Pokrok moderních dřevěných konstrukcí je třeba připsat v nemalé míře pokroku v technice spojování. Jedním ze zásadních bodů při navrhování dřevěných konstrukcí je oblast spojů. Volba vhodného typu spojů v přípojích, stycích a podporových detailech je důležitou součástí návrhu každé konstrukce, protože podstatným způsobem ovlivňuje skladbu konstrukce i dimenze nosných prvků. Únosnost a tuhost spojů je v řadě případů rozhodující pro návrh a působení konstrukce jako celku.
Požadavky na spojovací prostředky
Požadavky na spojovací prostředky pro použití v dřevěných konstrukcích jsou stanoveny v ČSN EN 14592 (kolíkové spojovací prostředky) a ČSN EN 14545 (hmoždíky, styčníkové desky s prolisovanými trny a desky s otvory pro hřebíky). V ČSN EN 14592 jsou uvedeny a definovány pouze kovové spojovací prostředky - hřebíky, sponky, vruty do dřeva, kolíky a svorníky - pro které jsou specifikovány požadavky na materiál, geometrii, pevnost a ochranu proti korozi.
Požadavky na speciální hmoždíky a styčníkové desky používané v dřevěných konstrukcích jsou stanoveny v ČSN EN 14545. V normě jsou zahrnuty speciální hmoždíky (prstencové, talířové a ozubené), dále kovové styčníkové desky s prolisovanými trny a kovové hřebíkové desky (s otvory pro hřebíky nebo vruty).
Vruty do dřeva
Vruty musí mít závitovou část na délce lg nejméně 6d. Vruty se šestihrannou hlavou se v montovaných domech na bázi dřeva používají např. pro připevňování desek na bázi dřeva (do tloušťky 30 mm) k dřevěnému rámu, zejména pro plošné nosné prvky. Některé typy vrutů umožňují současné provrtání dřeva a ocelového plechu do tloušťky 10 mm.
Styčníkové desky s vruty
Mezi nejčastěji používané spoje s kolíkovými spojovacími prostředky patří spoje se styčníkovými plechy, které jsou vkládány do spár vyřezaných ve dřevěných profilech. Na principu vkládaných ocelových plechů jsou založeny efektivní konstrukční systémy jako BSB, MKD (Multi-Krallen-Dübeln), MNC (Multiple Nail Connectors - spojovací desky s vícenásobnými hřebíky vyvinuté pro příhradové nosníky z vrstveného dřeva KERTO) a další.
Čtěte také: Jak vybrat plovoucí podlahu
Co jsou styčníkové desky příhradového vazníku? Styčníkové desky představují klíčový spojovací prvek moderních příhradových vazníků. Jedná se o speciálně navržené kovové desky s trny, které zajišťují pevné spojení dřevěných prvků vazníkové konstrukce. Styčníkové desky příhradových vazníků jsou vyráběny z kvalitní galvanizované nebo nerezové oceli. Desky jsou vyráběny z plechu o standardní tloušťce mezi 1-2 milimetry, přičemž trny jsou na jejich povrchu uspořádány v pravidelném rastru. Použití styčníkových desek přináší řadu konstrukčních výhod pro celou střešní soustavu příhradových vazníků.
Díky nástupu CNC obrábění i do dílen výrobců pozemních staveb, jsou styčníkové plechy jedním z hlavních způsobů spojování nejen ocelových, ale i dřevěných prutových prvků. Místo toho, abychom složitě opracovávali tvary konců prutů, můžeme jednoduše použít ocelový plech s otvory. Dřevěné pruty jsou upraveny pomocí CNC stroje s připravenými otvory a drážkami.
Testování a analýza zatížitelnosti spojů
Vyšetřování vlivu poddajnosti spojů na celkové působení konstrukcí patří proto k důležitým bodům při navrhování nosných konstrukcí. Poddajnost spojů úzce souvisí nejen s materiálovými a pevnostními charakteristikami dřeva a spojovacích prostředků, ale také s konstrukčním řešením detailů. Přitom je nutné uvažovat vliv prostředí, v němž konstrukce působí a typy zatížení, které přenáší.
Na Ústavu kovových a dřevěných konstrukcí Fakulty stavební VUT v Brně byly laboratorně testovány spoje na bázi ocelových styčníkových plechů. Tělesa odpovídala reálným spojům použitým v konstrukcích. Při testech bylo využito metody bezkontaktního měření deformací těles videoextenzometrem, metody akustické emise a radiační defektoskopie. Softwarové vybavení umožňovalo zpětně vyhodnocovat videozáznamy pořízené snímacími kamerami. Měření přetvoření videoextenzometrem poskytovalo poměrně komplexní informace o chování spoje. Vyhodnocením získaných údajů bylo možné určit posunutí jednotlivých bodů dřevěného prvku i jejich skupin vzhledem ke zvolenému bodu na upínacím zařízení. Akustické emise byly sledovány nezávisle na ostatních měřeních. Průběh experimentu s narůstající zatěžovací silou byl pro vyhodnocení rozdělen na počáteční fázi a fázi do porušení. Ze závislosti rozložení energií na frekvenci bylo možné usuzovat na iniciaci a šíření trhlin ve dřevě a v kontaktu ocelových a dřevěných částí spoje. Při porovnání výsledků se zjistilo, že metoda akustické emise dobře doplňuje klasická měření.
V mnoha případech je třeba ve spojení zabezpečit, kromě osových a příčných sil, i přenos ohybových momentů. Při stanovování únosnosti spoje se skupinou spojovacích prostředků bylo zohledněno vytvoření plastického kloubu v kolíku, otlačení dřeva, kumulace normálového napětí kolmo na vlákna a vliv smykového napětí od okolních spojovacích prostředků, které může vést k rozštěpení dřeva. Ohybová únosnost spojů tohoto typu závisí na geometrickém uspořádání spoje a rozměrech jednotlivých prvků.
Čtěte také: Průvodce lepením OSB spár
Praktické aplikace styčníkových desek
Odborné veřejnosti jsou především známy příhradové střešní vazníky, které byly a jsou s úspěchem používány pro zastřešení přízemních rodinných domů nebo zastřešení supermarketů a diskontních obchodů.
Podkrovní příhradový vazník
Jedním z méně známých použití dřevěných příhradových vazníků v občanské výstavbě je podkrovní příhradový vazník. Tento typ střešního vazníku umožňuje provedení plnohodnotného podkrovního prostoru. Vazník lze řešit komplexně jako integrální konstrukci, která spojuje střešní konstrukci se stropní. Tuto variantu lze v případě větších užitných zatížení modifikovat doplněním samostatných mezilehlých stropních trámů či vazníků (tedy zmenšení zatěžovací šířky dolního pasu vazníku). Varianta řešení, kdy je samostatný střešní vazník ukládán na svislé konstrukce ukončené železobetonovým věncem (strop podkroví je jiný než dřevěný), je také možná. Dolní pasy podkrovních vazníků lze navrhovat z rostlého řeziva i lepeného dřeva (např. KVH, LVL). V případě vyšších hodnot zatížení lze pro dolní pasy použít příhradové nosníky nebo příhradové nosníky tvořené pomocí ocelových POSI diagonál. V případě použití tohoto typu konstrukce jsou zajištěny výhody jako ekonomika spotřeby materiálu, rychlost výroby i montáže na staveništi.
Příhradové stropní nosníky
Ekonomicky zajímavou variantou k lehkým trámovým nebo keramickým stropům je použití dřevěných příhradových stropních nosníků. V článku jsou prezentovány dva základní typy: celodřevěné nosníky a kombinované dřevěné nosníky s ocelovými diagonálami (POSI). Nosníky je možné navrhovat na rozpětí a zatížení běžná pro stavby pro bydlení. Důkazem je úspěšné dlouholeté používaní na trzích západní Evropy, především Anglie a Francie. Celodřevěné nosníky jsou tvořeny jako přímo-pasé s dřevěnými diagonálami. Řezivo je orientováno „naplocho“ tak, aby byla zajištěna stabilita nosníku z jeho roviny. Kombinované dřevěné nosníky s POSI diagonálami jsou tvořeny horními a dolními pasy, které jsou vzájemně spojeny pomocí ocelových, žárově zinkovaných diagonál. Použitím řeziva „naplocho“ ve vodorovné poloze je zvýšena tuhost nosníku z jeho roviny.
Příhradové stěnové sloupky
Ocelové POSI diagonály lze výhodně využít také pro konstrukci stěnových sloupků například rodinných domů. Výhodou tohoto řešení je opět snadné vedení instalačních rozvodů, možnost umístění tepelné izolace i do místa mezi diagonálami a tím značné omezení tepelných mostů.
Konstrukce bednění
Příhradové konstrukce spojované styčníkovou deskou s prolisovanými trny lze výhodně použít také pro konstrukce bednění. Nejčastěji se jedná o bednění železobetonových pilířů, komorových mostních nosníků, mostních opěr, ale i bednění propustků nebo sekundárního ostění tunelů.
Čtěte také: Správné provedení spojů hydroizolace
Celodřevěné haly
Další možností využití dřevěných příhradových konstrukcí spojovaných styčníkovými deskami s prolisovanými trny jsou objekty skladovacích, výrobních, zemědělských a jiných hal. Jednou z nich je návrh haly jako dvou- nebo trojkloubového rámu. Tato varianta je vhodná např. pro obloukové haly. Konstrukce je tvořena soustavou příčných rámů tuhých ve své rovině a dále soustavou podélných a střešních ztužidel, které zajišťují prostorovou stabilitu objektu. Dalším možným konstrukčním řešením je návrh svislého dřevěného panelu, na který je osazena soustava střešních vazníků. U tohoto řešení je důležité vytvořit v úrovni dolních pasů střešních vazníků tuhou rovinu. Tuhá rovina zajistí omezení vodorovných deformací, které vznikají v konstrukci od zatížení větrem na svislé konstrukce. Reakce vzniklé od stabilizace objektu je nutné přenést do základové konstrukce. Třetí, často používanou variantou konstrukčního řešení je uložení střešní konstrukce na soustavu sloupů z lepeného lamelového dřeva. Sloupy bývají ve vrcholu spojeny pomocí přímo-pasých vazníků, na které jsou ukládány střešní vazníky. Přímo-pasé vazníky mohou tvořit také překlady pro případná vrata a jiné prostupy. Dřevěná nosná konstrukce může sloužit jako nezateplená hala pro sklad např. zemědělských produktů nebo techniky. Lze samozřejmě provést zateplený obvodový plášť např. pomocí PUR nebo minerálních panelů. Tím získá hala velmi atraktivní vzhled. Hlavní výhodou dřevěných hal je především rychlost jejich výstavby, nízké náklady na materiál, lehkost, únosnost a také ekologie.
Statický výpočet a analýza
Návrh a posouzení podkrovního vazníku včetně posouzení přípojů lze provádět ve specializovaném software dodavatele ocelových styčníkových desek MiTek Industries. Statický výpočet je prováděn metodou konečných prvků a veškeré posudky dle platných ČSN EN. Vazníková konstrukce se styčníkovými deskami je navržena v počítači - přesný výpočet příhradových vazníků je nezbytný. Program navíc provádí i výrobní dokumentaci a cenovou kalkulaci.
Pro všechny představené typy konstrukcí je nabízena firmou MiTek Industries podpora ve formě výpočetního systému MI20/20, který je pro potřeby projektantů a statiků poskytován v on-line verzi zdarma. Software se skládá z několika modulů; modul Layout slouží pro rychlé a efektivní modelování tvaru svislých konstrukcí, pro modelování tvaru střešních rovin a konstrukční řešení střešních vazníků. Modul Engineering automaticky importuje geometrická data z modulu Layout a provádí vlastní výpočet metodou konečných prvků. Výpočet je založen na moderních numerických a iteračních metodách. Výpočet je prováděn s uvážením reálných excentricit a především reálných tuhostí styčníků, dle typu a rozměru navržené styčníkové desky. Modul Engineering dále nabízí velmi propracovaný generátor zatížení. Pomocí jednoduchých dialogů lze zadat na konstrukci stálé, nahodilé zatížení.
Návrh příhradového vazníku zahrnuje definování jeho tvaru, statické výpočty a zatížení. A právě při výpočtu může dojít k prvním chybám, pokud jsou zadány chybné vstupní údaje a pokud je nesprávně definováno statické schéma. Práce se speciálním software se sice zdá být na první pohled jednoduchá, musí však být precizní. Proto by měl výsledek vždy zkontrolovat hlavní statik projektu či stavby.
Pro geodetická měření je použita metoda prostorového protínání z úhlů. Konstrukce během své existence prošla procesem dotvarování a sesychání, což se projevilo změnou prostorové polohy sledovaných bodů vzhledem k základní etapě. Do celého procesu vstupují jednak změny nevratné, způsobené dosedáním konstrukce, prokluzy ve spojích, dosedáním základů na základovou půdu, a změny sezónního charakteru. Největší podíl na sezónních změnách tvaru konstrukce má teplota. S nosnou konstrukcí spolupůsobí kovový střešní plášť. Bylo zaznamenáno, že při stoupající teplotě a zahřívání střešního pláště dochází k nadzvedávání oblouků ve vrcholové oblasti a při ochlazování k opačné deformaci. Největší průhyby byly naměřeny ve vrcholech oblouků. Během stárnutí stavby se vliv sezónních změn zmenšuje. Velikost deformací v podélném a příčném směru je v případě této konstrukce podstatně méně závislá na sezónních změnách.
Výhody styčníkových desek
Z ekonomického hlediska představují styčníkové desky velmi efektivní řešení. Jejich hlavní předností je rychlá a efektivní montáž, která výrazně snižuje náklady na pracovní sílu oproti tradičním tesařským spojům. Systém také umožňuje optimální využití materiálu s minimálním odpadem. Díky styčníkovým spojům dosahuje vazníková konstrukce minimálního prokluzu a nejmenší možné deformace. Spotřeba dřevní hmoty je větší o cca 30% při použití hřebíků. Vazníky jsou přitom vyráběné strojově ve výrobní hale a střešní konstrukce se na místě už jen smontuje.
Dřevěné vazníkové konstrukce nejsou ničím novým, na velmi dlouho se však jejich vývoj zastavil kvůli příliš složitým výpočtům. Statické výpočty byly zdlouhavé a neefektivní. To však odstranily počítače a také strojní výroba pomocí styčníkových desek s prolisovanými trny (GANG NAIL) přispěla k rychlejší práci a nižším cenám.
Tabulka: Porovnání spojovacích prostředků
| Spojovací prostředek | Norma | Materiál | Použití | Výhody |
|---|---|---|---|---|
| Hřebíky | ČSN EN 14592 | Kov | Obecné spoje dřevěných prvků | Jednoduchost, rychlá montáž |
| Sponky | ČSN EN 14592 | Kov (kruhový, obdélníkový, oválný drát) | Připevňování desek na bázi dřeva (do 30 mm) k dřevěnému rámu | Rychlá montáž (pneumatickou pistolí), zvýšená odolnost proti vytažení (povlak) |
| Vruty do dřeva | ČSN EN 14592 | Kov | Připevňování desek, některé typy umožňují provrtání kovu | Silné spojení, možnost demontáže |
| Kolíky | ČSN EN 14592 | Ocelové tyče | Spoje s kovovými nebo dřevěnými hmoždíky | Vysoká únosnost |
| Svorníky | ČSN EN 14592 | Kov | Dočasné nebo provizorní konstrukce (vzhledem k poddajnosti) | Vysoká únosnost, možnost předpětí |
| Styčníkové desky s prolisovanými trny (GANG-NAIL) | ČSN EN 14545 | Galvanizovaná/nerezová ocel | Příhradové vazníky, bednění, halové konstrukce | Ekonomika materiálu (až 30% úspora dřeva), rychlá a efektivní montáž, minimální prokluz |
| Hřebíkové desky (s otvory pro hřebíky/vruty) | ČSN EN 14545 | Kov | Příhradové vazníky a jiné dřevěné konstrukce | Pevné spojení, vhodné pro strojní výrobu |
tags: #zatizitelnost #spoju #stycnikovych #desek #s #vruty