5/2005 P OZEMNÍ STAVBY

Transkript

1 5/2005 P OZEMNÍ STAVBY

2 S POLEČNOSTI A SVAZY PODPORUJÍCÍ ČASOPIS SVAZ VÝROBCŮ CEMENTU ČR K Cementárně 1261, Praha 5 tel.: , fax: svcement@iol.cz C O NAJDETE V TOMTO Č Í S L E 20/ M ACHINE H OUSE I N T E G R O V A N Á STAVEBNÍ A E N E R G E T I C K Á TECHNOLOGIE B U D O V Y S VOBODNÉ U N I V E R Z I T Y V B R I X E N U /16 46/ N OVÉ EXPERI- M E N T Á L N Í M E T O D Y V ISUTÉ P Ř E D P J A T É STŘECHY /10 V M I K R O M E C H A N I C E C E M E N T O V Ý C H SVAZ VÝROBCŮ BETONU ČR Na Zámecké 9, Praha 4 tel./ fax: svb@svb.cz KOMPOZITŮ SDRUŽENÍ PRO SANACE BETONOVÝCH KONSTRUKCÍ Sirotkova 54a, Brno tel.: , fax: mobil: ssbk@sky.cz ČESKÁ BETONÁŘSKÁ SPOLEČNOST ČSSI Samcova 1, Praha 1 tel.: fax: cbz@cbz.cz P Ř E D P J A T É B E T O N O V É DÍLCE ZE SAMO- Z H U T Ň U J Í C Í H O B E T O N U /22 34/ L E H K É V Y S O K O H O D N O T N É BETONY 38/ N OVÉ MOŽNOSTI P O U Ž I T Í B E T O N U V ARCHITEKTUŘE S A N T I A G O C ALATRAVA /60

3 Ročník: pátý Číslo: 5/2005 (vyšlo dne ) Vychází dvouměsíčně O B S A H Ú VODNÍK Jana Margoldová, Petr Hájek /2 P ROFILY K OMPLEXNÍ ŘEŠENÍ SPOLEČNOSTI N EMETSCHEK /4 S VAZ VÝROBCŮ BETONU ČR /6 O BRAZOVÁ PŘÍLOHA S YMPOZIUM BETONOVÉ SOCHY /8 S TAVEBNÍ KONSTRUKCE V ISUTÉ PŘEDPJATÉ STŘECHY Jiří Stráský /10 I NTEGROVANÁ STAVEBNÍ A ENERGETICKÁ TECHNOLOGIE BUDOVY SVOBODNÉ UNIVERZITY V BRIXENU Konrad Bergmeister, Vladimír Červenka /16 M ACHINE HOUSE Petr Holub /20 P REFABRIKACE P ŘEDPJATÉ BETONOVÉ DÍLCE ZE SAMOZHUTŇUJÍCÍHO BETONU BEZ BĚŽNÉ BETONÁŘSKÉ VÝZTUŽE ZESÍLENÉ ROZPTÝLENOU OCELOVOU VÝZTUŽÍ Claus-Peter Strobach, Vojtěch Petřík, Jens Peter Grunert, Helmut Kurth /22 P ŘEDSTAVENÉ LODŽIE ULOŽENÉ KRÁTKÝMI KONZOLAMI DO NOSNÉ KONSTRUKCE DOMŮ Jaromír Vrba /27 S ANACE S TANOVENÍ BARIÉROVÝCH VLASTNOSTÍ PROSTŘEDKŮ SEKUNDÁRNÍ OCHRANY ŽELEZOBETONU VŮČI CO 2 2. ČÁST: KOEFICIENT ODPORU PROTI DIFÚZI CO 2 Václav Pumpr, Jiří Dohnálek /30 M ATERIÁLY A TECHNOLOGIE L EHKÉ VYSOKOHODNOTNÉ BETONY Michala Hubertová, Rudolf Hela /34 N OVÉ MOŽNOSTI POUŽITÍ BETONU V ARCHITEKTUŘE Petr Dvořáček /38 B ETÓN PRI EXTRÉMNYCH ZIMNÝCH A LETNÝCH TEPLOTÁCH Stanislav Unčík, Igor Halaša /42 S OCHAŘSKÉ DÍLO Z BETONU Milada Mazurová, Jaroslav Chramosta /45 V ĚDA A VÝZKUM N OVÉ EXPERIMENTÁLNÍ METODY V MIKROMECHANICE CEMENTOVÝCH KOMPOZITŮ Jiří Němeček /46 CIDEAS PROGRESIVNÍ MATERIÁLY V INTEGROVANÉM NÁVRHU KONSTRUKCÍ Jiří Šejnoha, Petr Hájek /51 M EDAILONEK ING. JANA VÍTKA, DRSC. Vladimír Křístek /53 N ORMY JAKOST CERTIFIKACE Z AVÁDĚNÍ EN : NAVRHOVÁNÍ BETONOVÝCH KONSTRUKCÍ ČÁST 1-2: N AVRHOVÁNÍ NA ÚČINKY POŽÁRU DO PRAXE OVĚŘENÍ POŽÁRNÍ ODOLNOSTI POMOCÍ TABULKOVÝCH HODNOT Jaroslav Procházka /54 S PEKTRUM S ANTIAGO CALATRAVA /60 R EŠERŠE ZE ZAHRANIČNÍCH ČASOPISŮ /62 A KTUALITY S YMPOZIUM BETONOVÉ SOCHY /63 S EMINÁŘE, KONFERENCE A SYMPOZIA /64 Vydává BETON TKS, s. r. o., pro: Svaz výrobců cementu ČR Svaz výrobců betonu ČR Českou betonářskou společnost ČSSI Sdružení pro sanace betonových konstrukcí Vydavatelství řídí: Ing. Vlastimil Šrůma, CSc. Šéfredaktorka: Ing. Jana Margoldová, CSc. Redaktorky: Kateřina Jakobcová, Petra Johová Redakční rada: Doc. Ing. Vladimír Benko, PhD., Luděk Bogdan, Doc. Ing. Jiří Dohnálek, CSc., Ing. Jan Gemrich, Doc. Ing. Petr Hájek, CSc. (předseda), Doc. Ing. Leonard Hobst, CSc. (místopředseda), Ing. Jan Hutečka, Ing. Zdeněk Jeřábek, CSc., Ing. arch. Patrik Kotas, Ing. Jan Kupeček, Ing. Pavel Lebr, Ing. Milada Mazurová, Doc. Ing. Martin Moravčík, Ph.D., Ing. Hana Némethová, Ing. Milena Paříková, Petr Škoda, Ing. Ervin Severa, Ing. Vlastimil Šrůma, CSc., Prof. Ing. RNDr. Petr Štěpánek, CSc., Ing. Michal Števula, PhD, Ing. Vladimír Veselý, Prof. Ing. Jan L. Vítek, CSc. Grafický návrh: DEGAS, grafický ateliér, Heřmanova 25, Praha 7 Ilustrace na této straně a na zadní straně obálky: Mgr. A. Marcel Turic Sazba: 3P, s. r. o., Staropramenná 21, Praha 5 Tisk: Libertas, a. s., Drtinova 10, Praha 5 Adresa vydavatelství a redakce: Beton TKS, s. r. o. Samcova 1, Praha 1 Vedení vydavatelství: tel.: , fax: betontks@betontks.cz Redakce, objednávky předplatného a inzerce: tel./fax: redakce@betontks.cz predplatne@betontks.cz Roční předplatné: 540 Kč (+ poštovné a balné 6 x 30 = 180 Kč), cena bez DPH Vydávání povoleno Ministerstvem kultury ČR pod číslem MK ČR E ISSN Podávání novinových zásilek povoleno Českou poštou, s. p., OZ Střední Čechy, Praha 1 čj. 704/2000 ze dne Za původnost příspěvků odpovídají autoři. Označené příspěvky byly lektorovány. Foto na titulní straně: Europa Gate, Komárom, Maďarsko, autor fotografie: Tamás Bujnovszky BETON TKS je přímým nástupcem časopisů Beton a zdivo a Sanace. B ETON TECHNOLOGIE KONSTRUKCE SANACE 5/2005 1

4 PÚ ROFILY VOD EDITORIAL V ÁŽENÉ ČTENÁŘKY, VÁŽENÍ ČTENÁŘI, páté číslo časopisu je zaměřeno na využití betonu v konstrukcích pozemních staveb, jejichž charakter vytváří prostor pro různorodé po užití betonu zajišťujícího staticko-konstrukční až čistě estetickou funkci. Význam betonu z hlediska estetické funkce staveb byl jasně deklarován v nedávno publikované samostatné příloze 5. ročníku Beton v architektuře. O statických vlastnostech betonu a téměř revolučním zkvalitňování mechanických vlastností v posledních deseti letech se zmiňujeme v každém čísle časopisu několikrát. Vraťme se však o téměř celé století zpět. Již v té době byl beton hojně využíván ve výstavbě nosných konstrukcích budov. V Technickém průvodci z roku 1917 vysvětluje Prof. Ing. František Klokner podstatu železového betonu velmi výstižně: Železovým (vyztuženým nebo armovaným) betonem rozumíme stavivo složené z betonu a železa tak, že do betonu jest vložena a dokonale jím obalena železná kostra, t. ř. (tak řečená) výztuž (armatura) sestavená z jednotlivých prutů, t. ř. výztuh nebo vložek. Žádnému z obou těch prvků nepřísluší při tom důležitější statický úkol, nýbrž oba spojivše se v téměř nerozlučný celek působí staticky společně tak, že železo spolupůsobí hlavně velikou svou pevností v tahu, kdežto beton propůjčuje značnou svou pevnost v tlaku, chráně zároveň železo před zrezavěním a po případě před rozžhavením. Z toho, že beton odporuje dobře tlaku, však nedostatečně tahu, kdežto kujné železo snáší tah velmi dobře, plyne konstruktivní zásada: Beton budiž železem armován v těch místech, kde by mohl býti porušen tahem. Železobeton byl tehdy v pozemních stavbách využíván převážně pro stropní konstrukce, případně v kombinaci s železobetonovými sloupy ve formě skeletů. Vedle železobetonových desek se často používaly tradiční železobetonové trámové stropy typu Hennebique a jeho alternativy, strop Siegwartův, Klettův, Wrissenbergův, Herzánův, Skorkovského ad. Nosné trámové a žebrové konstrukce bývaly přiznány a dotvářely tak zajímavé konstruktivisticky čisté interiéry budov. Existuje množství staveb, kde přiznaný tvar železobetonové konstrukce udává estetický charakter jejich interiéru i exteriéru. Příklady mohou být ve své době největší funkcionalistická stavba tohoto druhu na světě budova Veletržního paláce z let 1925 až 1928 od architektů Oldřicha Tyla a Josefa Fuchse, sedmipodlažní skelet garáží na Maninách z roku 1927 nebo monumentální oblouková žebrová konstrukce v interiéru Podolské vodárny od arch. Antonína Engla z let 1929 až Další industriální stavby i stavby obytné a občanské se staly kulturními a technickými památkami dokladující technickou vyspělost projektantů a stavitelů a vysokou estetickou kvalitu a kultivovanost architektonického návrhu, využívajícího v té době relativně nový stavební materiál železobeton. Podzimní měsíce jsou obdobím kongresů, konferencí a výstav. Vedle těch mediálně široce prezentovaných, proběhly i akce oslovující pouze část odborné veřejnosti, které tak či onak souvisely s betonem. Začátkem září se v rakouském Grazu konal 1. středoevropský kongres betonového stavebnictví. Na spolupořádání akce se domluvili betonáři z Česka, Chorvatska, Maďarska a Rakouska. Náplní kongresu byl vláknobeton ze všech stran. Přednášky byly seskupeny do sekcí dle vypsaných témat: vlastnosti vláken a vláknobetonů; beton se syntetickými vlákny jako ochrana proti poškození konstrukce požárem; vývoj konstrukcí vyztužených ocelovými vlákny a návrhy nových konstrukcí. Kongres ukázal další technologický pokrok a nové možnosti vláknobetonu a jeho využití Příští kongres připravuje ČBS na září roku 2006 do Hradce Králové (viz 3. strana obálky). Maďarští kolegové nás v roce 2007 pozvou pravděpodobně do Visegrádu a chorvatští zjišťují možnosti pořádat konferenci v některém z jejich..gradů. V polovině září uspořádaly FA a FSv ČVUT v Praze s podporou Pracovní komise pro sport a volný čas UIA konferenci Smart games & the city (Hry a město). Hlavní téma konference otázky týkající se pořádání Olympijských her ve velkém městě souvisí s výstavbou množství sportovišť. Zahraniční vystupující se zkušenostmi z pořádání Olympiády zdůrazňovali, že sportoviště musí být dimenzována pro potřeby pořádajícího města a až v druhé řadě pro potřeby Olympiády. Je známé, že Praha a další česká města mají málo kvalitních sportovišť. Zda ta nová budou stavěna z betonu, či jiných materiálů, záleží na tom, co betonáři nabídnou architektům, developerům a investorům, aby se tito cítili jistí a přesvědčení, že právě v betonu se jejich představy dají realizovat nejlépe. V druhé polovině měsíce se v pražské Bubenči sešli odborníci zaměření na Industriální archeologii, obor, který se v západní Evropě rozvíjí od sedmdesátých letech minulého století a je zaměřen na vyhledávání, pasportizaci a regeneraci starých průmyslových objektů k novému využití. (Významná část z nich byla postavena z betonu.) Při dostavbách, přestavbách, zpevňování či jen prosté rekonstrukci stávajících poškozených a často dosti zchátralých nosných konstrukcí je v široké míře používán monolitický beton pro jeho tvarovatelnost a dopravitelnost do stísněných a vzdálených prostor. Odborníci z Velké Británie, Francie a Německa na konferenci nazvané Industriální stopy, pořádané VCPD, ukázali tovární haly a jiné výrobní objekty při regeneraci úspěšně přebudované na moderní loftové byty, ateliéry architektů, restaurace, galerie, školy, hotely, penzióny, nemocnice a různá sportoviště. Rozsáhlé opuštěné průmyslové oblasti měst tak s přispěním moderních betonářských technologií opět žijí. Je otázkou osvěty od betonářů směrem k architektům, zda budou tito ve správný čas vědět o nových možnostech a technologiích, např. o lehkých konstrukčních betonech, vysokopevnostních nebo vysokohodnotných betonech, vše případně v provedení samozhutnitelného betonu, aby je využili k přetvoření svých vizí a idejí v reálnou atraktivní stavbu. Příspěvky v čísle, které otevíráte, ukazují, že vývoj betonového stavebnictví zase pokročil a současně s tím se objevily další nové výzvy k řešení. Doufejme a věřme, že i za další století budou moci naši potomci obdivovat železobetonové konstrukce současnosti pro jejich technické kvality a především pro jejich vysokou estetickou i environmentální úroveň. Přejeme Vám krásný a tvůrčí betonářský den Jana Margoldová a Petr Hájek 2 B ETON TECHNOLOGIE KONSTRUKCE SANACE 5/2005

5 kvalita zkušenost Mott MacDonald Ltd. je jedna z nejv tších sv tových multi-disciplinárních projektov inženýrských konzulta ních spole ností Mott MacDonald Praha, s.r.o. je eská pobo ka mezinárodní spole nosti Mott MacDonald Ltd. Naše organizace poskytuje služby v mnoha oblastech inženýrského poradenství a projektového managementu. Jedná se o poradenské služby, zpracování studií ekonomického hodnocení, zpracování a posuzování všech stup projektové dokumentace, ízení a supervize projekt. Tyto innosti zajiš ujeme v t chto oblastech: Silnice a dálnice Železnice Mosty a inženýrské konstrukce Tunely a podzemní stavby Vodní hospodá ství Životní prost edí Geodetické práce Gra cké aplikace Inženýring a konzulta ní innost Firma Mott MacDonald Praha, spol. s r.o. pracuje v systémech jakosti dle SN EN ISO 9001:2001 a životního prost edí dle SN EN ISO 14001:2005. Kontakt: Mott MacDonald Praha, spol. s r.o. Ing. Ji í Petrák Národní 15, Praha 1 tel.: , fax: GSM: mottmac@mottmac.cz B ETON TECHNOLOGIE KONSTRUKCE SANACE 5/2005 3

6 P ROFILY PROFILES K OMPLEXNÍ ŘEŠENÍ S P O L E Č N O S T I N E M E T S C H E K Společnost Nemetschek dodává softwarová řešení pokrývající všechny fáze životního cyklu stavby - od návrhu stavby, přes její realizaci až po etapu užívání. Při vytváření svých produktů vychází společnost Nemetschek z více než čtyřicetileté historie podložené bohatými praktickými zkušenostmi. Její řešení v současné době využívá přes zákazníků ve 142 zemích celého světa. Obr. 1 Prostorový návrh výztuže (Allplan), KUPROS, Ing. Lubomír Kubín Fig. 1 Spatial design of reinforcement (Allplan), KUPROS, Ing. Lubomír Kubín P OHLED DO HISTORIE Profesor Georg Nemetschek, zakladatel společnosti Nemetschek AG, spojuje ve své osobě Prof. Georg Nemetschek, zakladatel dvě důležité vlastnosti pro dosažení úspěchu v oboru hlubo- a hlavní akcionář společnosti Nemetschek ké odborné znalosti stavebnictví a nadšené zaujetí pro výpočetní techniku. Rodák z Moravy již v roce 1963 založil v Mnichově inženýrskou kancelář a v době, kdy ještě zdaleka neexistovaly dnešní PC, začal pro vlastní potřebu vyvíjet programy pro podporu navrhování. Jedním z prvních byl program pro výpočet vysoce zatížených nepravidelně podepřených desek metodou konečných prvků (MKP). Od roku 1971 přednášel Georg Nemetschek na Technické univerzitě v Mnichově a dlouhá léta zde působil jako děkan. Souběžně s tím stále pokračoval ve vývoji aplikací pro stavebnictví a v roce 1977 poprvé dodával své programy dalším inženýrským a projekčním kancelářím. Díky stále stoupajícímu zájmu založil Prof. Nemetschek v roce 1980 softwarovou společnost Nemetschek Programmsystem GmbH, jejíž hlavním cílem byl další vývoj a distribuce programů pro oblast stavebnictví. V roce 1984 spatřila světlo světa první verze dnes známého a úspěšného CAD systému Allplan. Devadesátá léta a nástup PC znamenají pro firmu Nemetschek další mohutný rozvoj. Jsou zakládány pobočky v Evropě a postupně i na dalších kontinentech, díky řadě akvizic se rozrůstá portfolio softwarových řešení. S OUČASNOST Dnes patří společnost Nemetschek k vedoucím poskytovatelům softwarových řešení v oblasti stavebnictví. Akcie společnosti jsou od roku 1999 obchodovány na německé burze. Z původní inženýrské kanceláře vybudoval Prof. Nemetschek koncern s více než sedmi sty zaměstnanci, který prodává své produkty prostřednictvím svých poboček a prodejní sítě 400 partnerů zastoupených ve více než 140 zemích celého světa. V České republice byla společnost Nemetschek zastoupena již od roku 1992 partnerskou firmou 5xP Praha, s. r. o. V roce 1996 byla v Praze založena vlastní pobočka Nemetschek, s. r. o., která zajišťuje veškeré prodejní i servisní činnosti. K OMPLEXNÍ ŘEŠENÍ Společnost Nemetschek poskytuje IT řešení pro nejrůznější oblasti stavebnictví. V oblasti projektování je vlajkovou lodí společnosti Nemetschek CAD systém Allplan, který patří mezi nejužívanější stavařské CAD systémy pro podporu projektování. Kromě Allplanu nabízí společnost Nemetschek celou řadu dalších systémů, které vhodně doplňují Allplan a poskytují většinou úzce specializovaná řešení pro určitou oblast. Při rekonstrukcích se dobře uplatní Allplan Metric pro snadné zaměření stávajícího stavu nebo Allplan Photo, určený k zakreslení např. fasá- Obr. 2 Domov dětí a mládeže, Praha Modřany (fotografie realizace), Ing. arch. Vladimír Milunič Fig. 2 Children s house for youth, Prague Modřany (photo of the building), Ing. arch. Vladimír Milunič 4 B ETON TECHNOLOGIE KONSTRUKCE SANACE 5/2005

7 P ROFILY PROFILES dy domu z fotografie metodou fotogrametrie. K přípravě efektních vizualizací pro prezentaci návrhu investorovi slouží specializovaný program Cinema 4D. Přípravu výstupů pro tisk usnadní program PlanDesign. S PRÁVA DOKUMENTŮ A PROJEKTŮ, FACILITY MANAGEMENT Kromě systémů určených pro projektování dodává společnost Nemetschek také systémy pro elektronickou správu dokumentů a řízení projektů. Systém Rivera zajistí bezpečné ukládání a správu veškeré dokumentace vznikající během projektu nebo při výstavbě a umožní vzájemné sdílení informací v rámci celého pracovního týmu. Systém MyOffice umožňuje správu a řízení všech činností v průběhu projektu včetně sledování nákladů. Ve fázi užívání stavby je pro správu budov (facility management) určený systém Allfa. A LLPLAN AEC/CAD systém Allplan je stěžejní produkt společnosti Nemetschek. Allplan poskytuje komplexní řešení pro projektování v různých oblastech stavebnictví. Jedná se o modulární systém, který se dodává v předem sestavených oborových paketech. Nejužívanější v praxi jsou pakety Architektura pro pozemní stavitelství a paket Vyztužování pro návrh vyztužených prvků. Navrhování v Allplanu je založeno na vytváření prostorového virtuálního modelu, který je složen z inteligentních objektů. Ty kromě svých geometrických vlastností obsahují další popisné atributy, které umožní automaticky vygenerovat potřebné výkazy materiálu. Obr. 3 Domov seniorů, Liberec Františkov (fotografie realizace), Ateliér ARK, s. r. o. Fig. 3 House for seniors, Liberec Františkov, (photo of the building), studio Ateliér ARK, plc A LLPLAN VYZTUŽOVÁNÍ Paket Allplan Vyztužování přináší nové postupy a funkce pro vyztužování a projektování inženýrských konstrukcí. Jako integrovaný systém kombinuje Allplan silné softwarové nástroje pro všechny fáze projektování přes strukturální analýzu až po konečnou tvorbu a sestavení výkresové dokumentace. Nabízí automatický návrh nosníků, sloupů, základů a stropů a umožňuje propojení celého systému s výpočtem konstrukce pomocí metody konečných prvků. Při návrhu výztuže je možné vybírat z různých druhů výztuže prutová výztuž, sítě nebo kobercové výztuže BAMTEC. Může být použito prostorové nebo rovinné ukládání výztuže. Při prostorovém zadávání jsou automaticky vytvářeny pohledy a řezy. K dispozici jsou kompletní předvyztužené parametrické prvky - stačí vybrat typ, upravit rozměry a vznikne kompletně vyztužený a popsaný dílec. Velmi efektivním nástrojem pro návrh výztuže je tzv. Vyztužování FF. To je založeno na automatickém přizpůsobení vybraného ohybu prutu/sítě danému bednění, což výrazně urychlí a zjednoduší návrh. Výkazy výztuže a sítí se v Allplanu vytvářejí stisknutím jediného tlačítka. Uživatel má k dispozici několik řad ocelí a sítí, které může libovolně doplňovat. S předvyztuženými prvky lze plně automaticky vytvářet výkresy výztuže často se opakujících stavebních prvků. Další modul podporuje přípravu bednicích prací při projektování. K dispozici jsou bednící systémy různých výrobců (např. Peri, Doka, Meva, NOE, Thyssen- -Hünneeck a Wendler). S TATICKÉ VÝPOČTY Díky propojení do MKP lze přenášet výsledky dimenzování do modulů vyztužování sítěmi a vyztužování prutovou výztuží a používat je ihned jako podklad pro vyztužování. Výsledky výpočtů MKP jsou zobrazovány v přehledné grafické formě. Ing. Petr Míchal Nemetschek, s. r. o. Tovačovského 2, Praha 3-Žižkov Obr. 4 Soutěžní návrh do soutěže Senior Residence (vizualizace Cinema 4D), Studio ARCHA, České Budějovice Fig. 4 Competition design Senior Residence (visualization Cinema 4D), Studio ARCHA, České Budějovice B ETON TECHNOLOGIE KONSTRUKCE SANACE 5/2005 5

8 P ROFILY PROFILES S VAZ V Ý R O B C Ů B E T O N U ČR Beton je jeden ze základních stavebních materiálů, který bychom jistě mohli označit za mladý, porovnáme-li ho například s historií užívání dřeva, kamene, kovů či pálené hlíny ve stavebnictví. Nicméně např. podle Plinia existovaly v Egyptě asi 3600 let př. n. l. sloupy z umělého kamene. Dnes je zcela běžné potkat na ulici autodomíchávač s rotujícím bubnem vezoucí beton na stavbu. Málokdo z odborníků a laiků si však dokáže představit a uvědomit obrovské změny, kterými beton a věci s ním související prošel za posledních deset roků. Jedním z nejviditelnějších zlepšení je vzhled výrobních a dopravních zařízení. To je ovšem ta méně důležitá vlastnost. Kvalita a vybavení výroben betonu a autodomíchávačů se významně zlepšila. Řada výrobců betonu na svých výrobnách udržuje certifikovaný environmentální systém ISO Naprosto neopominutelnou součástí vybavení je recyklační zařízení pro zbytky čerstvého betonu. Ten se v zařízení rozmísí na kamenivo a kalovou vodu, které se použijí pro výrobu dalších betonů. Všechny tyto změny si vynutily požadavky na výrobu a dopravu kvalitnějších betonů. Počátkem devadesátých let byly v Japonsku realizovány první stavby ze samozhutnitelného betonu (SCC). Vývoj betonu, o kterém se říká, že teče jako med, byl zahájen proto, aby byly eliminovány nedostatky při provádění betonových konstrukcí a bylo dosahováno lepší výsledné kvality konstrukcí. Dnes je poměrně běžně používán i v ČR. Konstrukce z něj mají velmi pěkný a kvalitní povrch i při komplikovaných tvarech a jemných detailech a zároveň jeho zpracování na stavbě se zjednodušilo díky tomu, že není potřeba ho při ukládání vibrovat. Od zavedení SCC se pak rychle vyvíjely další druhy betonů: Vysokohodnotný beton (HPC) je beton s vlastnostmi upravenými lepší skladbou základních složek doplněných příměsemi a přísadami vykazující delší životnost a lepší užitné vlastnosti. Vysokopevnostní beton (HSC), jehož pevnosti začínají na hodnotách 55 MPa. V Japonsku byly realizovány spřažené konstrukce ocel beton s pevností betonu 180 MPa. Lehký beton (light-weight concrete LWC) beton s hmotností menší než 2000 kg/m 3, přičemž lze dosáhnout hmotností až kolem 600 kg/m 3 a běžný beton má asi 2300 kg/m 3. V roce 2003 byla v Českých Budějovicích realizována lávka z lehkého předpjatého betonu, k jehož výrobě bylo použito umělého lehkého kameniva. Mohli bychom jmenovat další druhy betonů. Důležité je ale říci, že vývoj v technologii betonu za posledních deset roků posunul tento materiál do oblasti, kde se beton šije na míru na konkrétní stavbu nebo její část. Nezastupitelnou roli zde mají přísady, které upravují vlastnosti čerstvého či ztvrdlého betonu. Beton se tak stává přesnou, až lékárnicky vyváženou směsí s řízenými vlastnostmi. Jedním z ukazatelů pokroku technologie a projektů může být i třída pevnosti nejprodávanějšího betonu. Před třiceti lety to byly betony odpovídající pevnosti C12/15 a C15/20. Dnes je v Praze a velkých městech nejprodávanější pevnostní třídou C30/37. Požadavkem, který rovněž přichází od uživatelů betonu, je kvalitní a různorodý povrch bez nutnosti dalších úprav. Zejména v Německu a ve Skandinávii se této oblasti věnuje velká pozornost. Výsledkem je široká nabídka povrchů, které mohou vypadat jako leštěný či neopracovaný kámen, reliéfy s různými motivy apod. Nejnovějším hitem je pak beton se skleněnými vlákny vedoucími světlo z jednoho povrchu k druhému. Těchto výsledků můžeme dosáhnout naprostou technologickou kázní od úvodního návrhu projektu přes výrobu betonu, jeho dopravy, uložení, zpracování a odbednění. Stačí, aby se okolo jdoucí dělník otřel rukávem o bednění připravené pro betonáž, setřel tak část odbedňovacího prostředku a výsledek práce mnoha lidí přijde vniveč. Tato zvýšená pozornost a pečlivost s sebou nese i vyšší pořizovací cenu. Mějme ale na paměti, že hovoříme o pohledovém betonu, a ne o sloupech či základech, které ve výsledku budou zakryty jinou konstrukcí. Velkou změnou, se kterou se výroba betonu musela vyrovnat, byl přechod na systém evropské legislativy a evropských technických norem. V závěru roku 2003 byly zrušeny původní české technické normy: ČSN Provádění a kontrola betonových konstrukcí, ČSN Vodostavebný beton, ČSN , ČSN , ČSN pro betony v agresivním prostředí a další. Zároveň byly a jsou přejímány nové evropské normy: ČSN EN Beton výroba, specifikace a shoda, ČSN P ENV Provádění betonových konstrukcí, dále evropské normy pro složky betonu: ČSN EN Cement, ČSN EN 1008 Záměsová voda do betonu, ČSN EN Kamenivo do betonu, ČSN EN Přísady do betonu, ČSN EN 450 Popílek do betonu a další včetně souvisejících norem na zkoušení, výrobu a odběr vzorků. V současnosti se připravují evropské normy na křemičité úlety a strusku do betonu. Další část legislativy týkající se výroby betonu je systém certifikace. Vydáním zákona č. 22/1997 Sb. začala povinnost výrobce prokazovat bezpečnost výrobku, tzn. vydávat prohlášení o shodě a udržovat systém certifikátů pro beton. V průběhu posledních devíti let to vlivem kombinací různých technických norem a NV 163/2002 Sb. znamenalo pět vln certifikací pro každou betonárnu. Letos došlo k významnému posunu v této oblasti, neboť Nařízení vlády 312/2005 Sb. uvedlo v soulad požadavky evropské normy ČSN EN na výrobu betonu a české legislativy, tzn., že oba dokumenty teď požadují zavedení systému řízení výroby, NV 312/2005 Sb. certifikovaného. Jak je uvedeno výše, změn týkajících se betonu je veliké množství. To s sebou nese spoustu nových informací a potřebu je patřičně vstřebat a zažít. A právě to byl hlavní důvod k založení Svazu výrobců betonu ČR v roce Jak napovídá název sdružení, jedná se o svazek výrobců transportbetonu v České republice. V současnosti má devět členů, jimž poskytuje informační servis ze zmíněných oblastí. Zároveň je přirozeným partnerem pro jednání s úřady, například ČNI Českým normalizačním institutem, ÚNMZ Úřadem pro technickou normalizaci, metrologii a zkušebnictví apod. Svaz výrobců betonu ČR je členem ERMCO Evropský svaz výrobců transportbetonu. To mu umožňuje užší spolupráci 6 B ETON TECHNOLOGIE KONSTRUKCE SANACE 5/2005

9 P ROFILY PROFILES Obr. 1 Počet provozoven SVB ČR na konci roku 2004 činil celkem 218 výrobních jednotek v rámci Evropy a rychlou výměnu zkušeností na mezinárodním poli. Další funkcí, která nabývá na důležitosti, je komunikace a poskytování technických informací odborné veřejnosti, a to především vysokým školám, inženýrům v praxi a architektům. Z konkrétních věcí můžeme vyjmenovat: vydání tří knih Za betonem do Evropy (o složkách, technologii a výrobě betonu), Speciální betony a Betonárny a životní prostředí, podpora vydávání časopisu Beton TKS nebo vydání Průvodce novou betonářskou normou ČSN EN (podrobnější informace viz Nejnovějším počinem je pak vydání speciální přílohy časopisu Beton TKS Beton v architektuře a dohoda konkrétní spolupráce při výuce na Fakultě stavební ČVUT v Praze. V dalších projektech bychom rádi uvítali více podnětů od inženýrů, architektů i učitelů, aby pomoc s předáním nových informací byla co nejúčinnější. Zároveň si od toho slibujeme zvýšení odbornosti všech lidí podílejících se na výstavbě od úvodních studií až po realizaci, aby konečný uživatel obdržel stavební dílo s kvalitními uživatelskými vlastnostmi. Beton je materiál mnoha možností, který vyžaduje péči odborníků od prvního návrhu přes výrobu, dopravu, uložení a ošetřování. Špičkovou výrobní technologii včetně vyškoleného personálu potvrzenou řadou certifikátů nabízí výrobny členů Svazu výrobců betonu ČR. Ing. Michal Števula, Ph.D. tajemník Svazu výrobců betonu ČR B ETON TECHNOLOGIE KONSTRUKCE SANACE 5/2005 7

10 S YMPOZIUM B ETONOVÉ SOCHY Nový Dvůr u České Lípy, červenec srpen 2005 fotografie: Jana Margoldová, Vlastimil Šrůma, archív VUMO článek str. 63 Adéla Bébarová Petr Valer Miroslav Žáčok

11 Setkáváme se dnes a denně u stolu, hodiny a hodiny spolu promlouváme, víno popíjíme, rádi spolu obědváme, večeříme, u stolu s kávou přemýšlíme, na židličkách s knihou se těšíme, novinami listujeme, dopisy píšeme... a někdy jen tak mlčky pozorujeme, v tichu posedáváme a těšíme se na krásná setkání u jednoho stolu. Ráda bych realizovala netradiční místo se stolem a dvěma židlemi v betonu a vytvořila tak prostor, poetické místo, do něhož je možné vstoupit. Sochu, jež v nás zanechá prožitek ve vzpomínce na toto místo, sochu, která ponese příběh, příběh člověka. Denisa Hřičiščová Monika Immrová Denisa Hřičiščová Rustam Ismagilov

12 S TAVEBNÍ KONSTRUKCE STRUCTURES V ISUTÉ P Ř E D P J A T É STŘECHY SUSPENSION PRESTRESSED R O O F S J IŘÍ STRÁSKÝ Visuté předpjaté střechy jsou popsány z hlediska architektonického a kon strukčního řešení, statické analýzy o po stupu výstavby. Konstrukce umožňují zastřešit velké prostory, vyznačují se minimální spotřebou materiálu a pro jejich výstavbu není nutná skruž. Suspension prestressed roofs are described in terms of their architectural and structural solution, static analysis and process of construction. The structures enable to cover large space, require minimum amount of material and a falsework is not needed for their erection. Obr. 2 Most Hukusai, Japonsko Fig. 2 Hukusai Bridge, Japan Obr. 3 Landscape Arch, Utah, USA Fig. 3 Landscape Arch, Utah, USA Obr. 4 Ztužení lana Fig. 4 Cable stiffening Obr. 1 Lanová a oblouková konstrukce: a) trajektorie hlavních napětí, b) samokotvené lano a oblouk, c) lano a oblouk Fig. 1 Cable and arch structure: a) trajectories of principal stresses, b) self anchored cable and arch, c) cable and arch. Visuté betonové střechy jsou ve světě navrhovány od počátku předpjatého betonu. Jejich řešení je popsáno v základních knihách publikovaných průkopníky předpjatého betonu [1], [2]. Nedávné realizace v Portugalsku, které získaly řadu architektonických cen, potvrzují, že tyto konstrukce jsou stále moderní, ekonomické a mohou architektonicky obohatit naše prostředí. Konstrukční řešení střech je podobné řešení konstrukcí předpjatých visutých lávek pro pěší, které jsou v naší zemi úspěšně stavěny od roku 1989; bohužel, visuté střechy z předpjatého betonu nebyly u nás dosud realizovány. Proto autor příspěvku považuje za účelné na tyto konstrukce znovu upozornit, popsat zásady jejich návrhu a analýzy, poukázat na možné problémy a ukázat zdařilé realizace. Visuté konstrukce mají buď jednoduchou křivost, nebo tvoří rotačně symetrické plochy, popřípadě vytváří konstrukce dvojí křivosti. Je zřejmé, že visuté konstrukce mohou být navrženy nad jakýmkoliv půdorysem. Jejich tvar však v počátečním stavu musí být bezmomentový výslednicový (funicular) k danému zatížení. Působení konstrukcí je vysvětleno na konstrukci s jednoduchou křivostí tvořené visutým předpjatým pásem. V ISUTÝ PŘEDPJATÝ PÁS Krása obloukových a visutých konstrukcí vychází z jejich ekonomického tvaru. Ekonomie je zřejmá z obr. 1a, na kterém jsou vykresleny trajektorie hlavních napětí, které vznikají v prostém, rovnoměrně zatíženém nosníku. Je zřejmé, že maximální namáhání vznikají jen v krajních vláknech Obr. 5 Ztužení lana nosníkem Fig. 5 Beam stiffening of the cable 10 B ETON TECHNOLOGIE KONSTRUKCE SANACE 5/2005

13 S TAVEBNÍ KONSTRUKCE STRUCTURES a že nosník má mnoho zbytečné (mrtvé dead) hmoty, která se nepodílí na přenosu zatížení. Z obrázku je zřejmé, že chceme-li redukovat tíhu nosníku, musíme eliminovat mrtvou hmotu a musíme využít tahovou a nebo tlakovou únosnost konstrukčních prvků. Z nosníku je tak odvozeno lano nebo oblouk, u kterých je vodorovná síla přenášena táhlem a nebo vzpěrou (obr. 1b); jestliže základová půda je schopná přenést vodorovné účinky, můžeme nahradit táhlo nebo vzpěru tuhými základy (obr. 1c, 2 a 3). Rovnoměrně zatížený betonový oblouk může překlenout několik kilometrů, visuté lano několik desítek kilometrů. Jejich tvar však vždy musí být výslednicový (funicular) k danému zatížení a kabel nebo oblouk musí mít dostatečný průvěs nebo vzepětí. Z obr. 2 je zřejmé, že tvar nosného lana se mění podle daného zatížení a že tato lanová konstrukce nemá dostatečnou tuhost zajišťující bezporuchový provoz. Je tedy zřejmé, že lano je nutno ztužit. Deformace visuté konstrukce (obr. 4a) může být redukována zvýšením zatížení stálého přidáním mrtvé hmoty (obr. 4b), napnutím lana opačné křivosti (obr. 4c) a nebo vytvořením betonového pásu jisté ohybové tuhosti, který roznáší zatížení a garantuje stálost tvaru (obr. 4d). Je vhodné si uvědomit, že ztužení kabelu dalším zatížením nebo lanem opačné křivosti má podobné účinky. V obou případech dochází ke zvýšení namáhání nosného lana i základů. Lano může být také ztuženo ohybově tuhým nosníkem, který roznáší zatížení a dává stabilitu systému. Vzniká tak hybridní systém tvořený buď samokotvenou visutou (obr. 5a) a zavěšenou (obr. 5b) konstrukcí a nebo klasickou visutou (obr. 5c) a zavěšenou (obr. 5d) konstrukcí. Tyto konstrukce však nejsou předmětem tohoto příspěvku. Vliv ztužení lan betonovým pásem je zřejmý z obr. 6, na kterém je porovnávána konstrukce ztužená mrtvou hmotou (a) a betonovým pásem (b). Konstrukce s rozpětím 99 m má průvěs 1,98 m. Konstrukci tvoří dva kabely celkové plochy 0,236 m 2 a modulu pružnosti 200 GPa. Mrtvá hmota a betonový pás mají stejnou plochu 1 m 2 a jsou z betonu modulu pružnosti E b = 36 GPa. Počáteční namáhání obou konstrukcí je tedy totožné. Konstrukce je dále zatížena rovnoměrným zatížením p = 20 kn/m situovaným na polovině délky. Z obrázku je zřejmé, že maximální deformace konstrukce (b) je cca 48 % deformace konstrukce (a). Dále je zřejmé, že deformace konstrukcí se soudržnými a nebo nesoudržnými kabely je téměř totožná. Ztužení kabelu betonovým pásem představuje ekonomické řešení, které dává konstrukcím střech dostatečnou tuhost a stabilitu. Je samozřejmé, že betonový pás, který spolupůsobí s kabely, nemůže přenést tahová namáhání, která v něm vznikají. Proto je vhodné betonový pás předepnout. Pás je možno vytvořit z monolitického a nebo prefabrikovaného betonu. V obou případech lze bednění nebo prefabrikované prvky zavěsit na nosné kabely. Statická analýza Visuté předpjaté konstrukce je nutno analyzovat jako geometricky a fyzikálně nelineární konstrukce, jejichž statické působení je ovlivněno postupem stavby. V průběhu montáže působí konstrukce jako dokonale ohebné vlákno lano, během provozu jako předpjatý pás, který je namáhán nejen normálovou silou, ale i ohybovým momentem. Nutno si však uvědomit, že tvar i velikost namáhání na konci montáže ovlivňuje namáhání konstrukce za provozu. Současné programové systémy umožňují komplexní analýzu visutých předpjatých konstrukcí. Abychom však byli schopni správně připravit vstupní data a aplikovat výsledky, musíme především pochopit působení těchto konstrukcí. Na obr. 7 je znázorněna konstrukce tvořená předpjatým pásem sestaveným z prefabrikovaných prvků a spřažené desky; konstrukce je nesena nosnými kabely BT a po vybetonování spřažené desky a spar mezi prvky je předepnuta předpínacími kabely PT. V průběhu montáže je vlastní tíha kabelů, tíha prefabrikovaných prvků a tíha spřažené desky a spar přenášena nos- Obr. 6 Ztužení lana: a) mrtvou váhou, b) ohybovou tuhostí Fig. 6 Stiffening of the cable: a) dead load, b) bending stiffness Obr. 7 Statická funkce visutého předpjatého pásu Fig. 7 Static function of the stress ribbon B ETON TECHNOLOGIE KONSTRUKCE SANACE 5/

14 S TAVEBNÍ KONSTRUKCE STRUCTURES Obr. 8 Analýza lana Fig. 8 Cable analysis nými kabely plochy A BT. Po vybetonování spar působí konstrukce pro účinky předpětí jako spřažená konstrukce ideálního průřezu P A e složeného z nosných kabelů, prefabrikovaných prvků a monolitického betonu. Po zainjektování kabelů působí konstrukce pro všechna provozní zatížení jako spřažená konstrukce ideálního průřezu A e složeného z nosných a předpínacích kabelů, prefabrikovaných prvků a monolitického betonu. Protože předpjatý pás je silně vyztužen, dochází u něho k výraznému přerozdělení vnitřních sil vlivem dotvarování a smršťování betonu. Předpětí je navrženo tak, aby ve sparách mezi prvky nevznikl za provozu tah. Při působení mezního zatížení p u se spáry otevřou a konstrukce (při zanedbání tahového zpevnění betonu mezi trhlinami) pak znovu působí jako lano tvořené nosnými a předpínacími kabely plochy A BT + A PT (obr. 7g). Analýza konstrukcí jak pro montážní, tak i provozní zatížení vychází z počátečního stavu, pro který volíme tvar i namáhání konstrukce. Obvykle volíme stav po vybetonování spar, kdy se konstrukce mění z lana na předpjatý pás (obr. 7c a 7d). Při analýze montážních stavů (obr. 7a a 7b) konstrukci odlehčujeme, při analýze provozních stavů konstrukci předepneme (obr. 7e) a následně zatížíme provozním zatížením (obr. 7f). Jestliže použijeme moderní nelineární programy ANSYS, LARSA, RM, musíme určit počáteční stav, ve kterém definujeme tvar i namáhání konstrukce. Tentýž stav musíme určit i v případě, kdy konstrukce řešíme zjednodušeně jako lano. Tuto analýzu je vždy vhodné provést pro kontrolu řešení. Protože pochopení konstrukcí vychází z analýzy lana, uvádíme zde základní informace. Více lze najít v [3]. Analýza lana plochy A a modulu pružnosti E vychází z řešení stavové rovnice (obr. 8). Lano, které pro zatížení q(x) 0 je namáháno zvolenou silou H 0, je při zatížení q(x) i namáháno vodorovnou silou H i. Tuto sílu určíme řešením rovnice (1): 3 2 ah + bh + ch + d = 0 (1) i i i kde li a = EAcos 2 β b = li Ln i cos βi Di c = EA d = cos βi Di 2 i Protože u pružně podepřeného lana členy a, b, c, d závisí na rozpětí l i a svislé vzdálenosti h i, které dále závisí na neznámé vodorovné síle H i, není možno určit vodorovnou sílu H i přímo řešením rovnice (1). Obvykle je vodorovná síla H i určována iteračně. Nejdříve se vodorovná síla H i určí za předpokladu nulové deformace podpěr, následně se pro tuto sílu stanoví deformace podpěr a znovu se vypočítá vodorovná síla. Výpočet je opakován, dokud rozdíly mezi jednotlivými výpočty nejsou menší, než je požadovaná přesnost. Ohybové namáhání lana modulu pružnosti E a momentu setrvačnosti I Mx EI dwx 2 ( ) ( ) =, (2) 2 dx u kterého od zatížení q(x) vzniká vodorovná síla H, určíme řešením rovnice ohybové čáry (obr. 9): EI dwx 4 H dwx 2 ( ) ( ) + kw( x) = 4 2 dx dx H = qx ( ) H g, (3) g kde g je zatížení, při kterém není lano namáháno ohybovým momentem a H g je odpovídající vodorovná síla; součintel k vystihuje pružné Wincklerovo podloží. Přímé řešení diferenciální rovnice je možné jen ve speciálních případech. Proto autor vyvinul program, který řeší rovnici (3) diferenční metodou. Ohybové namáhání rovnoměrně zatíženého lana (obr. 10a) je dáno rovnicí: λ M( x) = ϕ HEI. e x + qei (4) Ohybové namáhání nekonečně dlouhého lana zatíženého osamělou silou F (obr. 10b) je dáno rovnicí: kde F Mx e λx ( )= + EI q, (5) 2λ Obr. 9 Analýza ohybu lana Fig. 9 Analysis of the cable bending 12 B ETON TECHNOLOGIE KONSTRUKCE SANACE 5/2005

15 S TAVEBNÍ KONSTRUKCE STRUCTURES Obr. 10 Ohyb lana: a) rovnoměrné zatížení, b) osamělé břemeno Fig. 10 Bending of the cable: a) uniform load, b) point load Obr. 11 Zatěžovací zkouška lávky v Praze-Troji Fig. 11 Loading test of the Prague-Troja pedestrian bridge Obr. 12 Ohyb nosníku a lana: a) rovnoměrné zatížení, b) pokles podpěry Fig. 12 Bending of the beam and cable: a) uniform load, b) deflection of support H λ = EI q g q = H H g Ohybové namáhání lana od osamělého břemene není velké a obvykle neovlivňuje návrh konstrukce (obr. 11). Naopak, ohybové namáhání u podpěr dosahuje značných hodnot a podstatně ovlivňuje návrh konstrukce. Předpjatý pás není schopen toto namáhání přenést. Proto se konstrukce u podpěr lokálně zesiluje a nebo se zde naopak vytváří kloub. Potom je však ohybovým momentem namáhán nosný kabel. Je nutné si uvědomit podstatný rozdíl mezi namáháním nosníku a lana. Na obr. 12 je porovnáno ohybové namáhání nosníku a lana s rozpětím 99 m. Na obr. 12a je uvedeno namáhání od rovnoměrného zatížení, na obr. 12b od poklesu podpěry. Zatímco od rovnoměrného zatížení je ohybové namáhání lana jen zlomkem namáhání nosníku, od poklesu podpěr naopak vzniká v laně více než dvojnásobné namáhání. Zanedbání této skutečnosti spolu s nesprávně navrženými detaily vedlo v roce 1980 ke zřícení vnějších oblouků Berlínské kongresové haly, která byla postavena v roce 1957 [4]. Konstrukci haly tvořila skořepina tvaru hyperbolického paraboloidu, která byla podepřena kruhovým prstencem (obr. 13). Vně střechy byly vytvořeny skloněné oblouky zavěšené na kruhovém prstenci. Zavěšení bylo tvořeno táhly z předpjatého pásu. Vlivem teplotních změn docházelo k svislému výkyvu skloněných oblouků. Předpjatý pás tak byl namáhán jako pás zatížený svislými poklesy podpěr. Poklesy vyvolaly ohybové namáhání podobné namáhání uvedenému na obr. 12b. Vzhledem ke skutečnosti, že vlivem technologie stavby nebyly spáry mezi obloukem a pásem předepnuty, vznikla ve spáře trhlina. Při nedostatečné izolaci došlo ke korozi výztuže a následně ke zřícení oblouků. Hala podobného tvaru, ale jiného statického působení, byla znovu postavena v roce 1987 viz dále. Obr. 13 Původní kongresová hala v Berlíně: a) konstrukční uspořádání, b) příčný řez konstrukcí Fig. 13 Original congress hall in Berlin: a) structural arrangement, b) cross section of the structure K ONSTRUKCE JEDNODUCHÉ KŘIVOSTI Visuté konstrukce jednoduché křivosti jsou tvořeny jednoduchou válcovou plochou vlastně širokým předpjatým pásem. Protože průvěs pásu je poměrně malý, jeho tvar se blíží parabole druhého stupně. Aby bylo usnadněno odvodnění, je válcová plocha podélně skloněna, nebo v podélném směru konstrukce sleduje konvexní křivku (obr. 19). Nosné kabely jsou obvykle kotveny v hlavicích sloupů. Vodorovná síla je z kotevních bloků přenášena do základů buď jako u visutých mostů vnějšími skloněnými kabely (obr. 14a), nebo ohybovou tuhostí sloupů (obr. 14b). Lze také navrhnout tzv. samokotvený systém. V tomto případě jsou hlavice sloupů vzájemně spojeny ohybově tuhým nosníkem, který přenáší vodorovnou sílu do tlačených prvků spojujících protilehlé strany. Tlačený prvek může být tvořen vzpěrou a nebo obloukem. Vzpě- B ETON TECHNOLOGIE KONSTRUKCE SANACE 5/

16 S TAVEBNÍ KONSTRUKCE STRUCTURES ra je obvykle spojena s taženým předpjatým pásem, který zajišťuje její stabilitu (obr. 15a). Oblouk bývá situován na vnějších okrajích střechy a je spojen sloupy se základy (obr. 15b). Sloupy brání vybočení oblouků, proto může být oblouk velmi štíhlý. Je samozřejmé, že obvykle jsou v konstrukcích uvedené základní systémy vzájemně kombinovány. Následující příklady ukazují, že i velmi jednoduchá konstrukce může být architektonicky a konstrukčně rozmanitá a zajímavá. Plavecký stadion ve Wuppertalu, Německo První moderní visutá konstrukce, která byla postavena v roce 1956, byla navržena kanceláří Prof. Leonhardta [1] (obr. 16). Konstrukci střechy s rozpětím Obr. 17 Plavecký stadion ve Wuppertalu: a) řez skořepinou, b) příčný řez konstrukcí, c) podélný řez konstrukcí Fig. 17 Wuppertal Swimming pool: a) section of the shell, b) cross section of the structure, c) longitudinal section of the structure Obr. 14 Konstrukce jednoduché křivosti konstrukční uspořádání Fig. 14 Structures of single curvature structural solution 65 m tvoří skořepina tloušťky pouhých 57 mm (obr. 17). Skořepina je příčně a podélně předepnuta. Střecha je podepřena skloněnými příčnými rámy podporujícími hlediště. V místě vetknutí skořepiny do příčných rámů je skořepina zesílena a vytváří tak skloněný ztužující nosník. Protilehlé rámy jsou spolu vzájemně spojeny příčnými vzpěrami podporujícími dno bazénu. Tahová síla je z nosných kabelů a skořepiny přenášena do základů jednak ohybovou únosností příčných rámů, jednak skloněným nosníkem do koncových obloukových žeber podporovaných štíhlými betonovými sloupy. St. Jakob Sportovní hala v Baselu, Švýcarsko Podobná konstrukce s rozpětím 90 m byla postavena v roce 1977 v Baselu [5] (obr. 18). Střechu tvoří visutá skořepina tloušťky 75 mm. Je provedena z lehkého betonu objemové hmotnosti Obr. 15 Samokotvené konstrukce jednoduché křivosti konstrukční uspořádání Fig. 15 Self anchored structures of single curvature structural solution 1700 kg/m 3. Střecha je nesena a předepnuta lany průměru 0,5 po 300 mm rovnoměrně situovanými po šířce konstrukce. Konstrukce byla betonována v pruzích šířky 10 m na příčně přesuvné skruži. Po třech dnech byla předpínací lana napnuta tak, že nesla jenom vlastní tíhu skořepiny. Po vybetonování všech pruhů byla předpínací výztuž dopnuta na požadované napětí. Teprve tehdy byla střecha předepnuta. Sportovní hala v Dortmundu, Německo Sportovní hala postavená v roce 1958 v Dortmundu [1] tvoří čistý konstrukční systém (obr. 19). Střecha s rozpětím 80 m je tvořena předepnutými visutými žebry, které podporují prefabrikované desky tloušťky 50 mm. Žebra tloušťky 120 mm byla sestavena z lehkých prefabrikovaných prvků sestavených na jednoduché skruži. Předpínací kabely jsou Obr. 16 Plavecký stadion ve Wuppertalu Fig. 16 Wuppertal Swimming pool 14 B ETON TECHNOLOGIE KONSTRUKCE SANACE 5/2005

17 S TAVEBNÍ KONSTRUKCE STRUCTURES Obr. 18 St. Jakob Sportovní hala v Baslu příčný řez konstrukcí Fig. 18 St. Jakob sport hall in Basel cross section of the structure Obr. 19 Sportovní hala v Dortmundu: a) příčný řez konstrukcí, b) podélný řez konstrukcí, c) příčný řez střechou Fig. 19 Sport hall, Dortmund a) cross section of the structure, b) longitudinal section of the structure, c) cross section of the roof Obr. 20 Hangár na letišti ve Frankfurtu Fig. 20 Hangar at Frankfurt airport kotveny v zesílených okrajových nosnících, které jsou podpírány dvojicemi skloněných sloupů. Žebra jsou kloubově připojena k okrajovým nosníkům. Tahová síla ze střechy je přenášena do základů skloněnými předpjatými táhly. Obr. 21 Hangár na letišti ve Frankfurtu: a) podélný řez konstrukcí, b) konstrukční řešení střechy, c) příčný řez předpjatým pásem, d) příčný řez konstrukcí Fig. 21 Hangar at Frankfurt airport: a) longitudinal section of the structure, b) structural solution of the roof, c) cross section of the stress ribbon, d) cross section of the structure Hangár na letišti ve Frankfurtu, Německo Střechu hangáru postaveného na frankfurtském letišti v roce 1970 tvoří deset visutých pásů o dvou polích s rozpětími 135 m [6] (obr. 20). Mezi visutými pásy jsou situovány světlíky osvětlující vnitřní prostory hangáru. Visuté pásy jsou podporované středním komorovým nosníkem s rozpětím 102 m a jsou vetknuty do krajních trojúhelníkových příčných rámů (obr. 21). Předpjaté pásy z lehkého konstrukčního betonu, které jsou 7,5 m široké, mají průřez tvaru písmene U. Jsou tvořeny okrajovými žebry a deskou tloušťky 86 mm. Předpjaté pásy jsou neseny a předepnuty předpínacími tyčemi Dywidag průměru 26 mm. Protože z provozních hledisek bylo nutno deformace předpjatého pásu omezit na max. 400 mm, byl každý předpjatý pás ve čtvrtinách rozpětí spojen s vodorovným ocelovým táhlem omezujícím svislé deformace. Střední komorový nosník byl betonován na terénu a následně byl vytažen do projektované polohy, předpjaté pásy byly postupně betonovány na lehké skruži. Prof. Ing. Jiří Stráský, CSc., P.E. VUT Stavební fakulta Veveří 95, Brno tel.: , fax: STRÁSKÝ, HUSTÝ A PARTNEŘI, s. r. o. Bohunická 50, P. B. 641, Brno tel.: , fax: j.strasky@usa.net Dokončení článku v 6. čísle časopisu Literatura: [1] Leonhardt F.: Prestressed Concrete. Design and Construction, Wilhelm Ernst & Sons, Berlin1964 [2] Schlaich J., Kordina K., Engell H.: Teileinsturz der Kongreßhalle Berlin Schadensursachen Zusammenfassendes Gutachten, Beton-und Stahlbetonbau 12/1980 [3] Strasky J.: Stress Ribbon and Cable Supported Pedestrian Bridges, Thomas Telford Publishing, London 2005 [4] Lin T. Y., Burns N. H.: Design of Prestressed Concrete Structures. John Wiley & Sons, New York 1981 [5] Bachmann H.: Prestressed concrete in building construction. Prestressed concrete in Switzerland. Schweizerische Bauzeitung 14, 1978 [6] Festschrift U. Finsterwalder, 50 Jahre für Dywidag,Verlag G. Braun, Karlsruhe 1973 B ETON TECHNOLOGIE KONSTRUKCE SANACE 5/

18 S TAVEBNÍ KONSTRUKCE STRUCTURES I N T E G R O V A N Á STAVEBNÍ A E N E R G E T I C K Á T E C H N O L O G I E B U D O V Y S VOBODNÉ U N I V E R Z I T Y V BR I X E N U I N T E G R A T E D E N E R G Y AND C O N S T R U C T I O N TECHNOLOGY I N THE FREE UNIVERSITY OF B R I X E N B U I L D I N G K ONRAD BERGMEISTER, V LADIMÍR ČERVENKA Železobetonová konstrukce Svobodné university v Brixenu je postavena bez dilatačních spár a šetří energii s pomocí termoaktivních stropních desek. Pro posouzení vhodnosti použité technologie bylo využito počítačové simulace chování nosné konstrukce. A reinforced concrete structure of Free University of Brixen was built without expansion joints. Thermo-active floors are installed to save heating energy. Computer simulation was applied to check the feasibility of the structure. Elegantně a prostě vyhlíží nová budova Svobodné univerzity v Brixenu navržená architekty Reginou Kohlmayer a Jensem Oberstem ze Stuttgartu. Autorem energetické koncepce budovy je Ingenieurbüro Prof. Gerhard Hausladen, nosnou konstrukci navrhl Ingenieurteam Bergmeister a počítačová simulace nosné konstrukce byla provedena firmou Červenka Consulting z Prahy. Jednotlivé funkce budovy jsou v návrhu zřetelně rozlišeny, materiály a tvary vycházejí z jasně strukturované prostorové představy, prosvětlená atria, Obr. 2 Tuhá výztuž skryté hlavice sloupu z ocelových roštů s navařenými smykovými trny Fig. 2 A welded steel column head inside the plate chodby a arkády sledují atmosféru Starého města v Brixenu, jeho úzkých uliček a podloubí. Ve čtvercovém dispozičním řešení budovy lze rozeznat podobnost s vídeňským Hofburgem (obr. 1). Čtvercový objekt sestává z vnějšího prstence s průhlednou fasádou a vnitřního jádra s dílčími budovami. V prstenci se nacházejí místnosti administrativy, učebny a pracovny, tedy prostory využívané k delšímu pobytu osob. V centrálním jádru jsou umístěny: velká posluchárna pro 500 osob, tělocvična, knihovna, menza a studovny. Dominantní schodišťové prostory jsou, po vzoru starých škol, místem k setkávání a komunikaci, jednak uprostřed budovy, a jednak v rozích vnějšího prstence. Významných prvkem návrhu bylo použití pohledového betonu. Recepturu složení betonové směsi a program kontroly jakosti navrhlo Ingenieurbüro Prof. Schiessel, Gehlen, Sodeikat. Energetická koncepce budovy počítá s využitím fasád Obr. 1 Fig. 1 a termoaktivních stropů k udržování optimální teploty ve vnitřních prostorách školy. Zvláštní pozornost je věnována vnějšímu plášti budovy ze skla s automatickým ovládáním zastínění. Povrch skla je speciálně strukturován, což vyniká esteticky a slouží i jako ochrana proti Tab. 1 Tab. 1 Půdorysné schéma 1. NP The plan of the 1st floor Hodnoty zatížení Design loads Nahodilé zatížení Využití plošné [kn/m 2 ] soustředěné [kn] Garáže Obchod a knihovna Přednáškové sály a menza 5 4 Technické prostory a knihovna 7, B ETON TECHNOLOGIE KONSTRUKCE SANACE 5/2005

19 S TAVEBNÍ KONSTRUKCE STRUCTURES slunečnímu záření. Celoskleněná fasáda z SSG (Structural Sealand Glazing) je uchycena na ocelovém roštu pomocí lepených i mechanických spojů, které slouží též k tlumení okolního hluku. Materiály jsou použity s ohledem na funkci příslušného stavebního prvku jednak, aby zdůraznily historický rámec okolního prostředí a jednak, aby se neztratil jejich přírodní původ. Tomu záměru odpovídá široké využití pohledového betonu na stěnách a stropech v chodbách, schodištích a posluchárnách. Při tom byl pečlivě uvážen způsob bednění a umístění kotev předpínacích kabelů. Některé povrchy stěn jsou opatřeny filcovým materiálem, což vytváří příjemnou atmosféru jak akustickým tlumením, tak nenásilně vzniklým prostorem pro nástěnné pracovní plochy a zprávy. Některé podlahy jsou z leštěného kamene, jiné z korku a klasického linolea. P ROJEKT Vnější objekt ve tvaru čtvercového prstence o délce strany 74 m byl proveden jako monolitický celek bez dilatačních spár. Proto bylo třeba uvažovat jak účinky vnějšího zatížení, tak účinky vynucené dotvarováním, smršťováním a teplotou, a tomu odpovídající uspořádaní výztuže. V prostoru dvora jsou umístěny objekty rámových konstrukcí s rozpony 13,2 až 19 m. Návrhové hodnoty plošného a soustředěného nahodilého zatížení jsou uvedeny v Tab. 1. Pro základovou konstrukci budovy je použita souvislá deska se zesílením v místě sloupů. Celá konstrukce podzemních podlaží je uzavřená vodotěsná vana s žebrovými stěnami. V nadzemních podlažích jsou bodově podepřené deskové stropy vyztužené v rozích Obr. 3 Svislý řez vnitřní budovou s rozměry a zatížením Fig. 3 A vertical section of frame with dimensions and loading Obr. 4 Výsek rámového rohu pro nelineární analýzu okolí kotevní oblasti s rozměry a zatížením Fig. 4 A frame corner including a pre-stress anchor used for non-linear analysis schodišťovými šachtami. Hlavice desek nad sloupy jsou proti propíchnutí zesíleny pomocí svařených ocelových roštů vložených do betonové desky (obr. 2). Čtyři vnitřní rámové objekty jsou provedeny z monolitického betonu se stropními deskovými nosníky. Vzdálenost rámů je 2,65 m. V případech větších rozpětí, 12 a 18 m, bylo pro rámové nosníky použito dodatečné předpětí (obr. 3 a 4). Pro výpočet a optimalizaci těchto velmi štíhlých rámových konstrukcí byla použita nelineární analýza pomocí programu ATENA, [1] a [2], jejímž cílem bylo optimální řešení předpínacích prvků. Pro účely výpočtu byl uvažován rámový výsek (obr. 4), jehož vhodnost byla ověřena předchozím výpočtem celého rámu. V numerickém modelu byla měkká výztuž modelována pomocí diskrétních prutů (hlavní vložky) i rozetřené výztuže (třmínky) a předpínací kabely diskrétními pruty. Výpočet byl proveden jak ve 2D, tak 3D prostředí. Ve 2D byla betonová konstrukce modelována ve stavu rovinného napětí, ve 3D ve stavu obecné prostorové napjatosti. Zajímavým zjištěním byla redukce šířky trhlin ve 3D výpočtu oproti 2D. Šířka trhlin při plném nahodilém zatížení ve 3D výpočtu vyšla 0,28 mm (obr. 5), zatímco ve 2D výpočtu tato byla 0,55 mm. Charakter nosného chování konstrukce je patrný z průběhu závislosti zatížení průhyb uprostřed rozpětí na obr. 6. Až do dosažení užitného zatížení se konstrukce chová téměř lineárně. Při dvojnásobku užitného zatížení dochází k lokálnímu porušení následovanému velkým nárůstem deformací a zpevněním. Konstrukce vykazuje značnou deformační schopnost a při konečném porušení dosahuje průhyb hodnoty 300 mm (1/60 rozpětí). Zvláštní pozornost byla věnována kotevní oblasti předpínacích kabelů. Její návrh byl početně posouzen pomocí dvou modelů, lineárně podle příhradové analogie a nelineárně programem ATENA. Kotevní oblast byla opatřena dvojitými Obr. 5 Grafické výsledky nelineární analýzy výseku rámového rohu (deformace konstrukce) s barevným vyznačením šířky trhlin Fig. 5 Non-linear analysis results, deformations, crack width in colour B ETON TECHNOLOGIE KONSTRUKCE SANACE 5/

20 S TAVEBNÍ KONSTRUKCE STRUCTURES třmeny se vzdáleností cca po 80 mm (obr. 7 a 8). Uložení výztuže i betonu a jeho následné ošetření byla věnována náležitá pozornost, neboť práce probíhaly v letních i zimních měsících. Doba odbednění byla stanovena na základě doprovodných zkoušek vzorků betonu. Pro zimní betonáž byly stanoveny tři teplotní režimy (do +5 C, od +5 do 3 C, od 3 do 10 C). Při teplotách nižších než 10 C nebyla betonáž povolena. Po odbednění byla prováděna měření geometrie konstrukcí a zjišťovány průhyby a tolerance vzhledem k projektu, přičemž tyto nepřesáhly nikde 20 mm. Největší průhyby se podle očekávání vyskytly na okraji konzolových desek. Na základě provedené analýzy měření byly stanoveny následující příčiny průhybů: nepřesnosti výroby bednění ukládání a tvrdnutí betonu dotvarování a smršťování betonu tahová odolnost, modul pružnosti betonu. Obr. 7 Vyztužení kotevní oblasti předpínací výztuže Fig. 7 Reinforcement of an anchor zone Obr. 6 Výsledky nelineární analýzy konstrukce na diagramu závislosti zatížení průhyb uprostřed rámového nosníků Fig. 6 The loaddisplacement diagram resulting from non-linear analysis Podle materiálových zkoušek provedených na TU v Mnichově byl modul pružnosti E = 24 GPa a 29 GPa, tedy nižší než by odpovídalo pevnostem v tlaku 42 MPa a 47 MPa, což bylo zřejmě způsobeno vysokým obsahem cementu. P OHLEDOVÝ BETON Pro zajištění kvality pohledového betonu byla zvolena vhodná bednící technologie a projekt přesného uspořádání bednicích desek. Dobrá kvalita povrchu byla výsledkem vhodně zvoleného složení betonu a jeho ošetřování. Pro pohledový beton v současnosti v Německu nejsou závazné normy, kromě zpravodaje [4], který v roce 2004 přinesl informace pracovní skupiny Pohledový beton [5], Německého betonářského spolku. V Rakousku vyšla norma ÖNORM B2211 v roce 2002 a současně Pravidla pro pohledový beton, které se podrobně zabývají výrobou pohledového betonu, vlivy na jeho kvalitu, strukturu, pórovitost, bednění, pracovní spáry apod. [6]. Pro vzhled pohledového betonu je určující vrchní vrstva o tloušťce asi 100 µm, a proto musí být náležitá pozornost věnována povrchu betonu, bednění a separační vrstvě. Přitom se mohou vyskytnout následující problémy: rozdílná nasákavost přilehlých povrchů způsobuje cementové skvrny, proměnlivý obsah vody způsobený nedostatečnou kontrolou, prokreslení výztuže z důvodu nedostatečného zhutnění, separace jemných a hrubých zrn kameniva, barevné změny povrchu, mohou být způsobeny nevhodným separátorem bednění a jeho nerovnoměrným nanesením, nebo nečistotami od rzi, kapsy na povrchu z důvodu nedostatečného zhutnění. T ERMOAKTIVNÍ STROPY Úlohou termoaktivních stropů je regulace teploty jak pro vytápění, tak pro chlazení. Systém automaticky reaguje na venkovní teplotní poměry a reguluje teplotu jednotlivých prostor podle stanoveného programu. Termostaty ovládají ventily vytápění/chlazení i clony zastínění proti slunečnímu záření pomocí elektronického IEB-BUS. V termoaktivních stropech probíhají mezi spodní a horní výztuží trubky. Poloha trubek musí být pečlivě dodržena a při betonáži nesmí být tyto poškozeny (obr. 9). Betonové desky jsou vyhřívány a slouží jako zásobník tepla. Vzhledem k malým teplotním diferencím jsou pro termoaktivní stropy vhodné přírodní zdroje chlazení, jako studené prame- Obr. 8 Měkká a předpínací výztuž rámových nosníků Fig. 8 Normal and pre-stressed reinforcement of frame girders 18 B ETON TECHNOLOGIE KONSTRUKCE SANACE 5/2005