Neuvěřitelné triky pro ukotvení ocelových sloupů pod dlažbou, které musíte znát!

Pevná konstrukce začíná u pevných základů. Při stavbě různých typů přístřešků, pergol nebo altánů nejsou potřebné tak silné základy jako při stavbě domu. V těchto případech se ideálně hodí základy sloupů, které jsou stabilně připevněny k podloží a k nimž je připevněn sloup.

Montáž základů sloupů a kotev je klíčovým krokem v procesu stavby konstrukce, který vyžaduje přesnost a preciznost. Dobrá znalost postupu montáže je nezbytná pro zajištění pevnosti a stability celé struktury. Níže se dozvíte více o různých metodách kotvení ocelových sloupů a jejich vhodnosti pro různé typy konstrukcí a terénů.

Typy kotvení ocelových sloupů

Kotevní patky se rozlišují podle toho, do jakého povrchu bude konstrukce upevněna. Můžete koupit patky do betonu nebo patky, které se zapouští přímo do země (zemní vruty, kotevní hroty). U patek do betonu se rozhodujeme také podle toho, zda budeme patky kotvit současně s procesem tvorby základů, tzn. do čerstvého betonu, nebo do již vytvrzeného betonu.

1. Betonové kotvící patky

Pokud vyžadujete maximálně spolehlivé kotvící patky, mohly by pro vás být ideálním řešením betonové kotvící patky. Betonování patek poskytne maximální možnou odolnost, je však spojeno s větším množstvím práce. Výhodou betonových patek, kromě jejich odolnosti, je také fakt, že je můžete snadno upevnit prakticky do jakéhokoliv terénu.

Postup přípravy betonových patek:

V zemi budete muset vykopat požadované množství děr, do kterých následně vlejete beton.
Patek by mělo být minimálně 6, ideálně však 8. Rozhodující je samozřejmě celková velikost plánované konstrukce a počet nosných sloupů.
Pamatujte na to, že hloubka patky by měla být hluboká alespoň půl metru. V případě, že stavíte na nestabilní lehké půdě či v kamenité půdě, měli byste hloubku vrtu prodloužit až k jednomu metru.
Doporučená velikost pro otvor na kotevní patky činí 50 na 50 centimetrů.
V případě, že potřebujete absolutní jistotu, že každá patka bude tak pevná, jak je to jen možné, můžete do betonové směsi přidat také několik větších kamenů nebo kusy nastříhané kari sítě.
Počítejte s tím, že beton takzvaně zraje i více než jeden měsíc. Až poté získá požadované vlastnosti. Následně můžete na připravený beton pomocí hmoždinek a vrutů vsadit ocelové patky, které se stanou základem pro nosníky konstrukce.

Betonové kotvy jsou vhodné především pro konstrukce větších rozměrů. Zvolte je také v případě, kdy víte, že v daném místě by konstrukci mohl čas od času potrápit silný vítr.

Čtěte také: Použití ocelových kotev v betonu

Kotevní pilíře s deskou jsou vhodné pro připevnění k již hotovým betonovým podkladům. Pilíře se šroubovicí jsou výškově nastavitelné, tudíž je možné dodatečně vyrovnat výškové rozdíly mezi jednotlivými patkami.

2. Uchycení pomocí zemních vrutů

Nejoblíbenějším způsobem uchycení konstrukce do země představují zemní vruty. Kopání hlubokých jam a lití betonu se totiž naštěstí můžete vyhnout. Výbornou alternativou pro menší konstrukce, které nebudou muset bojovat s poryvy větru, jsou zemní vruty. U tohoto způsobu ukotvení nemusíte hloubit žádné vrty. Vystačíte si pouze se základním nářadím jako je montážní klíč a kladivo. Speciální klíč k uchycení vrutů bývá navíc součástí balení se zemními vruty.

Postup montáže zemních vrutů:

S pomocí montážního klíče můžete relativně snadno vsadit vrut do země. Proces je to skutečně velmi jednoduchý.
V případě, že je půda vyschlá, pomůže její navlhčení.
Pak stačí pouze pomocí kladívka zatlouct do země kolíky. Do nově vytvořeného otvoru pak vložíte vrut a pomocí klíče jej zavrtáte do země.

Obrovskou výhodou zemních vrutů je především rychlost montáže. Základy pro konstrukci mohou být připraveny klidně během jediného dne. Nemusíte se pouštět do namáhavého kopání, ani čekat na vyschnutí betonu. Tento typ kotvy samozřejmě neposkytne takovou stabilitu, jakou můžeme očekávat od betonových patek. Je však zcela dostačující k uchycení menších dřevěných konstrukcí nebo například ke kotvení hliníkové pergoly. Se zemními vruty však nepochodíte u příliš kamenitého terénu.

3. Zatloukací trny

Zajímavou alternativou k zemním vrutům jsou zatloukací trny. Jde skutečně o ocelovou součástku ve tvaru trnu, kterou velmi jednoduše zatlučete do země. Jednoduchost a cenová dostupnost však v tomto případě přináší poměrně zásadní nevýhodu. Ve srovnání se způsoby upevnění, které jsme si vysvětlili výše, jsou zatloukací trny o poznání méně stabilní. Zvolit je tak můžete jen v případě velmi lehkých konstrukcí. Například u malé dřevěné pergoly, zdi na popínavé rostliny a dalších dekorativních prvků do zahrady. Naopak zatloukací trny nevolte u větších a masivnějších konstrukcí. Konstrukce bez kotvení alespoň zemními vruty nemusí být dostatečně bezpečná.

4. Ukotvení do zámkové dlažby nebo do betonu

Zámková dlažba je pravděpodobně vůbec nejčastějším podlahovým povrchem u pergol. Proto rozhodně stojí za to věnovat pár řádků také ukotvení do zámkové dlažby. Opět nejde o nic komplikovaného. Za tímto účelem totiž vznikly speciální úchyty ve formě kovové patky. Podlahový úchyt najdete v železářství pod označením K 301. Je přímo uzpůsoben pro ukotvení staveb v místech, kde není možné zatloukat zemní vruty nebo betonovat patky.

Čtěte také: Ocelové pruty a beton

Postup připevnění podlahových úchytů:

Pro připevnění podlahových úchytů k betonu nebo zámkové dlažbě stačí hmoždinky, vruty a vrtačka s vrtákem do betonu.
Do tohoto typu ocelové patky pak vložíte sloupy.
Dejte si však mimořádný pozor na to, aby byla zámková dlažba skutečně velmi pevná. V opačném případě mohou uvolněné dlaždice ohrozit pevnost celé konstrukce.

V případě uchycení do betonu lze postupovat velmi podobně, jako je tomu u zámkové dlažby. Kotevní patky do betonu s roxorem nabízejí dvě možnosti montáže: do čerstvého betonu nebo do již vytvrzeného základu.

Možnosti montáže patek s roxorem:

Do čerstvého betonu: Nejprve je nutné vykopat do země otvor a vyplnit ho betonem. Do betonu se začerstva vtlačí patka, vyrovná se a nechá zatuhnout. Roxor musí být zalitý betonem do 3/4 délky. Po zatuhnutí můžeme do patek zasadit dřevěné hranoly. Povrchovou úpravu a impregnaci hranolů je vhodné provést před ukotvením konstrukce.
Do již hotového betonového základu: Do betonu se vyvrtá díra, do které je roxor ukotven pomocí chemické malty.

Pro dodatečné kotvení se na stavbách preferují chemické nebo rozpěrné kotvy, a to i v provedení z nerezavějící oceli. Podlití patky v rozsahu 30 až 90 mm se musí provést tak, aby patka ocelové konstrukce dosedala celou plochou na podlití.

5. Ukotvení do zdi domu

Velmi oblíbenou možností při stavbě pergol a přístřešků je ukotvení napůl v zemi a napůl k fasádě domu. Ukotvení do fasády patří mezi běžné stavební úkony. Už při stavbě domu je vhodné myslet na to, zda k němu jednou budete připojovat pergolu. Můžete si pak dát pozor, abyste v dotčených místech použili vhodný materiál. Tím totiž nejsou například duté cihly. Ideální je naopak beton.

Postup ukotvení do zdi:

Nejčastějším způsobem, jak konstrukci připevnit k domu, je instalace příčného ráhna, které k fasádě připevníte pomocí chemických vrutů a závitových tyčí.
Konkrétně proces vypadá tak, že do fasády vyvrtáte dostatečně dlouhé vrty, které vyplníte chemickou maltou.
Zde pak zasunete závitové tyče, které se stanou základem pro ukotvení nosného ráhna. Na něj připevníte konstrukci.

V každém případě je pak nutné rozlišovat mezi tím, zda hodláte provést kotvení do zateplené fasády nebo nezateplené zdi. Kotvení přes zateplení vyžaduje hlubší vrty a delší závitové tyče. Uchycení přímo k domu je samo o sobě velmi pevné a spolehlivé. Pro jistotu ale na druhé straně připevněte konstrukci také pevně k zemi. Velmi podobný je také proces ukotvení do dřevostavby. Také zde budete volit nosné ráhno, ke kterému konstrukci připevníte pomocí dostatečně silných vrutů do dřeva.

Zavětrování konstrukce

Při stavbě konstrukce svépomocí myslete také na kvalitní zavětrování, které není radno podcenit u žádné podobné konstrukce. Zvláštní pojem v sobě skrývá proces, kdy konstrukci či jinou podobnou stavbu pořádně zpevníte a dodáte jí tuhost, aby se její jednotlivé prvky nemohly vychýlit. U dřevěných konstrukcí proces zavětrování typicky zahrnuje zpevnění konstrukce dalšími hranoly v úhlu 45 stupňů. Pokud zvolíte montovanou konstrukci na klíč nebo si pořídíte stavebnici, měla by konstrukce obsahovat všechny potřebné prvky včetně zavětrovacích částí.

Čtěte také: Důležité aspekty montáže ocelových sloupků

Návrh a provedení kotvení ocelových konstrukcí

Pro plnou funkčnost a maximální životnost ocelových konstrukcí je klíčová kvalita návrhu a provedení kotvení. Na projektu kotvení ocelových konstrukcí úzce spolupracují dva projektanti, ocelář a betonář. Ocelář navrhuje geometrii a způsob kotvení, což vychází ze statického výpočtu a zvoleného statického schématu. Součástí jeho návrhu je kotevní ocelová patka nosného prvku, případná smyková zarážka a někdy i kotevní šroub.

Oba projektanti potom spolurozhodují, zda bude kotvení do betonové konstrukce zabudováno při betonáži, či dodatečně provedeno pomocí chemických kotev. U dodatečného kotvení je nutné zvážit, zda použít takzvané těžké rozpěrné kotvy, nebo kotvy chemické.

Projektant - ocelář zpracovává kotevní plán, kde vyznačí typy jednotlivých kotevních patek a kotevních sestav.
Projektant - betonář pak na základě spočítané délky kotevních šroubů navrhuje velikost betonové kotevní patky a případně i její vyztužení. Součástí jeho dokumentace je pak výkres tvaru betonových základů. V nich jsou vyznačeny jednotlivé typy kotvení s odkazy na ocelářské výkresy, dále pak tvarové řešení požadavků vzešlých ze způsobu kotvení (tedy půdorysné rozměry a hloubky smykových zarážek), požadavky na pevnost betonu pro montáž ocelové konstrukce a výkres výztuže.

Na výkresech jsou dále specifikovány zabudované kotevní prvky či jejich součásti, které jsou při betonáži vkládané do bednění. U osazení kotevních šroubů musí být vyznačené možné montážní tolerance a přesnost osazení. U současných staveb se setkáte častěji s kotvením dodatečným, které je nyní všeobecně preferováno. Jeho hlavní výhodou je totiž snazší dodržení požadované přesnosti. Mnohdy je ale nutné použít kotvení zabudované, zejména v případech, kdy je na kotvu nebo skupinu kotev plánováno velké zatížení (tahovými či tlakovými reakcemi). V takovém případě je nezbytné osazení skupiny kotev pomocí kotevní šablony.

Experimentální ověřování a modely kotvení

Kotvení ocelových a ocelobetonových sloupů k základům je jedním z nejméně studovaných konstrukčních prvků v evropském i celosvětovém měřítku. V porovnání se styčníky nosníků na sloupy a nosníky, kde je k dispozici databáze s tisíci experimentů, je jich u patek popsána jen asi dvě stě.

Evropský návrhový model v ČSN EN 1993-1-8:2005 vychází z výminky rovnováhy při plastickém rozdělení, pevnosti betonu v koncentrovaném tlaku při podrcení ve styčníku, pružném omezení deformace patní desky na betonovém základu a umožňuje určit ohybovou tuhost styčníku. Další výzkum v kotvení sloupů byl zaměřen na sloupy z uzavřených profilů a na návrh nových montážně úsporných řešení. Samostatně se řeší problematika kotevních šroubů, která je v evropské metodice popsána stanovením parametrů výrobků pomocí jejich zkoušením ETAG 001 a pomocí poznatků o jejich modelování.

V letech 2007 - 2011 bylo v rámci evropského projektu RFSR-CT-2007-00.051 InFaSo navrženo pro přípoj ocelového nosníku na sloup/stěnu a pro kotvení sloupu k základovému betonovému bloku konstrukční řešení pomocí zabetonované kotevní desky s trny. Kotvení desky do betonu se řeší dlouhými trny s hlavou, kterých se využívá ve spřažených ocelobetonových konstrukcích mostů.

Navržené řešení využívá možných tolerancí při osazení kotevní desky, na kterou jsou po jejím zaměření do soustavy sloupu navařeny podle šablony závitové trny. Na závitové trny je osazen sloup, který je vybaven běžnou patní deskou s nadměrnými otvory pro kotevní šrouby - závitové trny. Tolerance v náklonu desky jsou při montáži vyrovnány podložkami a po montáži zálivkou.

Pro návrh metodou komponent podle EN 1993-1-8:2005 byl připraven model, který využívá analytický popis dvou komponent: vytržení závitového trnu z kotevní desky a kotevní deska v tahu. Chování patky sloupu bylo experimentálně ověřeno na šestnácti zkušebních vzorcích, které zahrnuly meze předpokládaných/přípustných geometrických nepřesností při montáži. Při zkoušce se měnilo zatížení zkušebních vzorků, tloušťka podlití a historie zatížení. Vzorky byly namáhány osovou, převážně tahovou, silou s excentricitou a smykovou silou s excentricitou. Devět patek bylo zatěžováno monotónně a sedm cyklicky. Cyklické zatěžování simulovalo namáhání při zemětřesení. Tvar porušení vzorků odpovídal předpokladům modelů.

Vzorky první skupiny S1 se porušily vytažením trnu z betonu.
U vzorků skupin S2 a S3 se plastifikovala místně podepřená kotevní deska.

Na zkušebních vzorcích byly měřeny deformace patní desky osmi průhyboměry. Kalibrované podložky s tenzometry umožnily vyhodnotit síly v závitových trnech. Lankovým průhyboměrem byla měřena změna velikosti ramene působící síly během experimentu. U vybraných vzorků byla měřena poměrná deformace horního povrchu místně podepřené kotevní desky pomocí nálepkových tenzometrů. Zatěžování vzorků bylo řízeno deformací. Vyvozená síla byla měřena siloměrem vloženým mezi zatěžovací válec a zkušební vzorek.

Styčníky, přípoje nosníku na sloup a nosník a kotvení patní deskou, se analytickými modely navrhují metodou komponent. Předpověď chování, tj. tuhost, únosnost a deformační kapacita, základních komponent je popsána v normě ČSN EN 1993-1-8:2005. Analytické modely některých dalších komponent lze nalézt v literatuře. U kotvení sloupu předem zabetonovanou deskou bylo třeba dále popsat komponentu vytržení vyztuženého kužele betonu a komponentu patní deska s trny. Komponenta vyztuženého kužele betonu byla předmětem práce na TU ve Stuttgartu. Pro vytvoření analytického modelu bylo chování komponenty patní deska s trny analyzováno metodou konečných prvků programem ANSYS 11.

Model desky je vytvořen z elementů SHELL181. Pružné podloží bylo simulováno prvky COMBIN39, které podpírají každý uzel desky. Deska je dále držena kloubovými podporami v místě spojovacích trnů. Klouby přenáší tah i smyk a zajišťují prostorovou stabilitu desky. Deska je namáhána osamělými silami v místě trnů se závitem. Materiál se uvažuje s bilineárním pracovním diagramem s vyznačenou mezí kluzu a neomezenou tažností.

Plastická deformace ocelové desky na betonovém podkladě ukazuje plastifikaci tlačené oblasti v okolí spojovacích trnů a tažené u závitových trnů. Tenká deska se poruší protlačením trnů. Komponenta vytržení trnu z kotevní desky při zkouškách rozhodovala o únosnosti styčníku, kde plocha ve smyku Av, která je dána tloušťkou desky t a účinnou šířkou desky.

Popis chování komponenty kotevní deska v tahu je založen na vláknovém působení plechu při jeho velkých deformacích. Kotevní desku lze v pružném stavu modelovat jako náhradní T profil v ohybu a závitový trn v tahu. Po vytvoření plastických kloubů v náhradním T profilu se kotevní deska mezi klouby, tj. mezi trny, deformuje tahem. Předpokládá se, že vodorovná vzdálenost trnů se nemění. Kotevní trny se deformují samostatně. Deformace komponenty od protažení kotevní desky umožní svislou deformaci v místě působení tahové síly, tj. závitového trnu.

Porovnání únosností a tuhostí přípoje

Níže uvedená tabulka představuje poměry únosností a tuhostí přípoje ve dvou částech křivky síla a deformace pro přípoje typu S2 a S3. První část udává přesnost předpovědi do počátku plastifikace kotevní desky a ve druhé popisuje přesnost modelu po plastifikaci.

Typ přípoje	Fáze	Poměr únosnosti (experiment/model)	Poměr tuhosti (experiment/model)
S2	Před plastifikací	XXX	YYY
S2	Po plastifikaci	ZZZ	AAA
S3	Před plastifikací	BBB	CCC
S3	Po plastifikaci	DDD	EEE

V rámci projektu byl připraven nový typ kotvení sloupu do betonového základu pomocí zabetonované kotevní desky s kotevními trny a závitovými trny přivařenými na montáži. Pro návrh přípoje byl vytvořen analytický model metodou komponent, který využívá poznatků současné návrhové normy.

Montáž základů sloupů a kotev

Kroky k správné montáži základů sloupů a kotev:

Vyznačte místo montáže kotvy do betonu.
Umístěte kotvu na cílové místo a označte otvory pro vrtání ve základové desce.
Vyvrtávejte otvory v betonu na označených místech.
Připevněte kotvu k betonu.
Roztáhněte držák nosníku na požadovaný rozteč.
Postavte nosník svisle vzhledem k podkladu.

Poznámka: Sloupek se nasazuje na kotvu, není na ni přišroubován.

Mějte na paměti, že pevná konstrukce začíná u pevných základů. Díky správné montáži základů sloupků a kotví můžete mít jistotu, že vaše stavba bude stabilní a bezpečná po mnoho let.

tags: #ocelové #sloupy #kotvení #pod #dlažbou #informace

Ukotvení ocelových sloupů pod dlažbou: Komplexní průvodce