Jedním z aktuálních problémů pozemního stavitelství v Česku jsou otázky spolehlivosti dodatečně předpjatých konstrukcí střešních vazníků průmyslových hal. Jde zejména o konstrukce z let 1960 až 1980, jejichž návrhová životnost buď již skončila, nebo se blíží ke svému konci, které však ve velkém rozsahu na našich stavbách stále fungují. Hrubým odhadem se jedná o 10 000 vazníků.
Typy a konstrukční řešení předpjatých betonových vazníků
Typově jsou vyráběny vazníky předpjaté průřezu I, skladebné délky 18 m a 24 m. Tyto vazníky mají zazubené zhlaví pro osazení na sloup, popřípadě na průvlak. Typové vazníky jsou navrženy pro modul rámu 6 m (pro střešní kazetové železobetonové panely) pro výpočtové zatížení stálé + nahodilé 3,16 kN/m2.
Trny vyčnívající z horní příruby lze při alternativním řešení zastřešení nahradit zabudovanými ocelovými deskami pro svárové uchycení ocelových vaznic nebo trapézového plechu. Pod vazníky je možno zavěsit podhled o celkové hmotnosti do 50 kg/m2. Nad spodní přírubou jsou po 150 cm dvojice otvorů pro uchycení podhledu, osvětlení nebo vedení instalace.
Příhradový vazník SPP6 a SPP10
V minulosti se vyráběla celá řada různých typů předem i dodatečně předpjatých vazníků. Zde představujeme pouze nejčastější typy dodatečně předpjatých vazníků na rozpětí 18 a 24 m, u kterých je k dispozici nejvíce informací získaných při provedených diagnostických průzkumech.
Nejčastějším typem vazníků, jež byly použity a dosud fungují na velkém množství především průmyslových hal, jsou vazníky typů SPP 6-18/6, respektive SPP 12-18/6 na modulové rozpětí 18 m. Vazníky Priemstav n. p. Bratislava, vyvíjené od roku 1961 na modulové rozpětí 18 m.
Čtěte také: Kompletní řešení železobetonových konstrukcí
Příhradový vazník SPP6 (SPP 6-18/6, SPP 12-18/6)
- Betonové příhradové vazníky na rozpon 18 m a zatěžovací šířku 6 m.
- Jsou složené ze tří šestimetrových segmentů, které byly na místě stavby dodatečně spínány.
- Jako předpínací výztuž byly použity patentované dráty Φ 4,5 mm.
- Kabelové kanálky měly být po předepnutí injektovány z důvodu zajištění korozivní ochrany. To se většinou nestalo a je důvodem dnešního špatného stavu.
Příhradový vazník SPP10
- Vazník nedělený, celistvý předepjatý ve výrobě samostatnými dráty.
- Předpínací výztuž je kotvena soudržností s betonem.
- Jednotlivé dráty jsou uzavřeny v betonu a jsou chráněny proti korozi obdobně jako běžná betonářská výztuž.
Systémová vada dodatečně předpjatých vazníků a její důsledky
V České republice došlo nejméně ke čtyřem haváriím dodatečně předpjatých vazníků střech průmyslových hal. První dvě havárie se staly v západních Čechách v letech 2010 a 2018. Třetí se udála v severních Čechách v prosinci 2023 a ke čtvrté havárii opět došlo v západních Čechách v březnu 2024.
Lze konstatovat, že i v oboru pozemního stavitelství v současné době čelíme problému systémové vady dodatečně předpjatých příhradových střešních vazníků, které byly hromadně používány zhruba mezi lety 1960 a 1975. Byly původně navrženy pro použití u průmyslových hal s rozpětím 18 nebo 24 m. Jde o systémovou vadu opakovaně používané stavební konstrukce, která má potenciál způsobit škody většího rozsahu, popřípadě i ztráty na životech, pokud nebude včas účinným způsobem řešena.
Problém začal být studován po opakované havárii střešního vazníku průmyslové haly v srpnu 2018 a následně bylo v prosinci 2018 vydáno Upozornění ČKAIT [1]. Aktuálně významně roste riziko havárie u staveb zastřešených dodatečně předpjatými betonovými příhradovými vazníky. ČKAIT informovala o nebezpečí Kláru Dostálovou, ministryni pro místní rozvoj. Odhadem se jedná o stavby na ploše více než půl milionu čtverečních metrů. Stavební úřady a vlastníci by měli neprodleně podniknout kroky ke kontrolám stavu tohoto typu konstrukcí.
V rámci činnosti ČKAIT byly již v minulosti řešeny případy opakovaných havárií dodatečně předpjatých betonových příhradových vazníků typu SPP, k nimž došlo v letech 2010 a 2018 v západních Čechách. V současnosti se na základě výzvy ČKAIT (zpravy.ckait.cz - č. 1/2019 - VÝZVA: Opakované havárie betonových předpínaných vazníků) a navazující činnosti jednotlivých autorizovaných osob ukazuje, že rozsah této problematiky je výrazně větší, než se původně předpokládalo.
„Na základě střízlivého odhadu z dostupných veřejných zdrojů je plocha staveb zastřešená tímto typem vazníků větší než 500.000 m2! Rozsah je to obrovský. Ale ještě závažnější je, pokud toto číslo přepočteme na počet pracujících osob pod ZIPP konstrukcemi. Došli jsme k číslu 13 000 až 18 000 ohrožených osob,“ popsal Ing. Stanislav Rada výsledky vlastních zjišťování v dokumentu firmy Rada Building, s.r.o.
Čtěte také: Opláštění a využití ocelových hal
Příčiny kolapsu a problémy s injektáží
Vazníky byly z přepravních důvodů vyráběné z jednotlivých dílců, které se na stavbě sestavovaly do jednoho celku spínáním dílců pomocí předpínacích lan, provlečených skrz kanálky, osazené do dílců při jejich výrobě. Po napnutí předpínací výztuže měly být kanálky zainjektovány tak, aby byla předpínací výztuž chráněna injektážní maltou proti korozi. Společným problémem všech těchto konstrukcí je nedostatečná injektáž - některé kanálky byly zainjektovány pouze částečně a některé nebyly zainjektovány vůbec.
Základní příčina kolapsu spočívá v samotném provedení dodatečného předpětí vazníků a ochrany předpínací výztuže proti korozi. Na řadě objektů nebyly po předpětí konstrukce kabelové kanálky vůbec zainjektovány, případně byla injektáž provedena nekvalitně. Za důležitý rizikový faktor je nutné považovat i to, že tyto haly byly navrženy a realizovány v době platnosti původních norem systému ČSN. Projevy výše uvedených poruch jsou často při zběžné prohlídce nerozpoznatelné!
U vazníku na rozpětí 18 m s označením SPP 12-18/6 byla předpínací lana dolního pasu vazníku profilu 13 ∅ P4,5 uložena v kanálku průměru 29 mm. Po předepnutí lan měly být tyto kanálky dodatečně zainjektovány. Účelem injektáže byla především ochrana lana proti korozi jeho obetonováním.
Situaci komplikuje skutečnost, že posoudit zodpovědně míru korozního napadení předpínacích lan uložených v konstrukci je obtížné a zatím není k dispozici zcela vyhovující diagnostická metoda. Koroze výztuže u předpínacích lan je při porovnání s korozním ohrožením měkké výztuže z betonářských prutů mnohem nebezpečnější z následujících důvodů:
- Průřezová plocha lana, skládající se z 13 tenkých drátů, je přibližně 4× citlivější na korozní úbytek na povrchu drátu než jedna betonářská vložka stejné průřezové plochy.
- V mezerách mezi jednotlivými dráty se snadněji udržuje a šíří vlhkost.
- Při korozním oslabení přes 5 % plochy průřezu způsobuje koroze také významný pokles mechanických vlastností oceli - hlavně meze kluzu.
K kolapsu střešních vazníků dochází náhle (křehce) přetržením předpínací výztuže v důsledku její koroze, případně v kombinaci s přetížením vazníků (nadměrné přitížení dodatečně osazenými technologiemi, neodborné opravy střešních plášťů apod.).
Čtěte také: Výstavba hal s dřevěnými vazníky
Z toho plyne hlavní riziko, které představuje koroze předpjaté výztuže. Bohužel zatím není k dispozici žádný univerzální postup a hodnocení konstrukce je nutno provést individuálně. Jak bylo výše popsáno, vlastní diagnostika (průzkum) a ohodnocení míry rizika na základě prohlídky a výsledků diagnostiky není snadnou záležitostí.
Další rizikové faktory a přetížení
Vazníky nebojují jen s korozí. Naděje na to, že průzkum potvrdí, že vazník je v pořádku, je mlhavá. Kromě toho jsou tyto konstrukce za zenitem své životnosti, která je padesát let.
Střecha může být dodatečně přitížena technologií, osazenou na střešní plášť - dnes například fotovoltaickými panely. Dále bývá přetížení konstrukce způsobeno různou dodatečně namontovanou technologií (někdy i již nefunkční), zavěšenou na spodní pasy vazníků. Samostatnou záležitostí je zatížení střechy sněhem. Většina dodatečně předpjatých spínaných vazníků byla navržena před rokem 1968 podle těchto předpisů. To vede k situacím, kdy jsou například v Jablonci nad Nisou takto navržené vazníky použité v VII. sněhové oblasti.
Problémy na straně odolnosti konstrukce plynou z problematicky navrženého systému injektáže výztuže v kanálcích o průměru 29 mm v kombinaci s nízkou úrovní tehdejší technologické a pracovní kázně. Pro ilustraci lze uvést vyjádření pamětníků, že „nepodařené vazníky, u kterých byly problémy s předpínáním a injektáží, se používaly do štítů hal a jako zdvojené vazníky u dilatací hal“. Což z pohledu dnešních předpisů vypadá absurdně.
Diagnostika a hodnocení spolehlivosti
Za zcela zásadní je proto nutno považovat provedení odborné prohlídky nosné konstrukce, doplněné v případě potřeby diagnostickým průzkumem kritických detailů vazníků (uložení vazníků, spáry mezi segmenty) se zaměřením na stav předpínací výztuže, vč. zpřístupnění zakrytých detailů a částí konstrukce. Na tyto práce pak musí navazovat odborné vyhodnocení skutečného stavu a zatížení konstrukce, vč.
Základní diagnostickou metodou je endoskopické vyšetření předpínací výztuže. Předpínací výztuž je uložena v kanálcích. Přesná poloha kanálků je zjišťována pomocí detektoru výztuže a zakreslena na povrch vyšetřovaného prutu vazníku. Poté je kanálek opatrně navrtán vrtákem průměru 10 mm. Průzkumem je hodnocena míra zainjektování kanálku a v případě pouze částečné nebo zcela chybějící injektáže je hodnocena míra koroze předpínací výztuže.
Vizuální hodnocení stupně koroze se zpravidla hodnotí podle tabulky 1, převzaté po úpravě z odborné literatury.
| Stupeň koroze | Popis korozního napadení povrchu lana |
|---|---|
| 1 | Žádná koroze, nebo jen velmi slabé zabarvení povrchu. |
| 2 | Mírná koroze, místy viditelné malé rezavé skvrnky. |
| 3 | Střední koroze, rovnoměrné zbarvení povrchu rzí, místy jemné jamky. |
| 4 | Výrazná koroze, hlubší jamky a lokální úbytky průřezu. |
| 5 | Silná koroze, značné úbytky průřezu, oslabení drátů. |
| 6 | Až přetržení drátů. |
Nejvíce průzkumů bylo zpracováno pro vazníky SPP 6-18/6. V rámci sledovaných průzkumů bylo provedeno téměř 1 750 sond. Riziko nedostatečného zainjektování kanálků předpínací výztuže je větší u krajních diagonál vazníku než u dolního pásu vazníku. U dolního pásu bylo dokonalé zainjektování kanálků zjištěno zhruba v 70 % případů a ojedinělé případy koroze předpínací výztuže byly zjištěny převážně do stupně 4 podle tabulky 1.
Koroze předpínací výztuže diagnostikovaná zejména u krajních diagonál vazníku se vyskytuje nejčastěji ve stupni 2 podle tabulky 1, (zhruba u 30 % všech provedených sond). V rozhodující většině případů nepřekročil zjištěný stav koroze stupeň 4 podle tabulky 1. Nejvyšší zaznamenaný stupeň koroze byl hodnocen jako stupeň 5 podle tabulky 1 a vyskytl se celkově v méně než 1 % sond. Nikde nebyl zaznamenán stupeň koroze 6 podle tabulky 1.
U většiny havárií, které byly detailně zdokumentovány, bylo zřícení vazníku iniciováno porušením předpínací výztuže v oblasti kotvení této výztuže u horního pásu vazníku v místě uložení vazníku na sloup nebo v krajní tažené diagonále v blízkosti kotevní oblasti. Zkušenosti získané při sledovaných průzkumech jsou s tímto faktem v souladu.
Hodnocení vlivu korozního oslabení předpjaté výztuže na stav konstrukce není zahrnuto do žádného stavebního předpisu v oboru pozemních staveb. V přiměřené míře lze pro tento účel použít normu ČSN 73 6221 Prohlídky mostů pozemních komunikací. Tato norma hodnotí stavební stav mostu v závislosti na stavu kabelových kanálků a oslabení předpínací výztuže korozí.
V následující tabulce je ukázán celkový vliv koroze pro korozní stupeň 3 až 6 na únosnost lana.
| Korozní stupeň | Příklad korozního napadení | Vliv na únosnost lana (%) | Fiktivní zbývající plocha průřezu výztuže (MPa) |
|---|---|---|---|
| 3 | Rovnoměrné zbarvení rzí, jemné jamky | < 5 | 1700 |
| 4 | Hlubší jamky, lokální úbytky průřezu | 5 - 10 | 1600 |
| 5 | Značné úbytky průřezu, oslabení drátů | 10 - 20 | 1500 |
| 6 | Až přetržení drátů | > 20 | < 1500 |
Stavební stav V - špatný nebo VI - velmi špatný znamená, že obnovení spolehlivosti mostu bude nutno zajistit jeho rekonstrukcí (stavebními úpravami, modernizací). Koroze předpínací výztuže na úrovni překračující oslabení průřezové plochy o 5 % je hodnoceno jako havarijní stav. Havarijní stavební stav znamená okamžité uzavření mostu nebo okamžité provizorní zajištění jeho spolehlivosti, například podepřením.
Hodnocení spolehlivosti a statický přepočet
Hodnocení spolehlivosti existující konstrukce lze provést podle ČSN ISO 13822 a ČSN 73 0038, s přihlédnutím k ČSN 73 6221. Předběžné hodnocení lze provést na základě studia dostupných podkladů a předběžné prohlídky na místě. Dnes máme většinou pro daný typ vazníku k dispozici archivní dokumentaci, která v kombinaci s průzkumem konstrukce umožní ověření konstrukce statickým výpočtem. Pokud se vypracovává statický výpočet, je ho nutno vždy vypracovat na základě aktuálních informací o vlastnostech použitých materiálů, o skutečné geometrii konstrukce a o skutečném zatížení konstrukce, ověřeném průzkumem. Statický výpočet je vždy nutno vypracovávat podle aktuálně platných norem pro zatížení a navrhování.
V případě, že nedochází ke změnám v uspořádání zatížení konstrukce oproti předpokladům původního statického výpočtu (rovnoměrné zatížení střechy vlastní tíhou, sněhem a malé, rovnoměrně rozdělené technologické zatížení na podhledu soustředěné do styčníků vazníku) ani k žádným změnám v konstrukci vazníku, a pokud na konstrukci nejsou zjištěny žádné statické poruchy ani nadměrná degradace, lze statický výpočet omezit na porovnání účinků zatížení.
U konstrukcí, které byly navrženy podle starších předpisů, umožňuje norma ČSN ISO 13822 v Kapitole 8 hodnocení konstrukce bez statického výpočtu na základě dřívější uspokojivé způsobilosti. Hodnocení spolehlivosti konstrukce podle této kapitoly (tedy prohlášení konstrukce za spolehlivou bez statického výpočtu) může v některých případech být jednou z možností (nebo i jedinou možností), jak prohlásit za vyhovující konstrukci použitou ve vyšší sněhové oblasti, než pro jakou byla navržena. Tento způsob hodnocení lze ale použít pouze v případě, že jsou splněny v normě uvedené podmínky.
V případě, že konstrukci nelze považovat za spolehlivou, je nutno přijmout příslušná opatření k zajištěné této spolehlivosti. Po omezenou dobu lze v některých případech konstrukci dále provozovat s využitím režimu řízení rizik. Ve výjimečném případě, kdy při odborné prohlídce nebo v rámci stavebnětechnického průzkumu dojde ke zjištění havarijního stavu, který přímo ohrožuje zdraví a životy osob, by mělo po seznámení vlastníka stavby s výsledky prohlídky následovat oznámení stavu příslušnému stavebnímu úřadu.
Řešení a sanace příhradových vazníků
Naše metoda předpínání lan umožňuje zvýšit nosnost stavebních konstrukcí a prodloužit jejich životnost až o padesát let. Předpínání nalézá stále častěji své místo u navrhování nových konstrukcí, kdy se tak výrazně ovlivní nejen architektura stavby, ale z hlediska poměru hmotnosti a ceny vůči únosnosti konstrukce i její užitná hodnota.
Zásadou naší činnosti je komplexní řešení problému a jasných na sebe navazujících kroků. Základním podkladem pro naše řešení je „vlastní metodika“, podle které postupujeme a tento postup je znám majiteli, je s ním projednán a je uzavřena rámcová smlouva.
Postup řešení problémů s vadnými vazníky
- Základní postup pracovních operací v krocích podle zjištění diagnostického průzkumu.
- Realizace zajištění (sanace) střešních vazníků, střešních průvlaků, příp.
- Předání díla.
Zajištění nosných konstrukcí provádíme pouze ocelovou oporovou konstrukcí - v současné době máme 12 základních metod zajištění. Druh vychází z konkrétních možností na halách a lodích a je závislý na fyzickém stavu hlavních nosných konstrukcí haly.
Jde o velmi důležitou část postupu řešení, ve spolupráci s majitelem označíme zásadní problémy, obecně přetížený střešní plášť. Spolupráci se státní správou považujeme za důležitou a o zásadních krocích příslušné stavební úřady informujeme a jsou osobně projednány.
Obecně je postup takový, že po identifikaci konstrukce dostává majitel písemné vyjádření o potencionální nebezpečnosti konstrukce. V případě, když zjistíme korozi předpjaté výztuže, vyhotovíme zprávu o existenci havarijního stavu konstrukce, ten předáme majiteli a příslušnému stavebnímu úřadu.
Realizace zajištění nosných konstrukcí (střešních vazníků, průvlaků, příp. Předání díla provádíme po ukončení prací v rozsahu stanoveného smlouvou - to je obvyklý krok. Provozní řád je písemný materiál v úrovni smluvního ujednání. Realizace dalších kroků pro zajištění konstrukcí, běžně jde o výměnu střešního pláště nebo úpravy sloupů prefa konstrukce. Součástí všech dohod je dohoda o mlčenlivosti smluvních stran.
Je nutné si uvědomit, že problém dodatečně předpjatých konstrukcí střešních vazníků má rozměr podnikatelský a může být použit v konkurenčním boji. Z uvedeného vyplývá jasná výhodnost využití metody oporových konstrukci. Pokud si k tomu připočtete nutnost zastavení výroby a riziko zatečení ke stabilizovaným vnitřním konstrukcím, nelze tuto metodu aplikovat ve firmách, kde výroba probíhá a musí probíhat.
Metoda zabezpečovacích konstrukcí má proti kompletní výměně střech, kde jsou využity dodatečně předpjaté střešní vazníky, zásadní ekonomickou a stavební výhodu.
Moderní betonové haly a jejich výhody
Betonové haly, také označované jako železobetonové haly, se v současnosti staví podobným způsobem jako haly ocelové. To znamená, že se využívají prefabrikované prvky, které jsou vyrobeny na míru podle konkrétních potřeb projektu a na staveništi se pouze montují.
Nové výrobní či skladové haly se dnes již málokdy realizují z klasických stavebních materiálů, jakými jsou například pálené cihly. Železobetonové montované haly jsou dnes výrazně vhodnějším řešením pro větší průmyslové objekty využívající jeřáby, vícepatrové administrativní budovy, vícepatrové sklady či rekreační střediska s maximálními požadavky na bezpečnost a odolnost proti požáru.
Díky tomuto vstupnímu plánování jsou prefabrikované haly často používané pro skladové a expediční účely, protože skladové železobetonové haly jsou realizovatelné ve velmi krátkém čase a za nízké náklady oproti standardní zděné výstavbě. Každá firma, která plánuje stavbu haly ví, že než hala skutečně vznikne, tak to trvá a každý den čekání navíc stojí firmu nemalé peníze.
Konstrukce a materiály moderních hal
Železobetonové skelety/haly jsou typem montovaných konstrukcí, které se skládají z prefabrikovaných železobetonových prvků. Tyto prvky se na místě stavby spojují do nosného skeletu, který tvoří základ haly.
Betonové konstrukce se typicky skládají ze sloupů, překladů, vazníků, vaznic a u vícepatrových hal stropních betonových panelů. Ekonomickým rozpětím střešního pláště bývá dána osová vzdálenost vazníků zpravidla kolem 6 metrů. Stropní desky v závislosti na rozponu a požadavků na kvalitu podhledu lze provádět buď s použitím filigránových desek nebo stropních předpjatých panelů. Svislou komunikaci lze řešit individuálně řešenými schodišti, výtahovými šachtami.
K opláštění betonových hal se požívají především sendvičové panely z pěnového jádra z PUR / PIR a ocelových plechů s profilovanými, hladkými nebo vlnitými povrchy a viditelným nebo skrytým upevněním. Izolační jádro PUR/ PIR splňuje nejvyšší standarty tepelné izolace. Střešní a stěnové opláštění se pak realizují z různých materiálů, např. PUR/PIR panely, trapézové plechy, betonové panely s možností zateplení, atd. Střešní pláště se zpravidla dělají skládaným způsobem trapézový plech, tepelná izolace a hydroizolace.
Výhody železobetonových konstrukcí PREFA
- Pevnost a odolnost: Železobetonový skelet poskytuje vysokou pevnost a odolnost.
- Flexibilita designu: Železobetonové konstrukce umožňují flexibilitu při návrhu a přizpůsobení haly potřebám zákazníka.
- Vysoká požární odolnost: Železobetonové konstrukce mají vysokou odolnost proti ohni. Beton je nehořlavý materiál a ocelové výztuže vytvářejí pevný a odolný systém.
- Nízké náklady na údržbu: Železobetonové skelety vyžadují relativně nízkou údržbu. Beton je trvanlivý materiál a odolává vlivům povětrnostních podmínek.
Beton je staletími prověřený konstrukční materiál, který se vyznačuje značnou požární odolností a únosností. Beton nabývá při použití v nosných konstrukcích velmi dobrých kvalit. Působením tlaku se betonová konstrukce stává velmi pevnou a vydrží i nadměrnou zátěž. Pevnost a tuhost lze ještě zvýšit zapojením železa. To umožňuje vyrábět prefabrikované betonové díly o něco tenčí oproti jiným typům stavebního materiálu, a to při zachování stále stejných nosných a tuhostních schopností. Různé druhy betonu dokážou bez problémů odolat i takto vysokým teplotám a zajišťovat stále stejné nosné vlastnosti. U betonových konstrukcí tak nehrozí zhroucení v důsledku nadměrně vysokých teplot.
Realizace a dodávka
V současnosti se haly s konstrukcí z betonu montují z prefabrikovaných dílů. Ty se vždy vyrábějí dopředu na míru přímo pro konkrétní projekt tak, aby do sebe veškeré prvky perfektně zapadaly. Díky tomuto způsobu stavby se betonové montované haly a železobetonové haly pyšní velmi rychlou realizací. Využitím předvytvořených dílů se zase snižuje cena rozsáhlých budov.
Prefabrikované železobetonové prvky také přispívají k rychlosti a efektivitě samotné výstavby. Díky výrobě v kontrolovaných továrních podmínkách je dosaženo vysoké kvality jednotlivých dílců a minimalizace chyb, které by se mohly objevit při běžném odlévání na staveništi. Železobetonové konstrukce jsou díky své univerzálnosti vhodné nejen pro průmyslové a výrobní haly, ale také pro administrativní, sportovní či skladové prostory. Konstrukční systém umožňuje širokou variabilitu dispozičního řešení, což znamená, že každá hala může být přizpůsobena konkrétním požadavkům klienta, včetně možnosti integrace dalších prvků, jako jsou schodiště, podlaží nebo zateplené panely.
tags: #hala #z #predpjatych #betonovych #vazniku #informace