Návrh a posouzení železobetonových základových a stropních desek z hlediska protlačení je poměrně jednoduchý postup, který se však musí provádět pro každý sloup, konec nebo roh stěny, a to v každém podlaží, příp. v průběhu návrhu konstrukce opakovaně. Cílem moderního softwaru je minimalizovat časovou náročnost práce projektanta, a to jak při primární analýze konstrukce a následné optimalizaci tvaru konstrukce a množství zabudované výztuže, tak i při sestavování a tisku statických výpočtů. Zejména však při finálním návrhu sestav smykových lišt optimalizovaných pro danou sekci desky, jejich vykreslení a sumarizaci.
Výpočetní postupy a normy pro protlačení
Výpočetní postupy používané pro návrh a posouzení železobetonových základových a stropních desek z hlediska protlačení jsou v podstatě dva - první postup je v ČR definovaný normou ČSN EN 1992 - 1‑1 [1], druhý pak předpisy EOTA [3]. Jedná se o posouzení desky v líci sloupu. Tento obvod se nachází ve vzdálenosti 2d od líce sloupu. Únosnost desky ve smyku při protlačení se v tomto průřezu posuzuje při obou postupech. Hlavní rozdíl v přístupu EOTA oproti normě EN 1992 - 1‑1 je v tom, že veškerou posouvající sílu přenáší výztuž v podobě smykových trnů s rozkovanými hlavami. V návrhu se rozlišují dvě oblasti - C a D. Oblast C je omezena kontrolovaným obvodem ve vzdálenosti 1,125d od líce sloupu. Změna Z3 normy předepisuje omezení délky kontrolovaného obvodu sloupu, je-li některý rozměr průřezu větší než 3d. Pro posudky sloupů navržených před platností této změny (květen 2016) je možné omezení potlačit. Oba postupy návrhu umožňují zohlednit tlakové síly v oblasti sloupu, rohu či konce stěny, které vyvodí předpínání desky. Je možné řídit, zda k jejich účinkům má, nebo nemá být přihlíženo, a je možné manuálně měnit hodnotu součinitele k1 (hodnota 0,1 je v normě uvedena jako doporučená).
Zohlednění smykové výztuže
Pokud platí, že VRd,c = vrd,c . u1 . d ≥ VEd, není-li však podmínka splněna, je nutné navrhnout výztuž. Nicméně celková síla, kterou je vyztužený průřez schopen přenést, je limitována hodnotou VRd,c . kmax. Hodnota součinitele kmax je upravena změnou Z3 normy následovně:
- pro stropní desky tloušťky h = 200 mm je kmax = 1,45;
- pro h ≥ 700 mm je kmax = 1,70 (mezilehlé hodnoty se interpolují, u základů se smykovou výztuží se uvažuje kmax = 1,5).
Při použití certifikovaných výrobků (máme na mysli smykové lišty) je hodnota dána příslušným certifikátem ETA. Smyková výztuž se umísťuje podle konstrukčních zásad do obvodu vzdáleného od uout o 1,5d směrem k líci sloupu. Únosnost stropní desky při protlačení je možné ještě zvýšit použitím vodorovné výztuže, např. od firmy PEIKKO CZECH REPUBLIC, která ji uvedla na trh pod označením PSB PLUS®. Teoretický aparát je uveden v [8], konstrukční zásady v materiálech firmy [10]. Na trh se dodává ucelený unikátní systém sestávající ze standardních lišt s trny PSB doplněných v případě potřeby o vodorovné prvky PSB PLUS®.
Softwarové řešení pro posouzení protlačení - RENEX3D
Pro posouzení konkrétního případu existuje celá řada návrhových programů, ať od firem vyvíjejících software, nebo od firem vyrábějících smykové lišty. Jejich nevýhodou je pracnost a tím značná časová náročnost a pak také fakt, že je každý protlak posuzován individuálně a nezávisle na ostatních v řešené desce. Modul pro automatizované posuzování desek na smyk při protlačení zapadá jako skoro poslední střípek do mozaiky jednotlivých modulů programu RENEX3D. Jejich cílem je uspořit to, co je nejcennější a čeho se statickým kancelářím dostává nejméně, tedy lidskou práci. Do výpočetního programu RENEX3D přibyla nová entita - nastavení vlastností bodu protlačení. V dialogu je možné každému místu, které by mělo být posouzeno na únosnost ve smyku při protlačení, definovat jeho vlastnosti, které ovlivňují návrh. Je to primárně typ uvažovaného případného vyztužení a případného uspořádání třmínkových řad vzhledem k líci sloupu. Dále je to způsob výpočtu součinitelů vmin a číselná hodnota ve výpočtu vRd,max (obojí vysvětleno v textu výše), hodnota součinitele β s možností zadání hodnoty individuálně.
Čtěte také: Betonový průřez – výpočet
Pokročilé možnosti nastavení v RENEX3D
V další části je možné upravit tloušťku navazujícího deskového makroprvku (jednak při použití tuhých částí v oblasti sloupu, jednak při ladění návrhu protlačení bez nutnosti pouštět nový výpočet) a je možné nadefinovat hlavici obdélníkového půdorysu kolem sloupu s tím, že se posoudí nejen protlačení hlavice, ale i protlačení navazující desky. Po proběhnutí běžného výpočtu je možné nechat posoudit všechna uživatelem vybraná místa v konstrukci v jednom kroku. Výsledky je možné zobrazovat jak pro základové, tak pro stropní desky. V prvním případě se provede podle průběhu kontaktního napětí pod základovou deskou odpočet zatížení, které přenese přímo zemina (pro rozhraní s programy výrobců lišt se uvádí i průměrná hodnota kontaktního napětí). Dále je možná volba zatěžovacího stavu nebo kombinace, pro které se posouzení provádí. Je možné nechat vygenerovat výstupní datový soubor.
Možnosti volby návrhového postupu
Uživatel může také zvolit, jaký návrhový postup se má použít:
- Volba A: standardní postup podle odstavce 6.4 normy ČSN EN 1992 - 1‑1.
- Volba B: postup podle metodiky EOTA.
- Volba B+: v případě, že smykové trny svojí kapacitou nepokryjí potřeby, je posouzena možnost použití vodorovných smykových trnů PSB PLUS®.
- Volba C: nejprve posuzuje podle metodiky EC2 a v případě, že měkká výztuž není schopná požadované zatížení přenést, přechází k návrhu smykových trnů.
V konfigurační části dialogu je kromě běžných formálních parametrů možné nastavit modifikace návrhu. Pokud se posuzuje základová deska podepřená pilotami, jež jsou ve výpočtu modelovány, je možné aktivovat odpočet reakce v pilotě (skupině pilot) od síly VEd,red. Volba „Zapsat podrobný log“ umožňuje vygenerovat textový soubor s podrobným postupem výpočtu. Další volba přepíná mezi podrobnými informacemi pro projektanta při ladění výpočtového modelu a informacemi, které jsou dostatečné např. Vždy se vypisuje i procento využití průřezu jako pomůcka pro případnou úpravu konstrukce (zde využití 42 %).
Zobrazení a interpretace výsledků
Vykreslí se kontrolovaný obvod u1 (oranžová), obvod uout (modrá plná) a obvod uout‑1,5d od něj vzdálený 1,5d (modrá čárkovaná). V textové části je uveden materiál desky, použitá ohybová výztuž, procento vyztužení ρI u rozhodujícího líce desky a součinitel kmax pro daný případ. V dalším řádku je uvedena síla VEd, součinitel β a informace, která ohybová výztuž byla zohledněna. Program automaticky započítává množství ohybové výztuže zadané pro daný makroprvek desky, ale i výztuž přidanou, definovanou oblastmi přídavné výztuže. Síly VEd jsou u sloupů získávány z rozdílu normálových sil ve sloupu pod a nad posuzovanou deskou. Další informace se týkají vzdálenosti obvodu u1 od líce sloupu, únosnosti betonu desky, celkové návrhové hodnoty síly na protlačení (β . VEd) a nutné průřezové plochy smykové výztuže (zde ohybů). Poslední sada informací se týká obvodů uout a uout‑1,5d. Analogicky se postupuje při aktivaci metodiky EOTA. Je zohledněn vliv otvorů podle čl. 6.4.2 (2) betonářské normy [1]. Zatímco pro výpočet protlačení sloupů jsou brány do výpočtu normálové síly ve sloupech (resp. jejich rozdíl), u stěn je integrována po kontrolovaném obvodu veličina VmaxB, což je maximální posouvající síla od ohybových účinků ve stropní desce. Podobně je při posuzování hlavic a jejich okolí vlastní hlavice řešena na základě normálových sil ve sloupech, obvod hlavice pak integrací posouvajících sil v navazující desce.
Současná norma ČSN EN 1992 - 1‑1 i předpisy EOTA povolují v případech, kdy stropní konstrukce splňuje specifikované podmínky uspořádání podporujících stěn a sloupů, použít pro zohlednění vlivu ohybových momentů součinitele β, viz výše. Ne všechny stropní nebo základové desky tato kritéria splňují, pak je teoreticky nutné postupovat podle rovnice (6.39) normy. Tento postup je poměrně náročný. V blízké budoucnosti bude zprovozněna verze, kde bude možné i u protlaků desek sloupy řešit úlohu integrací posouvajících sil ve stropní desce v libovolném kontrolovaném obvodu. To v dostatečné míře zohlední excentricitu uložení. Malou nevýhodou je fakt, že integrace těchto sil je ovlivněna hustotou dělení.
Čtěte také: správný návrh kapacity okapového žlabu
Optimalizace smykové výztuže
Pro vyztužení zejména stropních desek na účinky protlačení se stále častěji používají smykové lišty. Výrobci dodávají volně použitelný software pro jejich návrh. Aby nebylo nutné dimenzovací veličiny předávat „ručně“, je možné pro prvky řady Schöck Bole® vygenerovat soubor, který lze přímo načíst do návrhového programu firmy Schöck, zde pak provést posouzení a vygenerovat DXF soubor s rozložením a výpisem smykových lišt. Ten poté převést do DWG formátu a po jednom vkládat do výkresu stropu. Nevýhoda tohoto postupu spočívá ve faktu, že každý protlak v desce se posuzuje individuálně, což může vést k tomu, že na jeden strop je nutné přivézt celou řadu (na zakázku vyráběných) smykových lišt. Program tedy vygeneruje potřebné údaje pro posudky všech sloupů a stěn zvolené oblasti a tato místa posoudí. Protože se trny vyrábí v celé škále průměrů, provedou se návrhy pro všechny průměry, které vyhovují jak svojí únosností, tak geometrickým uspořádáním lišt podle požadavků příslušného předpisu EOTA.
Ekonomická optimalizace výběru smykových lišt
Jako vstupní údaj jsou vloženy ceny trnů (zatím poskytnuté jen firmami JORDAHL & PFEIFER Stavební technika, s.r.o., a Schöck - Wittek s.r.o., vložení cen prvků PSB se chystá). Program vybere z výrobního sortimentu všechny průměry trnů, které je možné použít ve všech řešených místech v dané desce, a nabídne jejich přehled včetně orientačních cen. Součástí analýzy je i kontrola geometrie návrhu, tedy vhodnost použití lišt se dvěma nebo třemi trny s ohledem na výslednou cenu.
Příklad cenové optimalizace smykových lišt
V záhlaví výpisu je uvedena cena v případě, že by každý jednotlivý protlak byl optimalizován samostatně, v uvedeném příkladě je to 802 €. Dále je uvedena tabulka pro případ, kdy je pro celou desku použit vždy jen jeden profil. Zde jsou vidět poměrně zásadní cenové rozdíly mezi středními a okrajovými průměry.
| Varianta | Cena (€) | Nárůst ceny (%) oproti ideální optimalizaci |
|---|---|---|
| Každý protlak optimalizován samostatně | 802 | 0 |
| Použití jednoho profilu pro celou desku | (různé hodnoty, závisí na průměru) | (výrazné rozdíly) |
| Použití dvou průměrů trnů (např. 16 mm pro celou desku) | 828 | 3,24 |
Program provede ještě další analýzu při použití dvou průměrů trnů s tím, že se nepoužijí dva sousední průměry kvůli možné záměně na stavbě. Na tomto příkladu je vidět, že zřejmě z hlediska výroby, dopravy a osazování je nejvýhodnější použít všude trny průměru 16 mm, cena je 828 €, nárůst ceny je 3,24 % oproti ideální optimalizaci. Poté, co se uživatel rozhodne pro určitou variantu, je vygenerován výkres v DWG formátu a výpis použitého materiálu. Velkým přínosem by toto řešení mělo být jak pro výrobu lišt, které se podle konzultací s jednotlivými dodavateli vyrábějí na konkrétní zakázku ze sériově vyráběných trnů a lišt, tak pro distribuci lišt na stavbu. V neposlední řadě použití minima typů prvků usnadní na stavbě skladování a manipulaci při ukládání do konstrukce.
Komplexní analýza a posouzení v RENEX3D
Primárně jsou to speciální prvky pro modelování předpínací výztuže, propojené s modelem konstrukce, a tudíž reagující nejen na její deformace, ale i dotvarování, smršťování a další jevy. Dále v tomto programu může mít každý 2D makroprvek (z hlediska matice tuhosti deskostěnový prvek) zadáno základní vyztužení ve dvakrát třech směrech, řekněme základní rastry výztuže v dané desce. Uživatel dále může zadat oblasti příložek. S těmito informacemi pracuje jak modul řešící smyk při protlačení, tak i modul fyzikálně nelineární analýzy betonových průřezů. Ten uvažuje nejen s navrženým vyztužením v řešeném konečném prvku, ale i s pracovními diagramy betonu i oceli v tahu i tlaku, zohledňuje posun neutrální osy průřezu oproti střednicové rovině desky a zohledňuje vznik a rozvoj trhlin. K tomu je nutno připočítat hromadný posudek 2D prvků na kombinaci ohybového momentu a normálové síly. Program pracuje s ohybovou výztuží definovanou v celé ploše příslušného 2D makroprvku, ve kterém je protlačení řešeno, ale bere v potaz i příložky, definované pro obě vrstvy výztuže uvažované při horním a dolním líci desky. Tyto informace je možné využít i při dalších výpočtech. A to při nelineární analýze desek s uvažováním vzniku a rozvoje trhlin v betonu, zohlednění pracovních diagramů betonu i oceli měkké výztuže, ale i dotvarování při výpočtech mezních stavů použitelnosti. Pro posouzení 2D prvků z pohledu mezních stavů únosnosti je to pak hromadný posudek využití vyztužených průřezů na kombinace zatížení podle ČSN EN 1990 [2]. Statik tedy může v jednom prostředí velmi efektivně provést návrh, analýzu a posouzení dané desky jak z hlediska mezních stavů únosnosti, tak i použitelnosti. A jednoduchým způsobem vygenerovat soubor, který je podkladem pro vyztužení dané stropní nebo základové desky. Buďto zcela manuálně, nebo je možné řadu dat předávat armovacím programům RECOC BETON.
Čtěte také: speleoterapie pro děti v Ostrově
Pojmy a realizace základové desky
Než se pustíme do samotného betonování, vyjasníme si některé pojmy. Konkrétně používání pojmu „základová deska“ v případě, kdy se vlastně o základovou desku nejedná. Základová vrstva je konstrukční vrstva, která nese samotný dům, jeho obvodové stěny. Nyní se bude jednat o zakládání na základových pásech. To, co budeme následně betonovat, není v pravém smyslu základová deska, ale vyrovnávací nebo roznášecí konstrukční vrstva pro stavbu podlah. Stěny jsou v tomto případě neseny základovými pásy a podezdívkou. Jelikož je ale tato konstrukce součástí základového systému, budeme ji i nadále nazývat základovou deskou.
Před započetím provádění takovéto základové desky je důležité mít dokonale zhutněný podklad, minimalizované sedání a nachystané vyztužení. Výztuž by měl navrhnout projektant. Musí zohlednit rozteče jednotlivých polí, sedání a pohyby terénu a minimalizace smrštění desky, protože v této konstrukci se dilatace neprovádí.
Betonování a ošetřování základové desky
Nyní můžeme tedy přistoupit k samotnému betonování. Je třeba si uvědomit, že se jedná o velkou plošnou konstrukci, která nemá dilatace, smršťovací spáry a je tím pádem velmi citlivá na vznik prasklin. Ty můžeme jednoduše omezit důkladným ošetřováním konstrukce. Ošetřování můžeme provádět různými způsoby:
- Přikrytím geotextiliemi nebo fólií.
- Vlhčením.
Po betonáži necháme beton zavadnout a následně ho kropíme v pravidelných intervalech, řekněme tak jednou za 5 hodin. Po 5 dnech odstraníme bednění a můžeme začít připravovat další etapu stavby.
Reference
- [1] ČSN EN 1992 - 1‑1. Část 1 - 1: Obecná pravidla a pravidla pro pozemní stavby - oprava 1, 2; změny A1, Z1, Z2, Z3, Z4; NA ed.
- [2] ČSN EN 1990. Eurokód: Zásady navrhování konstrukcí - oprava 1, 2, 3, 4; změny A1, Z1, Z2, Z3; NA ed.
- [3] EOTA TR 060. Increace of punching shear resistence of flat slabs or footings and ground slabs - double head studs - Calculation Methods.
- [8] CANTONE, R., RUIZ, M. F., BUJNAK, J., MUTTONI, A. Enhancing Punching Strength and Deformation Capacity of Flat Slabs. ACI Structural Journal. September 2019, Vol. 116, Issue 5, pp.
- [10] Firemní materiály.
tags: #posouzeni #betonove #desky #fino #informace