Velkorozměrný střešní panel z předpjatého dřeva – 2. část

Cílem článku je navázat na první díl a seznámit s dalšími výsledky vývoje předpjatého dřeva.

Postupné upravování způsobu realizace původní myšlenky předpínání sendvičového panelu v několika krocích vedlo nakonec k řešení, při kterém je k jádru připojena příložka jen z jedné strany, buď k hornímu, nebo dolnímu povrchu jádra. I při této dvouvrstvé koncepci, tj. předem prohnutý základní nosník a příložka a později s ním spřažená příložka, přináší předpětí velké zvětšení tuhosti a únosnosti nosníku. Přitom platí všechny postupy ověřené při řešení třívrstvé struktury, o kterých je informováno v [1], tj. využití vlastní tíhy k tvorbě umělého prohnutí, výroba v sérii většího počtu nosníků, použití oceli nebo dřeva pro příložku, nahrazení předpínacího zatížení ω dvěma osamělými břemeny N. 

Postup výroby panelu s jednou příložkou

Pro výrobu nosníku s horní příložkou je vhodné uložení základního nosníku na podpory ve čtvrtinách rozpětí a po zatížení obou konců nosníku spřažení s příložkou. Pro výrobu nosníku s dolní příložkou je vhodné uložení základního nosníku na krajní podpory, spřažení s příložkou a obrácení nosníku (obr. 1 a 2).

Poznámka k použití lepidla

Propojení základního nosníku s příložkou pomocí lepidla a následné spřažení obou vrstev po utvrdnutí lepidla by mohlo být ohroženo například v zimním období. Uvažuje se proto o nahrazení lepidla hřebíkovým spojem, samozřejmě s ubýváním hřebíků směrem do pole podle průběhu posouvajících sil. Po předvrtání otvorů v příložce se do nich ve výrobně vloží hřebíky a v situaci, kdy má dojít ke spřažení příložky se základním nosníkem, se hřebíky zapustí do základního nosníku.

Číselné příklady

Jde o střešní panely rozpětí 24 m. V prvním případě jsou parametry panelu patrny z obr. 3. Zatížení v kN/m od vlastní tíhy g + g_s = 1,95, od sněhu g_p = 1,25, modul dřeva trámu v MPa E_d = 1,4 . 10⁴, vrstveného dřeva příložky E_o = 1,2 . 1,4 . 10⁴, k_def = 0,8. Normálová napětí jsou uvedená na obr. 3, průhyb ∑Y = 44 mm.

Ve druhém případě (obr. 4) je g + g_s = 7,65 (zelená střecha), g_p = 1,25, E_d = 1,4 . 104, E_o = 1,2 . 1,4. 104, k_def = 0,8. Normálová napětí jsou uvedena na obrázku 4, průhyb ∑Y = 44 mm.

Ve třetím případě (obr. 5) je dvouvrstvý panel s příložkou z oceli. Základní nosník je zhotoven z lamelového dřeva jako v předešlých případech. Při zatížení g + g_s + g_p = 3,0 jsou normálová napětí podle obr. 5, průhyb ∑Y = 44 mm. 

Všechny příklady prokazují příznivý vliv předpětí i v případě jediné příložky. Příklady nepřekračují rozpětí 24 m s ohledem na současná dopravní a výrobní omezení. Pokud v budoucnu tato omezení odpadnou, bude možno pracovat s většími délkami panelu.

Při rozpětí panelu 36 m by mohl být jeho základní nosník dopraven na staveniště ve třech částech dlouhých 14 m a zde sestaven do potřebné délky pomocí kloubů na koncích přesahů (obr. 6). Po uložení takto sestaveného základního nosníku na krajní podpory a uložení příložky ze dvou (tří) částí dlouhých 18 (12) m a po jejich spřažení se základním nosníkem, obrácení a osazení do stavby (obr. 7) obstojí při zatížení g + g_s = 2,21, od sněhu g_p = 1,25 s průhybem ∑Y = 67 mm.

Poznámka k sanaci starých dřevěných konstrukcí

Jde o aplikaci objevu nového stavebního druhu, tj. předpjatého dřeva, v souvislosti se sanací starých dřevěných hal. Prokazuje nejen úspornost tohoto postupu, ale všímá si i jeho další výhody zvětšit stávající únosnost konstrukce haly a zřídit zelenou střechu. 

Důvody pro sanaci vazníků mohou být různé. Jejich únosnost stářím klesla, zvětšil se jejich průhyb dotvarováním, nároky na jejich zatížení vzrostly.

Na obr. 8 je dřevěný vazník rozpětí 20 m. Přenášel dosud zatížení 12 kN/m při normálovém napětí 13,3 MPa. Důvodem pro jeho sanaci je potřeba zřídit zelenou střechu, což povede ke zvětšení zatížení na 24,8 kN/m. Celkový průhyb by neměl přesáhnout L/300 = 0,067 m. Měřením na stávajícím nosníku a výpočtem bylo zjištěno, že dosud došlo v důsledku dotvarování k Y_res = 0,02 m, který by dnes při modulu E_d = 1,4.10⁴ MPa vykázal nosník při nulovém zatížení.

Předpětí bude zajištěno pomocí příložek z pásové oceli 30 x 60. Napětí vycházejí v MPa ∑ = ± 9,8, ∑ = ± 197,8 a ∑Y = 47 mm.

Též pro sanaci starých dřevěných stropů lze využít předpětí. K návrhu se došlo postupným upravováním způsobů zvětšení únosnosti a tuhosti dřevěných stropních trámů. V tomto směru bylo podáno v posledních létech několik patentů a užitných vzorů, které byly uplatněny při rekonstrukcích tisíců m² dřevěných a betonových stropů. Všechny úpravy od prvního řešení [3] až k posledním [4] sledovaly cíl zvětšit únosnost a tuhost trámu pomocí k trámu přilepených nebo jinak připojených příložek a využít k tomu i samotný spolupůsobící trám.

Nové řešení sleduje stejný cíl, avšak za pomoci předem předpjatého trámu, k němuž je posléze připojena příložka [5]. Spočívá v prvním kroku v ohnutí trámu pomocí speciálního přípravku (obr. 9 a) a ve druhém kroku po spřažení trámu s příložkou (obr. 9 b) po odstranění pomocného přípravku a po zatížení břemenem q se trám napřímí (obr. 9 c). 

Poznámka k odchylkám v tuhosti jednotlivých jader při výrobě m kusů naráz vyráběných panelů. Mohlo by tak dojít k nežádoucím mezerám mezi jednotlivými panely. Je proto třeba, aby u jednotlivých jader sestavy byla zjištěna kontrolním zatížením jejich tuhost. Podle výsledku budou potom jednotlivá jádra s plášti položena do soustavy v pořadí podle jejich tuhosti postupně od nejtužšího po nejpoddajnější. 

Tím se dosáhne toho, že při výrobě sendvičů bude vždy mezi jednotlivými sendviči tlakové napětí (ω < ∅).

Navíc kontrolní měření tuhosti přispěje ke zjištění skutečné hodnoty E_dJ_d a ke zpřesnění výpočtu.

Číselný příklad

Střešní panel rozpětí 24 m (obr. 10) je vyráběn v soustavě většího počtu kusů a u jednotlivých jader bylo při kontrolním měření zjištěno E_d = 1,3 ÷ 1,5·10⁴ průměrně tedy E_d ¿ 1,4·10⁴. Při zatížení v kN/m g = 0,47, g_s = 2,0, g_p = 2,25, ģ_p = 1,5 vychází u sendviče s průměrným E_d = 1,4.10⁴ ∑σ⊇= -315, ∑Y = 44.

U panelu s modulem 1,3.10⁴, resp. 1,5.10⁴ vycházejí napjatost i deformace stejně. Je tedy i při odchylce v tuhosti u naráz vyráběných panelů zanedbatelný rozdíl v jejich chování. Pouze v nadvýšení po jejich uložení do stavby před uložením střešního pláště vznikají rozdíly. Lze je vyrovnat pomocí šroubových spojek ve čtvrtinách rozpětí podle obr. 11 a samozřejmě zavedením postupu kladení panelů do stavby, při kterém budou sousední panely vykazovat minimální rozdíly v nadvýšení. Po uložení střešního pláště a zatížení ģ_p síly ve spojkách vymizí.

Závěr

V článku [1] a v tomto jeho pokračování byla na příkladech prokázána efektivnost předpínání dřeva. Po více než dvaceti letech praktického předpínání hektarů starých dřevěných stropů přerostla v posledních letech tato aktivita do ideových návrhů třívrstvých a nakonec i dvouvrstvých sestav dřevěných konstrukcí a vznikl tak nový stavební druh – předpjaté dřevo. 

Autor se články obrací k investorům, výrobcům a projektantům dřevěných konstrukcí s nabídkou na realizaci myšlenky předpínání při rozvíjení dřevěného stavění. 

VÁCLAV ROJÍK

Prof. Ing. Václav Rojík, DrSc. (*1930)
absolvoval Stavební fakultu ČVUT v Praze. Od šedesátých let po jmenování docentem a řádným profesorem
v oboru teorie a konstrukce pozemních staveb a po studiu v zahraničí vedl na fakultě obor pozemní stavby
a katedru konstrukcí pozemních staveb. Vedle vědeckovýzkumné a pedagogické činnosti spolupracuje jako expert, projektant a dodavatel konstrukcí, zejména v oblasti rekonstrukce budov.
Je soudním znalcem v oboru stavebnictví se zvláštní specializací pro teorii konstrukcí budov, autorizovaným inspektorem, autorem několika stovek výzkumných a vývojových zpráv a publikací a desítek patentů a užitných vzorů.

Odkazy na práce autora:
[1] Velkorozměrný střešní panel z předpjatého dřeva, čas. Materiály pro stavbu č. 5. 2021
[2] Přihláška vynálezu „Způsob omezení průhybu a zvětšení únosnosti ohýbaného nosníku, ÚPV
[3] Nosník se zvětšenou únosností – PV 2001 – 4359, ÚPV Praha, patent č. 295097
[4] Ztužený stropní trám a způsob ztužení – PV 2013 – 130, ÚPV Praha, patent č. 404822
[5] Sanace trámového stropu, čas. Realizace staveb, č. 1, 2019

Související článek:
Velkorozměrný střešní panel z předpjatého dřeva