Zajištění zděných staveb proti vlivům technické seizmicity

 

Poškození zděných objektů v důsledku působení technické seizmicity 

V důsledku dynamické odezvy vyvolané technickou seizmicitou vznikají na zděných objektech poruchy, které se projevují zejména vznikem trhlin ve svislých nosných konstrukcích, případně také ve stropních konstrukcích, praskáním okenních tabulí atd. Obvyklý charakter trhlin vzniklých v důsledku technické seizmicity je znázorněn na obr. 1. Příklad trhlin vzniklých na zděném objektu v důsledku působení technické seizmicity je uveden na obr. 2.

 

 

Konstrukční zásady pro projektování rekonstrukcí u objektů situovaných v dosahu technické seizmicity 

Způsob a stupeň ochrany proti působení účinků technické seizmicity je dán jejím konkrétním typem a velikostí jejích účinků. Při projektování rekonstrukcí zděných objektů situovaných v dosahu technické seizmicity je možno uplatnit následující konstrukční opatření:{V praxi je možno se často setkat se sanací kleneb pomocí betonových skořepin provedených na rubu klenby. Tento způsob je naprosto nevhodný z následujících důvodů:a) Dochází ke změně statického působení původní klenby. Ta původně přenášela zatížení pouze tlakem. Po sanaci je však jakoby zavěšena;

b) Dochází ke zbytečnému zvyšování hmotnosti klenby, což má za následek přitěžování jak původních kleneb, tak svislých nosných konstrukcí, základů a základové spáry. Zanedbatelné zde není ani ekonomické hledisko;

c) Velmi problematické je rovněž zajištění řádného spolupůsobení původní klenby a nadbetonované skořepiny, které je nezbytné pro správnou statickou funkci tohoto zesílení;

d) Problematická je zde také rozdílná tepelná roztažnost původních kleneb (cihelné zdivo) a nových skořepin (železobeton). Tyto materiály mají značně odlišné součinitele tepelné roztažnosti (beton: α = 1,0.10^–5 K^–1, zdivo: α = 0,5.10^–5 K^–1). Navíc má být zajištěno jejich řádné spolupůsobení (viz také bod c).

 

3. Nenavrhovat stropní konstrukce, které nejsou tuhé ve vodorovné rovině: Např. dřevěné stropy, stropy z cihelných stropních desek Hurdis apod.

4. Překlady nad okny či dveřmi spojit se ztužujícími věnci: Pokud je to možné – např. před realizací nové konstrukce stropu.

6. Dodatečně vložit ztužující stěny: Pokud je to možné.

7. Schodiště navrhovat jako železobetonová monolitická nebo ocelová: Prefabrikovaná schodiště zabezpečit proti povytažení z podporujících konstrukcí, event. zvětšit jejich úložné délky. Zásadně nenavrhovat schodiště konzolově vyložená (visutá), nebo sestavená z malých dílců.

8. V případě zděných sloupů nebo pilířů provést sanaci pomocí obetonování železobetonem (viz obr. 5), nebo ocelovou bandáží (viz obr. 6): Tímto způsobem je možno také zároveň zvýšit jejich únosnost. O této problematice je podrobně pojednáno např. v [9] a [10].

 

9. Zvýšit tuhost stávajících netuhých stropů: (např. dřevěných stropních konstrukcí, stropů s nosníky z ocelových válcovaných profilů apod.) pomocí spřažení původního stropu s doplňkovou konstrukcí. Zároveň je možno, pokud je to třeba, zvýšit také jejich únosnost.

 

a) zesilování dřevěných stropů,

b) zesilování stropů tvořených prvky (např. cihelnými klenbami apod.) osazenými do ocelových nosníků.

 

Níže uvedený způsob (spřažení původního stropu s doplňkovou konstrukcí nadbetonováním, event. s dodatečně provedenou vrstvou prken nebo fošen) se používá v posledních 30 až 40 letech při rekonstrukcích dřevěných stropů. Nedostatečně dimenzovaný (popř. i poškozený) strop se spřáhne s betonovou deskou (viz obr. 7 a 8) nebo s další vrstvou z fošen či prken (viz obr. 9). Z důvodu správné funkce zesíleného stropu je nutno vždy zajistit řádné spolupůsobení původního stropu se zesilující konstrukcí. Spřažení stávajícího dřevěného stropu s další vrstvou prken, fošen nebo vrstvou betonu se provede pomocí vrutů, hřebíků či jiných spřahovacích prostředků.

 

Pokud jde o nadbetonování, nevýhodou zde může být velká hmotnost betonové desky. Je však možno použít lehkých betonů. Návrh spřažení, stejně jako každý jiný způsob rekonstrukce či zesílení stropní konstrukce, musí být doložen statickým výpočtem. A to nejen jeho definitivní fáze v rámci spolupůsobení dřeva a betonu po jeho zatvrdnutí, ale i montážní fáze, kdy čerstvě položený beton, který ještě nespolupůsobí, stávající stropní konstrukci pouze zatěžuje. V případě, že stávající dřevěný strop nebude schopen přenést hmotnost čerstvého betonu, bude nutno jej dočasně, po dobu tvrdnutí betonu, podepřít. Správná funkce takto zesíleného stropu (jeho zvýšená únosnost a minimální průhyb) závisí na dobrém vzájemném spolupůsobení původního dřevěného stropu a zesilujícího betonu. To je ovlivněno smykovou pevností a tuhostí spojů mezi původní konstrukcí a nadbetonováním, tj. hřebíků, vrutů, ocelových desek s prolisovanými trny, vrutů se dvěma hlavami, resp. jiných spřahovacích prostředků. O problematice statického posouzení takto spřaženého stropu je podrobně pojednáno např. v [5] a [6].

Návrh spřažení, resp. celé skladby budoucího takto zesíleného stropu, je nutno řádně posoudit nejen z hlediska statiky, ale také z hlediska tepelné techniky. Je třeba posoudit kondenzaci vodní páry uvnitř stropní konstrukce podle kap. 6 ČSN 73 0540-2 [2], resp. možnost ohrožení funkce dřevěného záklopu a dalších dřevěných prvků. To proto, aby nemohlo v budoucnu v rámci užívání stropu dojít k napadení dřevěných prvků dřevokaznými biologickými škůdci. Posouzení se provede podle ČSN 73 0540-2 [2] vhodným výpočetním programem (např. TEPLO 2005 [7]). Z tohoto hlediska je však nutné posoudit nově navrženou stropní konstrukci nejen v její ploše, ale také v kritických místech (vodorovné kouty u obvodové zdi pod stropem a nad podlahou, uložení stropních trámů apod.). Posouzení ve zmíněných kritických místech je třeba provést proto, že průběh teplot na povrchu i uvnitř konstrukce zde bývá odlišný od průběhu teplot v ploše stropu. Posouzení povrchové kondenzace se provede podle zásad uvedených v kap. 5. 1 ČSN 73 0540 – 2 [2]. Průběh teplot (resp. vlhkostí) v příslušných konstrukcích se vyšetří pomocí dvourozměrného vedení tepla (resp. vlhkosti) řešením teplotních (resp. vlhkostních) polí vhodným výpočetním programem (např. AREA 2005 [4]). Pokud jde o vnitřní kondenzaci v kritických místech – řešení roční bilance kondenzace vodní páry při dvourozměrném vedení tepla není žádným normativním předpisem či jinou metodikou upraveno. Je však rovněž možno použít výstupů např. z programu AREA 2005 [4].

Pro betonáž je vhodné použít betonovou směs suchou, o hodnotě vodního součinitele w < 0,5. Realizace spřažení stávajícího dřevěného stropu s betonovou deskou je mokrý proces. Z tohoto důvodu je nutno dbát, aby nedošlo k nadměrnému promáčení záklopu případně dalších prvků stropu. Povrch záklopu však není třeba chránit před vlhkým betonem. To proto, že jeho zatížení vlhkostí ze záměsové vody je krátkodobé, voda nepronikne do hloubky dřeva větší než 2 mm (v závislosti na konzistenci betonové směsi a na struktuře povrchu dřeva). Předmětná vlhkost se pak navíc zpětně spotřebuje při hydrataci betonu. Před uzavřením betonové vrstvy další vrstvou podlahy musí být tato suchá, resp. vykazovat pouze rovnovážnou vlhkost.

 

Další možností je zde spřažení stávajících stropních nosníků (ocelových válcovaných profilů I) s dodatečně provedenou betonovou vrstvou (viz obr. 10) obdobně, jak je již popsáno výše. O této problematice je podrobně pojednáno např. v [3].

1. Obvykle se jedná o objekty se složitým prostorovým uspořádáním svislých a vodorovných nosných konstrukcí.

2. Často se zde můžeme setkat s různorodým stavebním materiálem. Ten může být navíc poznamenán stářím a dlouhodobým působením nepříznivých vlivů vnějšího či vnitřního prostředí. Zmíněná různorodost stavebních materiálů souvisí i s jejich stářím, které bývá rozdílné v důsledku pozdějších přestaveb.

3. U  památkově chráněných objektů musí navržená konstrukční opatření respektovat požadavky památkové ochrany.

Zvláštní skupinou tohoto typu objektů jsou sakrální stavby (kostely a kaple). Zde bude možno samozřejmě uplatnit všechny konstrukční zásady uvedené v předcházející kapitole. Nejčastěji však budou přicházet v úvahu zásady uvedené v bodech 1, 2 a 8.

U sakrálních staveb, pokud je ve věži zavěšen zvon (resp. více zvonů), vyvozují tyto rovněž dynamické účinky na zdivo věže nebo i přilehlé kostelní lodě. Ty mohou být v určitých případech příčinami poruch zdiva. Tato problematika je poměrně obsáhlá a přesahuje rámec tohoto příspěvku. Podrobnější pojednání je možno nalézt např. v [13].

JAROSLAV SOLAŘ

1) ČSN 73 0040 Zatížení stavebních objektů technickou seizmicitou a jejich odezva (1996).

2) ČSN 73 0540-2 Tepelná ochrana budov. Část 2: Požadavky (2002), ve znění změny Z1 (2005).

3) Čajka, R.: Spřažené ocelobetonové stropní konstrukce rekonstruovaných staveb. Sborník 23. konference Sanace a rekonstrukce staveb. Praha 2001.

4) Svoboda, Z.: AREA 2005 pro Windows. Výpočtový program pro PC.

5) Dřevěné konstrukce podle Eurokódu 5. STEP 2. Autorizovaný překlad z anglického vydání „Timber Engineering STEP 2“, Centrum Hout, The Nederlands, 1995. Vydání první, Informační centrum ČKAIT, 1995.

6) Reinprecht, L. – Štefko, J.: Dřevěné stropy a krovy. Typy, poruchy, průzkumy a rekonstrukce. ABF Praha 2000.

7) Svoboda, Z.: TEPLO 2005 pro Windows. Výpočtový program pro PC.

8) Kaláb, Z.: Několik poznámek k seizmickým projevům důlně indukovaných jevů na povrchu. Sborník semináře „Betonové konstrukce v extrémních podmínkách“. Česká betonářská společnost ČSSI, ČBS Servis, s. r. o., Praha 2004.

9) Vaněk, T.: Rekonstrukce staveb. SNTL, Praha 1985.

10) Witzany, J.: Poruchy a rekonstrukce zděných budov. Nakladatelství ŠEL, spol. s r. o., Praha 1999.

11) Solař, J.: Sanace zděných objektů po povodni. Tepelná ochrana budov č. 5/2002.

12) Bažant, Z. – Klusáček, L.: Statika při rekonstrukcích objektů. Akademické nakladatelství CERM, s. r. o., Brno, březen 2002.

13) Solař, J.: Poruchy a rekonstrukce kostelních věží. Střechy, fasády, izolace, č. III/2004.