Projektanti i stavební firmy často uvažují o tom, kolik podlaží je schopné unést cihelné zdivo. I mezi odbornou veřejností přežívá názor, že pro cihly jsou hraniční tři podlaží. Není problém takováto tvrzení nalézt i v odborném tisku a nevyvolávají u odborné veřejnosti žádnou reakci. V tomto článku chceme ukázat, že se jedná spíše o předsudek. Skutečnost je zcela odlišná.
Klíčovou vlastností stavebních materiálů je u vícepodlažních budov únosnost zdiva, budovy však musí splňovat stále přísnější tepelnětechnické požadavky. Současné moderní pálené materiály však dokážou splnit obě kritéria a při správném návrhu není výstavba budov s pěti či šesti podlažími nic neřešitelného. Cihelné zdivo Porotherm má charakteristickou hodnotu pevnosti zdiva v tlaku fk od 1,6 MPa až do 9,88 MPa podle druhu cihelných bloků a druhu malty. Z uvedených hodnot je zřejmé, že si vybere každý. Obecně platí, čím lepší tepelněizolační vlastnosti, tím nižší pevnost a obráceně. Jedinou výjimkou je nová řada tepelněizolačního zdiva řady Porotherm T Profi, u kterého je i při pevnosti P8 díky masivním žebrům dosaženo fk = 3,5 MPa, což odpovídá běžným cihelným blokům pevnosti P14. O využití tohoto typu zdiva pro vícepodlažní budovy se ještě zmiňuji níže.
Průkopníkem ve stavbě vícepodlažních budov, v nichž je cihlové zdivo použito jako nosná konstrukce, je v ČR např. firma Skanska. Skanska má bohaté zkušenosti s výstavbou a následným užíváním vícepodlažních budov a dospěla k tomu, že se ve svých nových projektech snaží o maximální využití cihelného zdiva. Důvody jsou jasné – odpadají komplikace při napojování zdiva k železobetonovým konstrukcím a minimalizují se tak akustické mosty. Zároveň je ve zděných objektech prokazatelně příjemnější vnitřní mikroklima. Nezanedbatelnou skutečností je i fakt, že byty ve zděných domech jsou dlouhodobě nejžádanější, a tím i lépe prodejné. A protože v současných cenových relacích jsou navíc cihelné zdicí prvky oproti betonovým i výrazně levnější, je pro investora zajímavé využití cihelného zdiva v projektu maximalizovat.
Proto se firma Skanska obrátila na největšího výrobce cihelných bloků, společnost Wienerberger, se žádostí o prověření možnosti využití cihelného zdiva Porotherm na nosné konstrukce u bytového domu s osmi nadzemními podlažími v Praze na sídlišti Střížkov.
Konstrukční řešení a posouzení konstrukce
Na základě zadání byla provedena analýza konstrukce. Převážná část stropní konstrukce je panelová, po obvodě přechází z důvodu proveditelnosti balkónů na monolitickou desku o šířce 2 m pro uchycení balkónů. Dohromady včetně balkónů je na obvodě zatěžovací šířka 3,5 m (obr. 1). Pro jednodušší představu: tato hodnota odpovídá zatížení od stropní desky s rozpětím 7 m. Balkóny jsou prefabrikované se zabudovanými ISO nosníky (obr. 2). Obvodové stěny jsou navíc kvůli otvorům pro okna a balkónové dveře dosti oslabené – otvory tvoří celkem 48 % obvodu.
Pro výpočet jsme s kolegou Ing. Fiurym použili program FIN EC 2D. Použití 2D programu považuji za bezpečnější a lépe vystihující chování zdiva než varianty 3D. FIN EC 2D poskytuje na základě našich zkušeností „nepříznivější“ výsledky než programy dle zjednodušeného výpočtu dle EC 6 ČSN EN 1996-1-1 přílohy C Zjednodušená metoda výpočtu výstřednosti zatížení stěn, a je tedy více na straně bezpečnosti, což jsme pro daný případ považovali za vhodné.
Při použití metodiky výpočtu dle EC 6 je obvykle nejproblematičtějším prvkem obvodové zdivo. Původní návrh uvažoval pro zdivo cihly Porotherm 25 SK Profi + zateplení 15 cm na obvodové železobetonové konstrukci (schodiště) a 12 cm na zdivu. Tato varianta se však při posouzení ukázala jako nedostatečně únosná a v některých místech ji bylo nutné nahradit akustickými cihlami Porotherm 25 AKU P+D s třídou pevnosti v tlaku P20 na maltu M15. Z důvodu možné nechtěné záměny zdiva při realizaci bylo následně se souhlasem stavební firmy rozhodnuto použít tyto cihelné bloky po celém obvodě. Z obr. 3 jsou zřejmé průběhy ohybových momentů [kNm/m´] od sání větru (modře osy prvků), obálka ohybových momentů [kNm/m’] od stropních desek (červeně osy prvků) a obálka normálových sil [kN/m’] ve výseku pruhu podél balkónů. U vlivu větru se jako rozhodující ukázalo sání, neboť zvětšovalo tlak na krajní hranu stropní desky, která se ukázala pro posouzení zdiva jako rozhodující.
Pro posouzení zdiva byl použit volně přístupný program Statika zdiva POROTHERM (obr. 4), který je k dispozici na webu www.wienerberger.cz.
V horních podlažích je poměrně malá normálová síla a ta v kombinaci s ohybovým momentem vykazuje excentricitu až mimo průřez. Zdivo proto při zohlednění kombinace Md a Nd vykazuje nulovou únosnost. Proto jsme horní podlaží posuzovali podle zjednodušeného výpočtu dle EC 6 ČSN EN 1996-1-1 Příloha C: Zjednodušená metoda výpočtu výstřednosti zatížení stěn, odst. 5, který umožňuje zanedbat excentricitu, pokud svislé zatížení přenese jedna desetina tloušťky zdiva. U ostatních podlaží kombinace ohybových momentů a normálových sil vyvozovala přijatelné hodnoty excentricity a při vhodné kombinaci pevnosti cihelných bloků a malty se podařilo dosáhnout potřebné únosnosti.
Statika versus tepelnětechnické požadavky
Problém se ale objevil při zjištění požadavků tepelných techniků. Přes celoplošné zateplení požadovali v čele stropní desky zvětšit tepelnou izolaci ještě o 3 cm (obr. 5), což v součtu (12 + 3 cm) odpovídá zateplení obvodových železobetonových prvků. Mne osobně nikdo nepřesvědčí, že se toto zvětšení izolace v úrovni stropní desky u celoplošně zatepleného objektu měřitelně projeví i v interiéru a ne jenom v grafech tepelnětechnického posouzení. Mám dokonce pocit, že v současnosti projektanti začínají projektovat rozvržením tepelné izolace a teprve potom zvolí i nějakou „nepodstatnou“ konstrukci, která tu izolaci podrží. Ne náhodou máme nejvyšší spotřebu polystyrenu na obyvatele na světě. Vznikají pak absurdní situace, kdy projektant zašle dokumentaci s dotazem na možnost vykonzolování soklového zdiva a o vykonzolování nadezdívky nad stropní deskou se nezajímá (obr. 6). Přitom z hlediska statiky je to stejná situace jako u soklu (prakticky stejné zatížení) a často díky vložené tepelné izolaci s ještě větším vyložením. V případě z obr. 6 je přitom statické schéma ve srovnání se soklem o to horší, že nadezdívka má snahu se překlopit od vodorovné síly krovu a o tepelnou izolaci se určitě „neopře“.
Vykonzolování zdiva
Jak jsem již uváděl v některých dříve publikovaných článcích, při posuzování vykonzolovaného zdiva se jedná především o smykové napětí na hraně stropní desky, případně u soklu na hraně u vyložení. Metodiku posouzení EC 6 neřeší, a proto se stává neznámou pro všechny „křehké“ materiály. Já jsem při určování únosnosti vycházel z výsledků desítek zkoušek kolegů z Rakouska a především z Německa. Na základě výsledků laboratorních zkoušek se jako hraniční ukázal maximální přesah cihel 20 mm. Po jednání byla tato hodnota přijata jako kompromisní.
Zde bych udělal krátkou odbočku. Běžně se v praxi uplatňuje doporučení vykonzolovávat zdivo maximálně o 1/6 tloušťky horního cihelného bloku. Tato poučka však byla převzata před mnoha lety od kolegů z Rakouska na základě jejich dlouhodobých zkušeností. Je třeba si ale uvědomit, že v době vzniku tohoto pravidla se objekty zateplovaly jen minimálně a pro dosažení dostatečného tepelného odporu se používaly cihelné bloky s šířkou kolem 40 cm. Díky velké kontaktní ploše bylo tlakové a tím i smykové napětí ve spáře podstatně menší než u zateplovaných objektů s menší tloušťkou zdiva. V současnosti však vlivem zateplování ztrácejí někdy projektanti a investoři soudnost a zdivo berou jen jako nutné zlo. Dochází pak k minimalizaci tloušťky zdiva a vznikají tak extrémy, jako je např. domek, kde je veškeré nosné zdivo tl. 17,5 cm (obr. 7). A když se k tomu ještě přidá vynechání těžké stropní desky se značně uvolněnou dispozicí (oblíbená varianta zejména u bungalovů), je v takovém domě při intenzivním větru nebezpečné pobývat (obr. 8). Také proto omezuje v současnosti připravovaná aktualizovaná příručka firmy Wienerberger Podklady pro navrhování č. 14 doporučení pro vykonzolování zdiva do 1/6 tloušťky kromě jiného i na budovy do tří podlaží (dva stropy).
Ale zpět k našemu projektu. Co se týče vnitřního nosného zdiva, nebyly s únosností navrženého řešení pomocí cihel Porotherm problémy. U horních pater se dokonce jako limitní pro tloušťku stěn ukázala nikoliv únosnost, ale požadavek na dostatečné uložení stropních panelů. Na obr. 9 a 10 je vidět průběh realizace a na obr. 11 a 12 stav po dokončení.
Vícepodlažní budovy v zahraničí
V současnosti v zemích na západ od našich hranic probíhá renesance výstavby nezateplovaných objektů. Tento návrat k osvědčenému způsobu stavění je umožněn především novou generací cihelných bloků, u kterých již postrádá smysl jakékoliv dodatečné zateplení. V popředí je v současnosti především řada cihel Porotherm T Profi plněných vatou. Toto zdivo díky masivním žebrům vykazuje vysokou únosnost současně s vynikajícími tepelnětechnickými vlastnostmi.
Na obr. 13 je pomůcka pro rychlé určení maximálního počtu podlaží podle tloušťky zdiva s použitím 3. dílu EC 6 (zde DIN EN 1996-3/NA). V grafu jsou uvedeny hodnoty pro tloušťku zdiva t = 42,5 cm (modrá úsečka) a t = 36,5 cm (červená úsečka). Svislá osa vlevo značí únosnost zdiva v kN/m’, vodorovná osa dole charakteristickou hodnotu pevnosti zdiva v tlaku v MPa. Svislá hnědá čárkovaná čára značí, že pro cihlu Poroton-S10 s fk = 3,6 MPa je možné realizovat šestipodlažní objekt s tloušťkou zdiva 42,5 cm a pětipodlažní s tloušťkou 36,5 cm.
Zde je třeba upozornit, že v současnosti v Německu vyrábí firma Wienerberger již cihelné bloky plněné vatou s charakteristickou hodnotou pevnosti zdiva v tlaku 5,2 MPa. Výrobce uvádí, že z nich lze realizovat až devítipodlažní budovy! Na obr. 14 a 15 jsou realizované celocihelné budovy z cihelných bloků řady Porotherm T Profi.
Závěr
Z výše popsaného je zřejmé, že nic nebrání výstavbě výškových cihelných budov ku prospěchu jak stavitele, tak i uživatele. Na ukázkách realizací ze SRN jsem chtěl ukázat, že i v této zemi, kde je uplatňování norem výrazně opatrnější než ve zbytku Evropy, nejsou výškové cihelné budovy bez zateplení v žádném případě tabu.
IVO PETRÁŠEK
foto archiv firmy Wienerberger cihlářský průmysl, a. s.
Ing. Ivo Petrášek (*1960)
absolvoval Fakultu stavební Českého vysokého učení technického v Praze. Je autorizovaným inženýrem pro pozemní stavby, statiku a dynamiku staveb. Je zaměstnán jako statik u firmy Wienerberger cihlářský průmysl, a. s.
