Praktické zkušenosti s realizací stropů ze systému Porotherm III – Řešení vykonzolovaných konstrukcí

Tento příspěvek volně navazuje na stejně nazvané články v Materiálech pro stavbu 9/2016 a 6/2017 a zčásti čerpá z diskuse ve webináři Poradna Iva Petráška (www.poradnaip.cz). Tento článek se týká vykonzolovaných konstrukcí hojně využívaných zejména u balkónů.

Statika vykonzolovaných konstrukcí
Na obr. 1 je schematicky zakreslen prostý nosník s protažením za podporu, který tak vytváří konzolu. Na obr. 2 je již naznačeno chování nosníku po zatížení uprostřed rozpětí (pro jednodušší představu doporučuji „nahradit“ si železobetonovou desku dřevěným prknem). Na obrázku jsou naznačeny i trhliny v betonu od natažení spodních vláken a zelenou čarou pak výztuž pro zamezení rozšiřování trhlin. V poli se nosník prohne, konzola se vytočí směrem nahoru.

Zcela jinak se chová tento nosník po zatížení na konci vyložení (obr. 3). Tentokrát se naopak prohne směrem dolů konzola, a tím „nadzvedne“ nosník v poli. Tažená oblast se ze spodního okraje přenáší u krajní podpory k hornímu líci desky, kde tím pádem vznikají trhliny, a je proto nutné doplnění výztuže při horním okraji (opět schematicky naznačeno zelenou čárou). Ideální a nejčastější stav je na obr. 4 – nosník je zatížen jak v poli, tak i na konzole. Je však třeba připomenout, že změna velikosti stálého i nahodilého zatížení (v interiéru od nábytku, na balkóně od sněhu, případně různých věcí uložených v těchto „skladových prostorách“) se v reálné praxi nedá zcela vyloučit, a to až do té míry, že se obrátí i povaha zatížení z varianty na obr. 2 na stav na obr. 3 nebo opačně. Statik by při návrhu měl všechny tyto možnosti posoudit na druhý mezní stav (průhyb).

Ze schémat je zřejmé, že železobetonový nosník s konzolou musí nutně obsahovat tahovou výztuž při horním i při spodním povrchu desky – spodní výztuž v poli a horní nad podporami (a to nad oběma – pokud deska pokračuje do dalšího pole, jedná se o spojitý nosník, pokud ne, požaduje norma vyztužení při horním povrchu na vykrytí případných ohybových momentů od částečného vetknutí). Potřeba vykrytí výztuží je zřejmá z obr. 5. Červená šrafa značí tlačenou část (v poli nadbetonávka, v podpoře trámeček) a zeleně je značena výztuž v tažené části průřezu. U každého průřezu je naznačena stejnými barvami i dvojice vnitřních sil, která je podstatná pro únosnost a průhyb stropu. 

Vykonzolované konstrukce z prvků Porotherm
Co to pro nás znamená v případě použití trámových keramobetonových stropů Porotherm? Především to, že o spodní výztuž se nemusíme starat – tu obsahují již trámy Porotherm. Co se týče horní výztuže, u vnitřních podpor záporný ohybový moment obvykle pokryjeme sítěmi vkládanými do nadbetonávky. A zde bych ještě odbočil – stále se setkávám s případy, kdy projektant navrhne strop s tloušťkou nadbetonávky 4 cm (tl. stropu 19/23/27 cm). Až při realizaci stropu se potom zjistí, že nelze prakticky realizovat napojení sítí prostým přesahem. V jednom místě se vždy potkají minimálně tři sítě nad sebou (a pokud stavba neklade sítě prostřídaně, tak dokonce čtyři). Kdo je dokáže dostat do 4 cm betonu a ještě dodržet předepsané krytí, je pro mě kouzelník. Musí se to potom řešit vázanou výztuží a to samozřejmě žádného stavbyvedoucího nepotěší. Pokud se získá nějaká úspora na betonu, předpokládám, že se vzápětí vymaže zvýšenou pracností. O snížení únosnosti stropu ani nehovořím. V zoufalství lze přesahy sítí nahradit příložkami – viz obr. 11, kde se při použití sítí 8/100–8/100 napojení přesahem při dodržení předepsaného krytí nedalo realizovat, přestože nadbetonávka byla 60 mm. Sítě jsou zde k sobě přiraženy natupo a napojeny příložkami stejného průměru a délky kroku (tj. „drát za drát“), vždy opět přes dvě oka (červená šipka 1. směr, modrá 2. směr). 

Řešení u obvodových stěn
Jiná situace je u obvodové stěny, tj. krajní podpory. Zde je třeba předejít vzniku tepelných mostů, a je proto nutné navrhnout řešení s co nejmenší tepelnou ztrátou. To znamená minimalizovat plochu nosné konstrukce. Využijeme při tom skutečnosti zřejmé z obrázků 5 a 6 – tlak přenáší trámeček. To znamená, že zbývající plocha betonu (nalevo a napravo od trámu) je „zbytečná“ (obr. 6 – modré obdélníky). Potřebujeme pouze beton nad trámem pro zajištění celistvosti průřezu (propojení tahové výztuže a tlačeného betonu). Nic nám tedy nebrání tuto oblast nahradit tepelnou izolaci a tím i výrazně snížit tepelné ztráty. Tepelný izolant se klade na celou výšku desky. Z obr. 7 je zřejmé optimální oddělení exteriéru a interiéru v úrovni stropu (tepelná izolace žlutě) – dole je běžné uložení stropu, nahoře pak stropní deska u balkónu. Dole je pak příčný řez stropem ve vykonzolované části. Od běžného provedení stropu se liší přidáním dvou prutů nad trámy (modré kroužky). Na obr. 8 je z podélného řezu trámem zřejmé vyztužení nosné části balkónu při horním povrchu (modrý prut). Je zde i příčný řez probíhající tepelnou izolací – je na celou výšku a je přerušena jen v místech trámů. Na obr. 9 je v axonometrii vynesena konstrukce balkónu před betonáží a po ní. Obr. 10 je pak již fotografie ze stavby – zde je zajímavé, že strop tl. 290 mm je u balkónu změněn na tl. 250 mm, a sítě jsou proto nahrazeny vázanou výztuží (zde trámy délky 7500 mm s výškou 230 mm – též obr. 12). 

V tabulce je uvedeno potřebné vyztužení při horním povrchu. V levém sloupci je uvedena tloušťka stropní desky, ve druhém průměr a materiál výztuže. V dalších sloupcích je potom uveden minimální počet příložek podle vykonzolování. Uvedený typ výztuže 10 425 (V) lze nahradit beze změny výztuží 10 505 (R). Vyztužení je navrženo do IV. sněhové oblasti, tíha skladby podlahy balkónu ≤ 2 kN/m² a navazující stropní konstrukce má trojnásobné rozpětí oproti vyložení nebo alespoň 5 m pro vyloučení nadměrných průhybů (viz porovnání obr. 3 a 4). 

Náročnější na realizaci může být změna tloušťky desky. Na obr. 13 je ukázka řešení balkónu v nejnešikovnější variantě (dokumentace k balkónu z obr. 10 a 11) – vzhledem k délce trámů balkónu 7500 mm je jejich výška 230 mm (platí pro všechny trámy od délky 6500 mm, do délky 6250 mm je výška trámů 170 mm, obr. 12). Obvykle je tedy vhodná a používaná tloušťka stropu 290 mm. Vzhledem k velkému zatížení na stropní desku (těžké akustické příčky tl. 30 cm) byla zvolena tloušťka 290 mm po celé ploše, přestože ve zbývající části stropní desky již byly trámy kratší a nižší. Projektant však požadoval menší tloušťku konstrukce balkónu kvůli zachování výsledné nižší úrovně nášlapné vrstvy oproti interiéru. Příložky bylo proto třeba připevnit k výztuži trámů pomocí rozdělovací výztuže (prut 12 na obr. 13), která nám zároveň stáhne balkón v podélném směru, a proto je předepsána vzdálenost 200 mm (obr. 13, řez 13–13). Aby bylo dodrženo krytí výztuže, je prut podstrčen pod horní výztuž trámů a teprve na něj je vázána hlavní tahová výztuž (prut č. 1 na obr. 13). V interiéru již funkci stažení desky přebírá síť při horním povrchu, a proto je již předepsána vzdálenost jen 400 mm (slouží pouze k fixaci při betonáži). Krytí je zde dostatečné (dokonce s rezervou) díky nadbetonávce, takže rozdělovací výztuž můžeme klást shora na horní prut trámů a hlavní tahovou výztuž do ní „zavěsit“. Abychom však takovou akci mohli jednoduše provést, je nutné po délce tahové výztuže pokračovat s nižšími vložkami (190 mm – obr. 13, řez 14–14). Ukotvení tahové výztuže „zrcadlovou“ délkou vyložení konstrukce zatížení je zcela dostatečné, neboť již od hrany za tepelnou izolací přebírá postupně tahové síly síť. Při určování počtu příložek podle tabulky platí menší tloušťka – tj. zde 250 mm. Dnes by bylo možné postupovat jednodušeji – na vykonzolované části použít vložky MIAKO BN bez celoplošné nadbetonávky o výšce 250 mm (obr. 16). Podélné stažení by bylo provedeno na konci příčným ztužujícím žebrem.

Na ukázaném řešení změny tloušťky desky jsem upozornil záměrně na možnost problémů s lokálním „prodloužením“ trámů. Na obr. 14 je obdobný problém, který vznikl jen pouhým zazubením balkónu a prodloužením trámů na 6500 mm (zelený pruh). Tloušťka stropu byla zvolena 250 mm a ta je, jak bylo již výše popsáno, pro delší a vyšší trámy složitější. Zde projektant řešil „zelený pruh“ vázanou výztuží (obr. 15). 

Problém lokálního zvýšení trámů z důvodů vykonzolování bývá také řešen zvětšením nadbetonávky na 7 cm. Tím vznikne prostor pro uložení sítí i s přesahem, ale současně dojde i ke zvětšení tloušťky stropu na 260 mm. V tomto případě (obr. 14) bych já osobně nechal protažení desky o 35 cm dobetonovat nebo bych zvolil v tomto „zeleném pruhu“ strop bez nadbetonávky (obr. 16). 

Kde začíná vyložení konzoly
Balkóny navazují obvykle na dispozici spodního podlaží, kde pod nimi bývá okenní či dveřní otvor. Pokud se správně osadí nadokenní překlady (obr. 17), nehrozí žádný problém a systém Porotherm bude fungovat. Pokud budeme navrhovat výztuž pro balkón, uvažujeme délku vyložení od hrany krajního překladu (červená šipka). Pokud však má stavební firma systémová řešení Porotherm „na háku“, může to potom dopadnout tak, jak je vidět na obr. 18 – na sucho položené překlady rozhodily výškovou modulaci 25 cm (nehodnotím zde nebezpečí uštípnutí cihly). Stavba poté pravděpodobně podepřela strop a konce balkónu modulově. Po odstranění bednění stavba zjistila, že krajní překlad je nefunkční. Proto použila všemocnou montážní pěnu a tím vše „zachránila“. Bohužel z hlediska statiky to znamená prodloužení konzoly o překlad a tepelnou izolaci (obr. 19, červená šipka). 

Jiná situace je, pokud použijeme pod balkónem překlad s roletovou či žaluziovou schránkou. Na obr. 20 je schematicky zobrazena roletová schránka Porotherm KP Vario UNI pod balkónem. Délka konzoly se zde také počítá od hrany betonu (červená šipka). Současně upozorňuji na nutnost dbát ještě před betonáží na „mezeru“ 4 mm mezi roletovou schránkou a stropní konstrukcí (modrá šipka). Ta umožní natočení konzoly po zatížení aniž by se „opřela“ o nenosnou schránku. Při navrhování počtu překladů pod balkóny je třeba upozornit na skutečnost, že vlivem konzoly dojde ke zvětšení zatěžovací šířky, a tím i ke zvětšení zatížení. Obvykle to nebývá problém – překlady pod balkóny nebývají zatíženy zdivem (okna, dveře na balkón), přesto může být toto přitížení při větších rozpětích stropů a otvorů na hraně únosnosti.

Tloušťka tepelné izolace u balkónů
Někdy zazní otázka, kolik použít tepelné izolace a kam ji vložit. Jakou tloušťku, to bych nechal na projektantovi, obvykle 80–100 mm – záleží také na šířce a zatížení zdiva (obr. 10 je z pětipodlažního bytového domu). Osobně jsem zastáncem pokračování tepelné izolace ve stejné poloze jako po obvodě zdiva (obr. 7). Samozřejmě v místě oken a dveří je zatížení minimální, a je proto možné s tepelnou izolací „nešetřit“. Tam, kde pokračuje nosné zdivo, je však třeba si uvědomit, že stěna musí také na něčem stát a tepelná izolace pro to není vhodná (i když mám občas pocit, že někteří tepelní technici jsou skálopevně přesvědčeni o opaku). 

Tabulka: Doporučené minimální vyztužení balkónů při horním povrchu

Vstupní podmínky: objekty se zatížením do V. sněhové oblasti; tíha podlahové konstrukce ≤ 2 kN/m²; užitné zatížení ≤ 3 kN/m²; navazující stropní konstrukce má trojnásobné rozpětí oproti vyložení nebo 5 m

IVO PETRÁŠEK
foto archiv autora 

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.