Předmětem tohoto článku je seznámení veřejnosti se závažnými technickými nedostatky, které se opakují na dřevěných konstrukcích. Na několika příkladech uvádím příčiny a následky, které vznikly v důsledku chybného návrhu nebo realizace. Zajištění stability a dostatečné únosnosti spojů a průřezů v jejich namáhání jsou základní požadavky, které jsou primárně kladeny na nosné konstrukce. Bohužel je odpovědný přístup odborně znalých osob nahrazován formálními odkazy v technických zprávách a výkresové dokumentaci.
Častým problémem je subdodávka dílčí části konstrukce bez koordinace se zpracovatelem jiné části nosné konstrukce. Zejména je podceňován vliv vodorovných zatížení a zajištění stability tlačeného pasu. Podceňováno je řešení detailů spojů, zejména soulad statického modelu konstrukce se skutečným působením spoje. Na následujících příkladech jsou uvedeny tři nejčastěji se opakující chyby.
Zabezpečení tlačeného pásu příhradových vazníků
Zabezpečení tlačeného horního příhradového pásu pro vybočení z roviny vazníku by mělo být zajištěno jeho příčným ztužením. Ztužující soustava měla přenést kromě zatížení větrem ještě stabilizující zatížení dle čl. 9.2.5.3 ČSN EN 1995-1-1. Hlavní úlohou příčného ztužení je, kromě přenesení sil od větru, zabezpečení horního pásu příhradových nosníků proti vybočení. Ztužení je realizováno obvykle střešními ztužidly nebo tuhým střešním pláštěm. Aby mohl být střešní plášť považován za dostatečně tuhý a schopný převzít ztužující funkci pro zabezpečení tlačených pásů vazníků z jejich vlastní roviny, musí být splněny určité požadavky dané normou ČSN EN 1995-1-1 v čl. 9.2.3.2.
Na halových objektech velkovýkrmny prasat docházelo k deformacím vazníků a střešní krytiny. Bylo zjištěno, že dochází k vybočení tlačeného pasu v důsledku absence střešních ztužidel, které zabraňují vybočení tlačeného pásu ve směru latí. Šetřením bylo zjištěno, že původní soustava (prefabrikovaný systém Sedlčany) byla upravena při výměně krytiny. Původní velkoplošné eternitové panely byly nahrazeny novými vláknocementovou vlnitou krytinou šíře cca 60 cm. Při výměně krytiny byly odstraněny původní latě 60/80 mm a nahrazeny novými latěmi 60/35 mm ve vzdálenosti cca 46 cm. Při této výměně byla odstraněna i původní střešní ztužidla z prken, které byly diagonálně přitlučeny k hornímu pásu zhruba na každé páté dvojici vazníků. Došlo k vybočení horních pásů až o 20–30 cm ze své roviny. Stav objektů byl havarijní a bylo nutno v co nejkratším čase doplnit chybějící střešní zavětrování a provést vyrovnání poškozené soustavy.
Návrh opravy předpokládal vložení sbíjených ztužidel ze dvou částí. Před zahájením a sejmutím krytiny bylo nutno doplnit provizorní podélné zavětrování v celém objektu, aby nedošlo ke sklopení vazníků. Pomocí kurt bylo provedeno vyrovnání vazníků do svislé polohy. Do vyrovnaných částí byla vložena ztužidla, která byla propojena pomocí ocelového úhelníku a pásoviny. Bylo provedeno spojení se ztužením svislých stěn.
Spoje dřevěných konstrukcí
Spoje dřevěných konstrukcí rozhodují o únosnosti celé konstrukce. Následující příklad dokládá zřícení střešní konstrukce halového objektu tělocvičny v důsledku montážního spoje spodního pásu příhradového vazníku, dodatečně provedeného pro transport konstrukce.
Nosná svislá konstrukce haly tělocvičny je železobetonová skeletová. Realizovaná střešní konstrukce byla provedena dřevěnými vazníky v osové vzdálenosti 3,0 m, podle dokumentace subdodavatele dřevěných vazníků. Krátce po uvedení do provozu došlo ke zřícení střešní konstrukce.
Při ohledání konstrukce nebylo zjištěno poškození nebo ohrožení stability spodní stavby. Vazníky byly přerušeny ve střední části. Příčinou zřícení bylo přetržení dolního pásu vazníků v místě spoje pásu. Spoje ve styčnících byly navrženy pomocí ocelových samozávrtných kolíků WS od firmy SFS Intec o průměru 7 mm a délce 153 mm. Kolíky byly zapuštěny cca 10 mm pod povrch dřevěných prvků. Ve spoji byly vloženy dva styčníkové plechy tl. 5 mm. Spoje spodního pasu byly identické svými dimenzemi, a to jak pro místa napojení diagonál bez přerušení spodního pasu, tak v místě spojení přerušeného spodního pásu. Při realizaci byly lepené profily pasů vazníků spojeny u horního pásu ve vrcholu a ve čtvrtém styčníku u dolního pásu. Spojení bylo provedeno před transportem a osazením vazníku. Porušení spojení dolního pásu v místě styčníku bylo hlavní příčinou poruchy a následné havárie. Bylo zjištěno ohnutí svorníků ve spoji a vytržení dřevěných pasů ze svorníků. Došlo k oddělení střešního pláště, krokve se vytrhly z horních pasů, vruty se ohnuly, dřevo se vyštíplo, OSB desky pláště se posunuly a rozpojily ve spojích. Porušení styčníku bylo patrné i z videozáznamu havárie. Kontrolním přepočtem byla stanovena minimální normálová síla ve spodním pásu v době havárie na pravděpodobnou hodnotu 131 kN. V experimentálních laboratořích Kloknerova ústavu ČVUT v Praze byly otestovány čtyři obdobné styčníky, které se porušily při hodnotách zatížení od 107 do 141 kN. To dobře odpovídalo pravděpodobným hodnotám, při kterých došlo k porušení konstrukce při zřícení. Dimenze spoje určené kontrolními výpočty a ověřené tabulkovými hodnotami výrobce WS svorníků odpovídají návrhovému zatížení tahem ve spodním pásu N = 71,88 kN, charakteristické zatížení by odpovídalo cca N = 108 kN. Při výpočtu konstrukce dle ČSN by požadovaná únosnost spoje dolního pásu měla být N = 282 kN. Únosnost spoje byla zcela nedostatečná. Při postupném zřícení vazníků docházelo k jejich dalšímu přitížení od pláště po zřícení sousední podpory. Zvětšila se původní zatěžovací šířka o cca 50 %. Navíc byl spoj zatížen účinky kroucení z roviny vazníku. Tyto přídavné účinky ještě znásobily přetížení spoje. Došlo k řetězovému zřícení celé střešní konstrukce.
Přenos reakce od dřevěné konstrukce do podpůrné konstrukce
Příhradové střešní vazníky jsou uvažovány většinou jako prosté nosníky s jedním pevným a jedním posuvným kloubem v podporách. V pevném kloubu vzniká vodorovná reakce od konstrukce střechy. Působení této reakce na spodní stavbu je často podceňováno nebo není uvažováno vůbec. I když hodnota této reakce není vysoká (1–5 kN/bm), je nutno se zabývat jejím přenosem do základových konstrukcí. Zejména u jednopodlažních objektů bez tuhé stropní konstrukce.
Na rozestavěném jednopodlažní objektu rodinného domku tvaru L došlo ke vzniku trhlin ve stěnách. Konstrukci objektu tvořily obvodové nosné stěny tl. 175 mm z betonových tvárnic a příčky tl. 115 mm. Krov byl proveden z příhradových vazníků kotvených do obvodových stěn. Většina trhlin se koncentrovala do ztužujících příček. Trhliny směřovaly od spoje věnců šikmo po vodorovných a svislých spárách mezi bloky zdiva k podlaze. Největší šíře trhlin byly cca 1 m od koruny. Porušení v důsledku deformace základů se nepotvrdilo.
Základní příčinou poruch byla nedostatečná tuhost objektu. Použitý statický systém byl nevhodný. Subtilní stěny s vysokou pevností zdiva jsou velmi dobré v únosnosti na svislé zatížení. Velmi nízká je však únosnost při zatížení vodorovnou silou a momentem. Zejména nevhodné je subtilní zdivo s malým svislým zatížením. Rovněž rozepření o subtilní příčky spojené věncem s obvodovými stěnami bylo nevhodné a nedostačující. Zatížení střechy bylo přenášeno na rozpětí cca 6 a 7,8 m na obvodové stěny. Nevhodně provedené ztužující věnce při své výšce nemohly přenést ohybové momenty ve vodorovné rovině od vodorovných sil (reakce vazníku, účinky větru, deformace, excentricity). Podle provedených ověřovacích výpočtů byla únosnost zdiva nedostatečná při zatížení větrem a zatížení krytinou bez sněhu. Nebylo možno uvažovat nepoddajnost stěny v koruně zdi. Dle směru trhlin došlo k deformaci obvodových stěn rozdílně od deformace výztužných příček. Při překročení pevnosti v tahu ve zdivu a v lepidle došlo ke vzniku trhlin.
Založení stěn na pěnoskle Fomaglas přispělo ke snížení tuhosti. Jedná se o materiál s velkou pevností ale poměrně křehký. Ke zvýšení celkové tuhosti objektu bylo provedeno rozšíření obvodových stěn s betonovými věnci v úrovni stropu a doplnění systému o ztužující střední stěny založené na základové pásy.
Závěr
Společným jmenovatelem nedostatků u výše uvedených příkladů je nekomplexní přístup k nosné konstrukci po celou dobu výstavby. Bohužel se s touto skutečností setkávám stále častěji. Není nutné, aby řešitel konstrukce byl odborníkem na všechny druhy konstrukcí, musí však být zajištěna koordinace návrhu jednotlivých částí konstrukce. Nedílnou součástí návrhu a realizace je kontrola. Norma ČSN EN 1995-1-1 v kapitole 10 jasně stanovuje, co je předmětem kontroly dřevěných konstrukcí. Dodržením jejich ustanovení se dalo předejít výše uvedeným poruchám a haváriím. Obrovská odpovědnost statika je v poslední době nedoceněna. Návrh nosné konstrukce je často, zejména u architektů, vnímán jako jedna z profesí. U statiků je inženýrský cit nahrazován prostorovými výpočty, které ne vždy dokážou zohlednit skutečné chování konstrukce. Uvedené příklady skončily naštěstí bez zranění osob. U příkladu 2. tomu zabránila duchapřítomnost trenéra. Je třeba se zamyslet nad systémem kontroly stavebních konstrukcí v celém procesu výstavby, aby se podobným haváriím podařilo včas zabránit.
JAN CHALOUPSKÝ
foto autor
Ing. Jan Chaloupský (*1957)
je absolventem Stavební fakulty ČVUT, obor koinstrukce a dopravní stavby, specializace geotechnika. V letech 1981–1992 byl zaměstnán jako projektant. Od roku 1992 pracuje samostatně – projekty, průzkumy, posudky staveb. Je autorizovaným inženýrem pro statiku a dynamiku; pro geotechniku a pro pozemní stavby. Má odbornou způsobilost projektovat, provádět a vyhodnocovat geologické práce v oboru inženýrská geologie. Od roku 2003 se zabývá i přednáškovou činností na téma poruch a závad konstrukcí.
