Při navrhování a realizaci stropních konstrukcí je jedním z klíčových aspektů zajištění stability a dlouhodobé funkčnosti eliminace nadměrných průhybů. Ty mohou vést k řadě problémů, od estetických vad až po vážné statické poruchy. Tento článek podrobně rozebírá různé metody a techniky, které se používají k eliminaci průhybu stropních desek, včetně předpínání, optimalizace vyztužení a specifických řešení pro různé typy konstrukcí.
Vzepětí nosníků
Hlavním opatřením proti nadměrným průhybům je především předepsané vzepětí trámů při ukládání na podpory. Firma Wienerberger cihlářský průmysl, a. s., ve svém posledním Podkladu pro navrhování uvádí doporučenou hodnotu 1/400 l při štíhlosti stropní desky větší než 15 (u nejvíce prodávaných stropů tloušťky 25 cm to platí pro trámy od délky 4 m). Došlo tak ke zmenšení doporučeného vzepětí z dříve uváděné 1/300 rozpětí. Pokud použijeme síť 4/100-4/100 a odečteme doporučené vzepětí 1/400 l, vychází výsledný průhyb 20,9 mm.
Vliv vyztužení na průhyb trámů
Vliv vyztužení na průhyb trámů je dvojí. Vždy je to zvětšení momentu setrvačnosti výztuží při horním povrchu. To se projeví zmenšením průhybu u všech typů statických schémat.
Celoplošné sítě
Celoplošné sítě však mohou mít ještě větší vliv na celkový průhyb, a to především změnou schématu z prostého na spojitý nosník. Zatímco zvýšení únosnosti nemusí být vždy jednoznačné (pokud je pro únosnost rozhodující smyková únosnost, ke zvýšení nedojde), u průhybu je to patrné vždy a dosti výrazně.
Na obr. 1 je znázorněn průběh průhybu pro trám PTH 625 se světlým rozpětím 6 m s osovou vzdáleností trámů 625 mm. Kromě vlastní tíhy je uvažováno charakteristické zatížení od podlahy 2 kN/m² a užitné 1,5 kN/m². Beton zálivky je uvažován nejnižší možné třídy C20/25. Vypočtený extrémní průhyb vychází 39,54 mm.
Čtěte také: Betonové stropní nosníky: Přehled
Pokud budeme uvažovat vložení sítí 4/100-4/100 s krytím 20 mm, dojde ke snížení průhybu na 36,24 mm, a při použití sítí 6/100-6/100 dokonce na 34,7 mm. Jde tedy o zhruba 9% pokles průhybu.
| Varianty vyztužení | Vypočtený extrémní průhyb (mm) |
|---|---|
| Bez sítí | 39,54 |
| Sítě 4/100-4/100 (krytí 20 mm) | 36,24 |
| Sítě 6/100-6/100 | 34,7 |
Spojitý nosník
Na obr. 2 je u stejného trámu vynesen průhyb jednostranně vetknutého trámu (na přenesení záporného ohybového momentu je zde nutné použít min. síť 8/100-8/100). Dojde ke zmenšení průhybu na 11,02 mm - tj. skoro na 1/4 oproti základní variantě!
Objevuje se samozřejmě otázka, kdy lze uvažovat vetknutí u trámového stropu Porotherm. Určitě vždy, když trámy dobíhají na vnitřní zeď proti sobě (obr. 4 - šedá plocha). Je však třeba si uvědomit, že ideálního vetknutí (nulové natočení v podpoře) dosáhneme pouze při shodném rozpětí a zatížení. I tak je ale zlepšení vždy výrazné.
Na obr. 5 a 6 je ukázka bytového domu, kde bylo dosaženo spojitého nosníku po celé délce objektu. Přesto vlivem rozdílného rozpětí dojde k natočení a „zvlnění“ stropní desky.
Kolmé nosníky nad střední zdí
V případě, kdy jsou nosníky k sobě nad střední zdí kolmé, dojde určitě ke „zmenšení“ vetknutí (obr. 4 - růžová plocha). Je to způsobeno snížením železobetonové desky, a tím i neschopností přenést záporný ohybový moment nad podporou. Pokud potřebujeme dosáhnout alespoň částečného vetknutí, můžeme desku navýšit použitím vložky o výšce 80 mm alespoň přes dvě pole (obr. 7).
Čtěte také: Betonové stropní desky – přehled
Vynesení zatížení od sloupků krovu
Na základě zkušeností lze říci, že pokud je možné dosáhnout alespoň jednostranného vetknutí (spojitý nosník přes střední zeď), nebývá problém vynést i zatížení od sloupků krovu. V případě sloupků od krovu přibližně v polovině rozpětí bývá neřešitelným problémem právě průhyb pod sloupkem. Proto je obvykle nutné použít vložený ocelový válcovaný prvek. V případě, že dosáhneme spojitého nosníku se symetrickým zatížením, nebývá problém tyto sloupky vynést pouhým znásobením stropních trámů. Obvykle je také důležitá posouvající síla - smykovou únosnost lze jednoduše zvýšit zvětšením počtu trámů. Co se týče ohybové únosnosti, v poli nebývá problém, ale obvykle je nutné doplnit vyztužení sítí nad podporou ještě příložkami (obr. 8).
Ocelové průvlaky
Často se objevuje otázka na podepření trámů rovnoběžných s ocelovými průvlaky. Jedná se o to, že zatímco trámy u posuzovaného stropu (6 m) vcelku lehce o 1/400 vzepneme, ocelový profil (např. HE 200 B) už ne. A pokud správně zajistíme plné spojení vloženého prvku a Porotherm stropu použitím nižších vložek (obr. 10) a tím i dokonalého obetonování, bude se chovat ocelový prvek jako tuhá výztuž a z desky se „nevytrhne“. Po odstranění podpor a vnesení zatížení se profil HE 200 B samozřejmě také prohne, ale díky tuhému propojení s železobetonovou částí stejně jako sousední trám. Proto první trám podél ocelového nosníku vypodkládáme stejně jako ocelovou část (spodní hrany ve stejné úrovni) a teprve první následující trám nadvýšíme o 1/800 l (pro POT 625 je to 7,5 mm). Stejně bychom měli postupovat i u trámů rovnoběžných s nosným zdivem. Pokud je trám částečně podepřen zdí (platí i pro trám probíhající těsně podél zdi - po zabetonování bude tvořit železobetonový prvek na zdivu), neměli bychom ho jakkoliv navyšovat (již se neprohne - leží na stěně).
Stropní vložky a trámce
Stropní vložky betonové SVB se používají jako nosná výplň mezi stropními trámci ST. Stropní vložky SVB slouží jako bednění pro následné zmonolitnění konstrukce a jsou během montáže stropu plně pochozí osobami provádějící montáž. Stropní destičky betonové SDB nahrazují stropní vložky SVB v místech, kde by stropní vložky SVB bránily provedení vyztužení, ať už se jedná o věnec na nosných zdech či ztužující žebro (rám) v poli.
Stropní trámce ST „typové“ tvoří hlavní nosnou část stropu. Skládají se z prostorové ocelové výztuže o únosnosti dle statického návrhu a betonové krycí části, tl. 20-25 mm. Stropní trámce ST „typové“ jsou trámce navržené výrobcem na běžná zatížení stropní konstrukce.
Stropní trámce STA „atypické“ se liší od typových stropních trámců ST tím, že se vyrábějí v délkovém modulu po 100 mm. Nemají typovou výztuž, tzn. dodává se s volitelnou spodní výztuží. Vyrábějí se s upravenými konci, tzn. odstraněné krytí nebo obnažená výztuž. Mohou se vyrábět tvz. „Zkrácené“ pro ztužující věnec.
Čtěte také: Proč zvolit betonový stropní systém?
Stropní trámce STB „balkónové“ se liší od typových stropních trámců ST tím, že se vyrábějí v délkovém modulu dle zakázky. Nemají typovou výztuž, tzn. dodává se s volitelnou spodní výztuží. Balkónové stropní trámce se vyrábějí skládáním dvou filigránových výztuží, které se překrývají v délce 100 cm.
Pokládka stropních trámců, podepření a nadvýšení
Po osazení stropních trámců ST dle projektové dokumentace PD se pokládají po krajích max. 2-3 řady stropních vložek SVB, které zajistí osovou vzdálenost a zatíží konce stropních trámců ST. Následně se stropní konstrukce podepře montážními výsuvnými stojkami (podpěrami) a nadvýší! Nadvýšení se provádí z důvodu snížení dlouhodobého průhybu a je uvedeno na kladečském plánu stropní konstrukce. Teprve poté lze pokračovat v pokládce SVB a SDB a v montáži stropní konstrukce.
Odstranění podpěr je možné až po dosažení požadované pevnosti betonu (monolitického dobetonování), tj. po 28 dnech. V nutných případech a zejména u jednopodlažních staveb je možné po dohodě se statikem tento interval zkrátit na cca 14 dní. V tomto případě je možné odstranit vždy max. každou druhou montážní podpěru. Podobně lze postupovat též u vícepodlažních staveb.
Konstrukce BSG musí být během montáže podepřena po úsecích dlouhých max. 1,8 m ve směru rozpětí stropních trámců ST a vzdálenost montážních stojek na hranolu max. 1,0 m. Doporučením výrobce je používat ocelové výsuvné stojky (podpěry) nejlépe od výrobců systémových bednění (např. Doka, Peri, Hünnebeck).
Betonáž
K betonáži lze použít betonovou pumpu nebo bádli (nádoba na beton). Betonové stropní vložky SVB musí být před dobetonováním stropních trámců ST a nadbetonováním vyrovnávací vrstvy řádně smáčeny vodou tak, aby nedocházelo k nadměrnému odsávání vody z betonové směsi. Betonáž se provádí za přijatelného počasí od 5 °C do 25 °C (ne za přímého slunečního svitu). Betonovou směs je nutné při zpracování řádně zhutnit okolo stropních trámců ST a v ploše stropních vložek SVB (ideální je použití vibračních plovoucích latí).
Eliminace průhybů předpjatých překladů
Metoda předpnutí dodatečně zřizovaných překladů slouží jako účinný nástroj proti vzniku a rozvoji poruch u stěnových konstrukcí (zděných i betonových). Popisované zřizování průvlaků je vhodné použít přibližně od rozpětí 4 až 6 m. Umožňuje efektivně eliminovat pružný průhyb nově zabudovaných průvlaků. Ekonomičnost metody je také v tom, že lze použít subtilnější profily pro nosník průvlaku, které vyhovují z hlediska nosnosti, ale jejichž průhyby přesahují jednotky mm. Průhyby se běžně pohybují mezi 10 až 30 mm a bez jejich eliminace popisovaným předepnutím by následovalo poškození vynášených konstrukcí trhlinami.
Princip předpětí
Předností tohoto předpínání panelů je přímý tvar bez průhybu a zanedbatelné namáhání betonu, což vede k odstranění účinků dotvarovávání betonu, tj. strop zůstává trvale přímý. Ocelovou výztuž lze do formy uložit napřímenou z původně prohnutého tvaru. Podstata v řešení spočívá v tom, že ocelový prvek, umístěný uvnitř nosníku, je ve výrobní formě zabetonován napřímený z původně prohnutého tvaru. Předpětí panelu se tak dosahuje prohnutím kovového prvku, jehož tendence k návratu do původního tvaru po zabetonování se vyrovná s budoucí tendencí panelu k průhybu od zatížení a tím dojde k vymizení napětí a deformace v betonu. Kovový předpjatý prvek může být proveden z tenkostěnných ocelových U profilů nebo je proveden z prutových nosníků.
Eliminace průhybu pomocí ohnutí a příložek
Jinou možností je likvidace průhybu panelu, který spočívá v prvním kroku v ohnutí základního prvku nosníku pomocí speciálního přípravku a v druhém kroku v připojení poddajných plochých příložek na horní a spodní plochu. Po spřažení základního prvku s příložkami se pomocný přípravek na ohnutí odstraní. Poddajné ploché příložky mají nízkou ohybovou tuhost, jsou z plechu. Uvedeným způsobem, kdy jsou dolní vlákna základního prvku tlačena a horní tažena, je spřažený nosník připraven přenášet zatížení s průběhem napětí po průřezu obráceného znaménka než od budoucího zatížení (výsledkem je zmenšení až likvidace normálového napětí v základním prvku panelu) a s větší ohybovou tuhostí (výsledkem je omezení až likvidace průhybu panelu).
Obr. 9 ukazuje skládání normálového napětí základního prvku od zatížení N a spřaženého nosníku od zatížení q + N do výsledného napětí a to na obrázku 9a při oboustranné příložce, na obrázku 9b při připojení příložky na horní ploše a na obrázku 9c na dolní ploše základního prvku.
Praktická aplikace u rekonstrukcí
Tato eliminace spočívá v ohnutí překladů ve směru působícího zatížení před finálním působením v konstrukci. Velikost průhybu odpovídá zdeformování nosníků od zatížení, které jím bude přenášeno. Tyto překlady se používají při provádění prostupů během rekonstrukcí objektů.
Během rekonstrukcí a přestaveb bytů ve starších bytových domech se navrhují velice často dispoziční změny vyžadující specifické statické konstrukční řešení. Jakákoli změna tuhosti nosných konstrukcí je však potenciální příčinou následných poruch v navazujících stěnách, stropech, základech atd. Zejména u vícepodlažních objektů se klade důraz na taková konstrukční uspořádání, která vedou k naprosté minimalizaci projevů poruch u zdiva bytů situovaných ve vyšších podlažích - pokud se jedná o bytové domy. Obecně tedy platí, že trhliny, zapříčiněné v důsledku nadměrného průhybu dodatečně provedeného překladu se zpravidla projevují nejen ve zdivu bezprostředně nad překladem, ale také ve vyšších podlažích.
Na základě praktických zkušeností je možné konstatovat, že u dodatečně vkládaných překladů lze prakticky pro rozpětí do 1,5 m zanedbat vliv průhybů na vznik poruch v horním zdivu. Při rozpětí do cca 3,0 m činí průhyby řádově jednotky mm, pro jejich eliminaci postačuje důsledné vyklínování (např. pomocí plechů). Překlady o rozpětích větších, je pak nutné navrhovat včetně způsobu předchozí aktivace tzn. nosníky se nejprve ohnou do výsledného tvaru a poté se teprve spojí s vynášenou stěnou.
Rozdělení nosníků podle tuhosti
Tuhé nosníky splňují požadavky na maximální průhyb, i ve své pasivní formě. Jejich tuhost (daná zejména výškou h při výpočtu momentu setrvačnosti) je tak vysoká, že při správném statickém návrhu jejich průřezu dochází k průhybu, který je menší, než je maximální hodnota dovoleného průhybu. Výhodou je absence hydraulických systémů, zajišťujících aktivaci nových nosníků ve stávajícím nosném systému, naopak nevýhoda spočívá ve snížené světlé výšce pod nosníky. Ta je ovšem mnohdy rozhodující z užitných či estetických důvodů.
Nosníky s nižší tuhostí (kde není splněna podmínka na průhyb, ale vyhovují na MS únosnosti) je sice nutné aktivovat před spojením s vynášenou konstrukcí, avšak umožňují zřízení vyšší světlé výšky a jsou upřednostňovány z estetických důvodů. Vlastní aktivace se provádí před jakýmkoliv spojením nosníků s odstraňovanou stěnou a to právě pomocí hydraulických systémů (hydraulická panenka, napínací lis apod.). Přenos zatížení ze stěny do nosníků se realizuje pomocí trnů stanoveného průměru dle velikosti zatížení, u kterých se osová vzdálenost volí s ohledem na velikost zdících prvků - pod každým zdícím prvkem by měl být minimálně 1 trn (rozteč cca 150 mm). Trny kruhového průřezu se volí z důvodu snadné montáže do vyvrtaných otvorů v ložné spáře zdiva. Vlastní trny se pak podloží ocelovými plechy v místě uložení na nosníky z důvodu roznosu bodových sil do horního líce nosníků.
Příklad aplikace s ohybovým předepnutím
Praktická aplikace nosníku s nedostatečnou tuhostí byla použita při dispoziční změně bytu v 2. NP ve čtyřpodlažním bytovém domě. Požadavek spočíval v odstranění celé samonosné zděné příčky tl. 215 mm délky 6,1 m. Stávající stěna tak přenášela zatížení od příček ze dvou horních podlaží. Stropní trámy byly orientovány rovnoběžně se stěnou a nezvyšovaly tak její přitížení. Navržený průvlak bylo možné podepřít na středové nosné stěně, která však byla oslabena soustavou komínových průduchů a dále na fasádní stěně do dvora. Tato stěna byla ukončena na úrovni líce odstraňované příčky, proto se navrhovalo nepřímé uložení nosníku.
Aby nedošlo k odtržení bloku zdiva pod nepřímým uložením nosníku (vliv štěpných sil pod soustředěným břemenem, bylo zhotoveno ztužení zdiva v horizontální rovině v podélném i příčném směru (Obr. 3b). Pod spodním lícem se ve dvou výškových úrovních navrtaly vodorovné otvory, v příčném směru (kolmo k nosníku) cca 1,0 m dlouhé a v podélném směru skrze celou stěnu. Do otvorů se vložily závitové tyče, které mohou být zainjektovány (v případě nepřístupného konce) nebo zajištěny pomocí roznášecích podložek a matic. Na straně průběžné nosné stěny se taktéž zdivo v místě uložení překladu ztužilo táhly s podložkami. Jelikož jeden nosník IPE 330 procházel skrze komínový průduch, proto bylo nezbytné vyplnění tohoto průduchu betonem.
Spojení dvojice samostatných válcovaných profilů se provádělo ve dvou etapách. Před řízeným zdeformováním se nosníky svařily v oblasti čel kolmo orientovanými U-profily, tvořícími příčné stěnové diafragma. Současně byly usazeny na plechové podložce, zajišťující roznesení zatížení do podpor. Před lícem stěn na obou stranách se spodní pásnice nosníků podepřely příčným svařencem z dvojice U-profilů, pod který se dodatečně (po vybourání stěny) umístí ještě ocelový rezervní sloupek (Obr. 4). Vzájemné propojení nosníků mezi sebou v poli se provede až po zdeformování, a to pomocí příčných trnů a klínovacích podložek.
Eliminace průhybu od působícího zatížení se provede ohnutím do výsledného tvaru v době před spojením se stěnou. Statickým rozborem se stanoví velikost průhybu od zatížení vynášeného zdiva (v charakteristických hodnotách). Definuje se poloha hydraulického systému pro zdeformování překladu. V místě spojení prvků systému s překladem se zavedou náhradní bodové síly. Podmínkou je pak shoda průhybu nosníku od zatížení zdivem wz s průhybem od silového působení hydraulického systému wp. U řešeného překladu byl stanoven průhyb od zatížení zdivem 13,2 mm. Tento průhyb by již znamenal vznik trhlin ve zdivu nad překladem. Při návrhu napínací síly se uvažovala velikost průhybu nižší, 10-12 mm. Tomuto průhybu odpovídala celková síla 85-100 kN.
Předepnutí se provádělo dvojicí napínacích lisů, umístěných z každé strany dosud stojící stěny. Na každý lis tak připadala síla max. 50 kN. Z kalibrační křivky byl stanoven vztah mezi tlakem a silou 10kN = 1,6 MPa, takže pro dosažení správné hodnoty ohybového předepnutí bylo zapotřebí tlaku max. 8,0 MPa.
Pro zdeformování nosníků byla zhotovena pomocná konstrukce, sestávající ze zámečnických výrobků a trubkového lešení (Obr. 5a, 5b). Pro rozepření se využila vlastní stěna, skrze kterou procházel napínací přípravek s roznášecí deskou. Rozměry desky jsou odvozeny z únosnosti zdiva pod lokálním břemenem.
V okamžiku dosažení požadované velikosti předepnutí se provede finální zajištění polohy překladu ve zdivu. Mezi příčné trny, procházející nad horní pásnicí ocel. nosníků, a tuto pásnici se vloží ocelové plechy o potřebné tloušťce tak, aby byly odstraněny jakékoli mezery mezi ocelovou pásnicí a zdivem nad překladem (Obr. 7).
Během předpínání se provádělo měření svislých deformací pomocí křížového laseru (přesnost cca ±1,0 mm), které je znázorněno v grafu (Obr. 8). Naměřená konečná hodnota průhybu činila 9,0 mm při zatížení 90 kN oproti teoretickému výpočtu 10,8 mm.
Po finálním zajištění překladu vůči stěně a demontáži pomocné konstrukce se odstranily krajní části stěny a usadily se ocelové sloupky. Následně se již odstranila zbývající část stěny (Obr. 9). Vlivem aktivace překladu došlo ke vzniku trhliny v ložné spáře, skrze kterou procházely příčné trny. Veškeré zdivo nacházející se mezi dvojicí ocelových nosníků bylo tedy snadno odstranitelné.
Sanace hurdiskového stropu
V případě rekonstrukce rodinného domu s hurdiskovým stropem, kde došlo k jeho oslabení a výraznému prohnutí, je třeba provést sanaci. Konkrétní případ, který byl řešen, zahrnoval hurdiskový strop se skladbou: I profil 160mm, na něm nasazeny patky - vše řádně promaltováno - mezi tím původní úkosované hurdisky, nad hurdiskou roznášecí vrstva nejspíše škváry do výšky vrchní hrany I profilu (poměrně lehká tmavá a ne příliš tvrdá vrstva), dále roznášecí betonová deska síly 9-10cm bez armatury.
Únosnost ve 3/4 stropu je dle výpočtu statika dostatečná, avšak 1/4 stropu vykazuje veliké prohnutí zatížením až o 2cm. To je způsobeno absencí podpěry v místě pod touto 1/4 stropu a rozměrem místnosti 6x4,5m. Nosníky jsou ve stropě rozloženy na kratší stranu - vyložení 4,5m. Dále je tímto stropem vedena "výměna" - schodiště, takže dochází k oslabení nosníku v místě výměny. Profil je přerušen a na kolmo je navařen další profil I, čímž dochází k dodatečnému zatížení profilů, do kterých je výměna přivařena.
Statik navrhuje eliminaci průhybu za pomoci provedení spřažených nosníků a to tak, že by se na stávající Íčka navařil U profil. To však znamená, že se musí rozřezat nosná betonová deska a musí dojít k odhalení vrchní části I profilu.
Je možné rozřezat betonovou roznášecí desku, která je nad Íčky, dále vložit a přivařit nosníky U a opět zabetonovat. Riziko destrukce stropu je minimální, pokud je postup prováděn odborně a s dodržením statických výpočtů. Klíčové je správné podepření stropu během prací a zajištění kvalitního spojení nových a stávajících prvků.
Postup sanace
- Podepření stávající konstrukce: Před zahájením prací je nezbytné důkladně podepřít stávající hurdiskový strop pomocí montážních stojek, aby se zabránilo dalšímu průhybu nebo destrukci během prací.
- Rozřezání betonové desky: Betonová roznášecí deska nad I-profily se rozřeže v místech, kde mají být navařeny U-profily. Je důležité minimalizovat rozsah zásahu do stávající desky.
- Odhalení I-profilů: Po rozřezání desky se odstraní materiál nad vrchní částí I-profilů, aby se odkryla plocha pro navaření U-profilů.
- Navaření U-profilů: Na vrchní pásnice stávajících I-profilů se navaří ocelové U-profily. Toto vytvoří spřažený nosník s vyšší tuhostí a únosností. Důležité je zajistit pevné a kvalitní svary.
- Zpětné zabetonování: Po navaření U-profilů se prostor opět zabetonuje, čímž se obnoví integrita stropní desky a zajistí se spolupůsobení nových a stávajících prvků.
- Dosažení požadované pevnosti betonu: Po zabetonování je nutné nechat beton vytvrdnout a dosáhnout požadované pevnosti před odstraněním dočasných podpor.
Tímto způsobem se zvýší ohybová tuhost stropních nosníků a eliminuje se nadměrný průhyb, což zajistí dlouhodobou stabilitu a bezpečnost hurdiskového stropu i po zvýšení zatížení od nových příček.
tags: #eliminace #pruhybu #stropni #desky