo do vodorovných spar vložené pásy zdivo rozdělují a neumožňují spojení maltou. Účinnost spojení zdiva a stropní konstrukce pak závisí pouze na tření. Propojení zdiva ve vodorovné spáře maltou zvyšuje jeho vzájemné spojení a v případě vzniku drobných tahů zachovává jeho kompaktnost až do překročení tahové pevnosti malty. To je právě rezerva pro vyšší odolnost proti účinku mimořádného zatížení.
Kompaktnost, čili jednolitost zdiva, je dána spojením zdících prvků. Obvyklým jejich spojením a spojením uvedeným v normě je maltování. Rozlišujeme spojení ve vodorovné - ložné spáře a spojení svislé mezi cihlami ve styčné spáře. Aby pilíř působil jako celek, musejí být oba typy spár promaltovány. Zůstávají-li styčné spáry nepromaltovány, můžeme spoléhat jen na pevné zaklesnutí zazubení mez cihlami ve styčných sparách, funkční (tenkou) maltu mezi cihlami v ložných spárách přitíženou dostatečným tlakem shora a dostatečnou správnou převazbu cihel k roznesení zatížení vazbou cihel. Při nefunkčnosti uvedených předpokladů, nebude kompaktnost zdiva dostatečně fungovat.
Zdivo je dnes prvotně navrhováno a používáno jako jednovrstvé zdivo, tzn. zdivo se zdícími bloky na celou nosnou tloušťku stěny. Pro takové obvodové stěny používáme v současné době dva druhy zdících prvků. Jedná se o bloky s cihlami jen pro nosnou funkci a s nutností doplnění tepelné izolace a o cihly a bloky se zároveň nosnou a tepelně izolační funkci.
Styk stěny a stropní konstrukce
Styk stěny a stropní konstrukce je základním prvkem pro zajištění tuhosti zděné stavby. Rozlišujeme styk obvodové a vnitřní stěny se stropem. U obvodové stěny musíme řešit jednostranné uložení stropní konstrukce a požadavky na tepelné izolování.
Při provádění věnců se často řeší otázka, zda věnec nebo stropní konstrukci, jež je věnec součástí, podložit asfaltovým pásem. V tomto případě je výhodné vložit mezi zdivo a věnec (stropní konstrukci) asfaltový pás tloušťky min 3,0 mm. Asfaltový pás umísťujeme pouze pod věnec, nikoliv v místě tepelné izolace a věncových tvárnic (zvaných věncovek). Vlivem určitého průhybu stropní konstrukce (každá stropní konstrukce se při jejím zatížení prohne) dochází ke zvyšování kontaktního napětí v tlaku na okraji cihly. Asfaltový pás tak lépe roznese zatížení tím, že vyrovnává drobné nerovnosti například od keramobetonových nosníků, kde vytváří pro uložení nosníku jakýsi „polštář“.
Čtěte také: Šamot pro vytápění
Určitou výhodu je vložení pásu i z důvodů smršťování betonové konstrukce vlivem zrání betonu. Dalším důvodem jsou svisle děrované cihly, kdy beton zatekl do těchto svislých dutinek a vytvořil spolu se stropem pevné spojení. Vložením pásu nedochází k ohrožení statiky stropní konstrukce, která svou velkou váhou betonu pás dostatečně zatíží.
Někteří výrobci doporučují vkládat asfaltový pás i nad stropní konstrukci pod zdivo v dalším podlaží. Otázka vhodnosti je zejména u využití nadezdívky v dalším patře pro přenášení zatížení z krovu k zamyšlení. Pro zvýšení stability nadezdívky je tedy vhodné provést betonáž věnce přímo na zdivo a zajistit tak určité propojení. Věnec je zde samostatným prvkem bez stropní konstrukce, a tudíž žádný průhyb od ní nehrozí. Věnec je tedy spojen s nadezdívkou. Pro zlepšení celé situace je vhodné zajistit i spojení nadezdívky se stropem, na který se toto zdivo ukládá. Zde si tedy odpovíme na otázku vhodnosti vkládat asfaltový pás i nad stropní konstrukci. Vložením tohoto pásu tedy přerušíme spojení věnec - zdivo - strop, což je nevhodné.
Je nutné upozornit, že toto spojení věnec - zdivo - strop bez asfaltového pásu v žádném případě nenahrazuje nutnost realizovat a dimenzovat pozední věnec, jeho upnutí do příčných stěn a přenášení vodorovných sil od krovu. Vynecháním asfaltového pásu však určitou únosnost zdiva v ohybu aktivujeme.
Věnce pod pozednicí a jejich význam
Věnec pod pozednicí je důležitý ztužující prvek domu. Je na něm umístěna střecha, která ho namáhá nejenom svislým zatížením, ale podle konstrukce střechy i zatížením vodorovným (sedlová střecha má tendenci se rozevírat). Pod střechou je železobetonový prvek, do kterého je ukotvena střecha a který zajišťuje stabilitu stěn. Ztužující věnce jsou nezbytnou součástí zděných staveb pro zajištění tuhosti stavby a k přenášení účinků zatížení od vodorovných sil. Při návrhu konstrukcí zděné stavby je potřeba najít vhodný kompromis při dimenzování konstrukcí s ohledem na statický návrh, tepelnětechnické požadavky a proveditelnosti na stavbě.
Typické příklady jsou vyobrazeny na obrázku 1 (schéma účinků od krovu na zdivo). Každé řešení má své výhody i nevýhody. Ale obecně platí, že čím větší je objem železobetonového prvku ve zděné konstrukci, zejména na šířku, tím je potřeba věnovat více pozornosti tepelné izolaci konstrukčního detailu. Typickým příkladem je styčník stěny a střechy, či průběžný věnec ve štítu stavby. Dalším typickým místem, které si zaslouží pozornost je styčník strop - stěna u více podlažních domů. Důvodem je novelizovaný postup statického schématu podle nové generace Eurokódu 6 resp. podle ČSN EN 1996-1-1, kdy se oproti současné normě platné do 30. 3. 2028 pracuje jinak s excentricitami v místě uložení stropu na stěnu. Bude tak zřejmě nutné zvětšit délku uložení stropních desek a rozšířit je tak více k vnějšímu líci zdiva.
Standardní věncovky mají šířku 80 mm a poměrně malý tepelný odpor. Často slouží jen jako ztracené bednění v oblasti věnců pod pozednicí. V oblasti stropů se věncovky někdy nahrazují jinými prvky jako jsou jiné druhy zdicích prvků nebo se do líce zdiva použije vytažený izolant např. expandovaný polystyren. Nová tepelněizolační tvarovka se vyznačuje malou tloušťkou, lepší tepelnou izolací a rychlou zpracovatelností na stavbě. Nepostradatelnou vlastností je dobrá opracovatelnost zdicí tvarovky, která je důležitá pro tvarování bednění či ořezávání např. při průchodu krokví. Jako příklad použití si můžeme uvést konstrukční detail v místě pozednice a věnce v jednovrstvém zdivu z tepelněizolačních cihel šířky 440 mm.
Pro ilustraci místa detailů je uveden obrázek s ilustrativním umístěním řešených konstrukčních detailů. Je vidět, že vnitřní povrchové teploty jsou dostatečně vysoké. V detailu pozednice je lineární činitel prostupu tepla záporný, tudíž žádný tepelný most nevzniká.
Zdivo pod střešní konstrukcí musí být zakončeno pozedním železobetonovým věncem. Ten je buď součástí stropní konstrukce, nebo je proveden na podezdívce pod prvky krovu či vazníků. Rozměry a dimenze výztuže věnce musí odpovídat statickému návrhu. U pevného stropu a krovu propojujeme věnec pod pozednicí s věncem u stropní konstrukce. Při návrhu domu s otevřeným vnitřním prostorem a velkými otvory ve stěnách se již při návrhu neobejdeme bez práce statika.
Typy střech a jejich vliv na zděné konstrukce
K zastřešení zděných budov můžeme využít obou nejběžnějších typů střech, a to jak střechy sklonité, tak střechy ploché. V tomto případě řešení střechy nad zděným objektem provedeme pevnou stropní konstrukci jedním z dříve již popsaných způsobů. Na konstrukci stropu se provedou vrstvy střechy s tepelnou izolací a se spádem zakončené povlakovou krytinou. Uvedenou skladbu lze upravit pro vrchní krycí násyp z drobného kameniva nebo pro vrstvy vegetační střechy.
Střecha je realizována nad stropem posledního podlaží. Klasickým příkladem je zřízení podkroví nebo půdního prostoru pod střechou. Pro vytvoření tohoto prostoru nejčastěji využíváme samostatné konstrukce dřevěného krovu. Menší půdní prostor lze vytvořit i konstrukcí z dřevěných vazníků. Prostor ale bude ale výrazně omezen svislými a šikmými prvky vazníků, které se pravidelně opakují přibližně po jednom metru.
U sklonité střechy s krovem vzniká potřeba uložit dřevěné podélné trámy na krajích stavby, proto vznikají střešní nadezdívky, na kterých jsou položeny pozednice krovu. Tyto nadezdívky jsou obvykle pokračováním obvodové zděné stěny v prostoru půdy nebo podkroví. Jejich výška obvykle kolísá mezi 500 až 1500 mm, často je užívána výška 750 mm nebo 1000 mm včetně poslední vrstvy cihel s železobetonovým věncem.
Do tohoto věnce je kotvena pozednice, která je u dnes užívaných krovů namáhána svislými a vodorovnými silami, proto vyžaduje zakotvení, aby nedošlo k posunutí krovu nebo poškození zdiva vodorovnou trhlinou ve spáře. Železobetonový věnec nebo zakotvení do stropní konstrukce jsou jediným možným řešením. Samotný věnec na nadezdívce není vhodný, neboť by se sám musel opírat o příčné stěny a v nich navazující věnce. Podkroví ale obvykle tyto stěny nemá. Proto je věnec doplňován svislými prvky k propojení do stropních konstrukcí a jejich pozedních věnců. Jsou to železobetonové sloupky v nadezdívce nebo ocelová táhla. Zvolení celé úpravy je odvislé od typu a velikosti krovu, vzdálenosti jeho podpor, tíhy krytiny a výšky a provedení nadezdívky.
Štítové stěny zděných podkroví a půd byly v minulosti samostatnou konstrukcí. Dnešní krovy ale využívají štítových stěn jako pevné podpory. Nahrazují tak krajní vazbu krovu, která by dnes často vadila využití vnitřního prostoru pod střechou. Při návrhu zděné štítové stěny tak musíme počítat s účinky zatížení konstrukcí krovu a i účinky působení větru na stěnu. To je důležité zejména proto, že dnešní cihly jsou lehčí a nemohou vlastní hmotností lépe odolat účinkům vodorovných sil od větru a krovu. Dalším důvodem je užívání stěn menších tlouštěk, tj. pod 250 mm, které hůře odolávají při postavení bez opory ve své horní části.
Vodorovné síly od střešní konstrukce na pozednici vznikají dnes právě proto, že jsou často navrhovány a prováděny krovy bez úplné stolice. Stolice krovu dříve zahrnovaly spodní kleštiny a vzpěry nebo krovy obsahovaly zachycení pozednice šikmými ocelovými táhly do vazních trámů nebo stropních nosníků. Použití vazníků na zdivu je výhodné, neboť vyvozují převážně pouze svislé síly od váhy střechy a sněhu. Vazníky ale pro svoji malou tuhost ve vodorovné rovině nemohou vytvořit dostatečnou opěru pro zhlaví zděné stěny. Záleží na výšce a tloušťce stěny, aby tato byla dostatečně masivní a stabilní pro daný účel. Pro zatížení stěny je nejvhodnější umístění reakce od střešních konstrukcí do osy stěny nebo s minimální excentricitou od této osy. Pro správnou statickou funkci stavby je důležitá koordinace při návrhu střešní konstrukce a zděné konstrukce budovy. Zdivo musí přenést vodorovné účinky od střešní konstrukce a jeho provedení je potřeba tomu přizpůsobit a důsledně staticky prověřit.
Porovnání základních vlastností věncovek
Nové věncovky jsou určeny pouze pro zdivo z broušených cihel, zdí se na systémovou zdicí PU pěnu a pro zajištění stability při lití čerstvého betonu do věnce se používají systémové kotvicí prvky.
| Vlastnost | Standardní věncovky | Nové tepelněizolační tvarovky |
|---|---|---|
| Šířka | 80 mm | Malá |
| Tepelný odpor | Poměrně malý | Lepší |
| Zpracovatelnost | Běžná | Rychlá na stavbě, dobrá opracovatelnost |
| Použití | Ztracené bednění věnců pod pozednicí | Pro zdivo z broušených cihel |
| Zdění | Běžná malta | Systémová zdicí PU pěna |
| Stabilizace | Běžné postupy | Systémové kotvicí prvky |
tags: #cihly #mezi #střechou #a #věncem #účel