1 Nosné konstrukce vícepodlažních panelových budov

Transkript

1 1 Nosné konstrukce vícepodlažních panelových budov Rozsáhlá výstavba obytných domů panelovou technologií probíhala zejména v letech 1957 až 1992, přičemž největší intenzity dosahovala v 70. a 80. letech minulého století. V uvedeném období bylo postaveno více než 80. tisíc panelových domů, převážně čtyř až osmipodlažních a v menším rozsahu dvanáctipodlažních, výjimečně byly také realizovány výškové budovy s 20 podlažími. V těchto budovách bylo celkem postaveno 1,165 milion bytů, tj. cca 30 % všech bytů v ČR (obr. 1.1). Obr. 1.1 Pohled na dvacetipodlažní panelovou budovu (T 06 B) po rekonstrukci obvodového pláště a deskový dvanáctipodlažní panelový bytový dům (T 08 B) Příčné uspořádání nosných stěn, které se uplatnilo v panelové výstavbě, otevřelo cestu novému pojetí a uspořádání nosného systému, vycházející z principu Le Corbusierova systému Domino (1914). Příčné uspořádání nosných stěn umožnilo, na rozdíl od tradičních zděných systémů s podélným uspořádáním nosných stěn, otevření obvodových konstrukcí a vytváření průčelí s průběžnými pásy oken a parapetů. Současně však příčné uspořádání nosných stěn omezilo propojování sousedních travé, např. v rámci bytu pouze dveřními otvory. Tato vlastnost příčného uspořádání nosných panelových stěn je v současnosti do určité míry překážkou při modernizaci a dispozičních úpravách bytů v souladu se současnými individuálními požadavky na volnější dispoziční a provozní propojení sousedních travé (obr. 1.2). Obr. 1.2 Schéma deskostěnové prefabrikované (panelové) konstrukce s příčným uspořádáním nosných stěn a ztužující stěnou v podélném směru 5

2 1.1 Základní charakteristiky vybraných panelových stavebních soustav Panelové budovy byly realizovány v 9 až 14 základních stavebních soustavách a v řadě tzv. krajských materiálových variant (cca 67). Stáří panelových domů se v závislosti na roku výstavby pohybuje cca od 20 let do 50 let, tzn., že dosahují cca 25 až 70 % předpokládané účetní životnosti (75 až 85 let). Nejvyšší podíl na výstavbě vícepodlažních panelových staveb mají především stavební soustavy G 57, T 06 B, T 08 B, VVÚ ETA, Larsen-Nielsen, B 70, PS 69, HK 60, BANKS, jejichž stručná charakteristika a vybrané příklady konstrukčních detailů jsou uvedeny v následující kapitole. Nosná konstrukce prefabrikovaných stěnových systémů je vytvořena vzájemným spojením jednotlivých prefabrikovaných stěnových a stropních dílců ve stycích. Prostorovou tuhost a stabilitu systému zajišťují stěny rozmístěné v příčném a podélném směru. Charakteristickým prvkem konstrukčního systému je nosná stěna vytvořená z velkoplošných stěnových dílců. Nosné stěny jsou převážně uspořádané v příčném směru budovy. Systémy s podélně nebo obousměrně uspořádanými nosnými stěnami jsou méně častým případem (obr. 1.3). Obr. 1.3 Charakteristické uspořádání svislé nosné konstrukce prefabrikovaných stěnových systémů 6

3 Ze statického hlediska jsou prefabrikované stěnové konstrukce charakteristické relativně velkou tuhostí srovnatelnou s monolitickými konstrukcemi a relativně nižší pevností ve stycích nosných dílců. Malé deformace systému (jako celku, jednotlivých dílců nebo styků) jsou v pružném stavu provázeny vznikem vysokých hodnot namáhání. Z tohoto hlediska jsou zvláště závažné účinky vynucené deformace (přetvoření), způsobené především účinky změny tvaru základové spáry, účinky teploty, vlhkosti a dotvarování. Proto je nutné vhodným uspořádáním skladby, konstrukčním řešením dílců a styků snížit závažnost uvedených vlivů a účinků na přípustnou hodnotu. Funkci nosných stěn plní též štítové a dilatační stěny, případně i stěny průčelní (obvodové) nebo vnitřní podélné. Podélné stěny jsou zpravidla situovány do míst, kde přebírají současně i zvukoizolační funkci, tj. např. mezi jednotlivými byty, mezi schodištěm a ostatními prostorami. Počet podélných tzv. ztužujících stěn je závislý na výšce budovy, půdorysném tvaru a způsobu jejich spřažení spolupůsobení s ostatní konstrukcí. Realizované prefabrikované stěnové konstrukce jsou charakteristické příčným uspořádáním nosných stěn, zpravidla umístěných v osové vzdálenosti mm až mm. Panelové soustavy s osovou vzdáleností příčných stěn mm až mm jsou označovány jako malorozponové soustavy, se vzdáleností příčných stěn mm (výjimečně mm) jako soustavy středněrozponové. Nedostatkem stěnových systémů s příčně orientovanými stěnami je obtížné sdružování sousedních travé, oddělených nosnou stěnou. Tato vlastnost omezuje použití stěnových systémů s příčně nosnými stěnami převážně na bytové stavby, popř. hotely, ubytovny, koleje apod., a představuje závažnou překážku při alternativním uspořádání vnitřních prostorů při změně funkce nebo provozu. Poloha nosných stěn vymezená rozpony stropní konstrukce současně určuje i dispoziční členění vnitřních prostorů. Zpravidla jakékoliv zásadní změny např. v uspořádání bytů, vytváření větších prostorů, sdružování sousedních travé vyžadují komplikované úpravy a zásahy do nosné konstrukce. Předností stěnového systému s příčným uspořádáním stěn je možnost využít plošné hmotnosti nosných stěn (min. 350 kg/m 2 ) při zajištění vzduchové neprůzvučnosti dělicích konstrukcí (stěny) např. mezi sousedními byty. Nekvalitní dílce, nedodržování technologických pravidel a požadavků při výstavbě panelových domů spolu s projektovými vadami typových podkladů zapříčinily řadu vad a poruch, snižujících kvalitu realizovaných panelových domů (obr. 1.4). Řada vad a poruch panelových staveb byla také zapříčiněna nedostatečnými znalostmi o těchto konstrukcích, a v neposlední řadě zaostáváním teorie v oblasti konstrukčně statické a stavebně fyzikální problematiky. Největší podíl na řadě poruch panelových domů má vadné řešení obvodových konstrukcí, lodžií a zejména neznalost a podcenění nesilových účinků teploty a vlhkosti. Provedení oprav, sanace a regenerace panelových domů v závislosti na jejich stáří, rozsahu a výskytu vad a poruch umožňuje dosáhnout v současnosti požadované kvality bydlení, snížení energetické náročnosti, zlepšení architektonického výrazu a zejména vytvořit předpoklady pro dosažení plné životnosti panelových budov, tj. min. 75 až 85 let (obr. 1.5). Lze oprávněně předpokládat, že náklady na uvedenou sanaci a regeneraci v závislosti na jejich rozsah, přepočtené na jednu bytovou jednotku, se budou převážně pohybovat pod 20 % současné pořizovací ceny bytu odpovídající velikosti. 7

4 Obr. 1.4 Příklady nekvalitních dílců a provedení panelových konstrukcí a) prosekaný otvor ve stropním panelu, narušená krycí vrstva výztuže; b) poškození povrchové úpravy, velké tolerance rozměrů dílců obvodového pláště, poškozené rohy a okraje dílce; c) porušení panelu vnitřní konstrukce, způsobené neodbornou manipulací s dílcem; d) velký rozsah narušení zhlaví stěnových dílců; e) osazení narušeného stropního dílce, různý průhyb stropních dílců 8

5 Obr. 1.5 Příklad obnovy panelových domů Základní panelové soustavy [1] G 57 (severočeská varianta) Modulová vzdálenost příčných stěn mm. Konstrukční výška podlaží mm. Nosné vnitřní konstrukce stěny ze škvárobetonových panelů tl. 200 mm, později betonové panely tl. 160 mm; stropní železobetonové plné dílce tl. 100 mm. Nosné štítové stěny celostěnové vícevrstvé dílce tl. 240 mm ve skladbě venkovní omítka, nosná betonová, železobetonová nebo škvárobetonová vrstva tl. 140 mm, pazderobeton tl. 85 mm, vnitřní omítka; celostěnové sendvičové dílce tl. 240 mm ve skladbě venkovní železobetonová vrstva 50 mm, tepelně izolační vrstva (skelná vata nebo mofoterm) v tl. 60 mm, vnitřní nosná železobetonová vrstva tl. 130 mm; štíty byly u většiny staveb dodatečně zatepleny přizděním izolační přizdívky z pórobetonových tvárnic tl. 70 mm. Obvodový plášť průčelí samonosný (částečně nosný), sestavený z celostěnových dílců tl. 240 mm ve dvou variantách skladby jako u štítových stěn, pouze s menší tl. pazderobetonu (60 mm) a větší tl. omítek. Lodžie zapuštěné, ocelové zábradlí s drátosklem, lodžiová podélná stěna shodné skladby jako stěna štítová nebo lehké dřevěné konstrukce. Spodní stavba (suterén) montovaná nebo monolitická, strop montovaný. Schodiště dvouramenné, montované. Příčky železobetonové tl. 80 mm. Bytová jádra lehké sendvičové konstrukce se stěnami ze sololitu a jádra z lisovaného papíru. 9

6 Období výstavby: Obr. 1.6 Konstrukční řešení a charakteristické detaily stavební soustavy G 57 10

7 T 06 B (středočeská varianta) Výška zástavby 4, 8 a 13 podlaží. Modulová vzdálenost příčných stěn mm. Konstrukční výška podlaží mm. Nosné vnitřní konstrukce stěny ze železobetonových nebo betonových celostěnových dílců s konstrukční výztuží tl. 150 mm (řadové domy) nebo 200 mm (věžové domy); stropní železobetonové plné dílce tl. 120 mm. Nosné štítové stěny jednovrstvé celostěnové keramzitbetonové dílce tl. 310 mm. Obvodový plášť průčelí jednovrstvé celostěnové nenosné keramzitbetonové dílce tl. 270 mm; sendvičové celostěnové samonosné dílce tl. 320 mm; jednovrstvé parapetní křemelinové dílce tl. 200 mm, zavěšené na příčných nosných stěnách; sendvičové parapetní železobetonové dílce tl. 200 mm, zavěšené na příčných nosných stěnách; meziokenní vložky z dřevěných rámů a desek s tepelnou izolací. Lodžie zapuštěné nebo polozapuštěné; balkony zavěšené. Spodní stavba (suterén) montovaná. Schodiště dvouramenné, montované. Příčky železobetonové dílce tl. 60 mm a 80 mm. Bytová jádra B 3 a B 10M. Střecha plochá jednoplášťová nebo dvouplášťová. Realizace budov se zapuštěným suterénem montovaným (5 NP) nebo částečně zapuštěným suterénem montovaným (5, 9, 14 NP). T 06 B (severočeská varianta) Od středočeské varianty se liší především: Nosné vnitřní stěny betonové (u vyšších budov železobetonové) tl. 140 mm Nosné štítové stěny vrstvené celostěnové dílce tl. 320 mm s tepelnou izolací z plynosilikátu; sendvičové celostěnové železobetonové dílce tl. 290 mm s tepelnou izolací z polystyrenu. Obvodový plášť průčelí samonosné vrstvené celostěnové dílce tl. 240 mm s tepelnou izolací z plynosilikátu; sendvičové celostěnové železobetonové dílce tl. 220 mm (240 mm) s tepelnou izolací z polystyrenu. Schodiště 14podlažní věžový dům stavěný podle typového projektu má jednoramenné ocelové schodiště. Střecha plochá jednoplášťová s tepelnou izolací z plynosilikátových tvárnic nebo panelů, později dvouplášťová, tvořená železobetonovými deskami s tepelnou izolací z minerálních rohoží. T 06 B (jihočeská varianta) Od středočeské varianty se liší především: Nosné vnitřní konstrukce nosné stěny z železobetonových plných panelů o tloušťce 140 mm z betonu B II (B 170) nebo B III (B 250), stropní dílce jsou železobetonové plné tloušťky 120 nebo 140 mm. Obvodový plášť průčelí dvouvrstvé parapetní keramické dílce tl. 300 mm; jednovrstvé parapetní křemelinové dílce tl. 200 mm, zavěšené na příčných nosných stěnách. Štítové stěny křemelinové panely tloušťky 200 mm, zavěšené na železobetonové panely tl. 140 mm, keramické panely tl. 300 mm. Balkony zavěšená ocelová konstrukce (keramický obvodový plášť) nebo vykonzolovaná (křemelinový obvodový plášť) železobetonová deska šířky mm. 11

8 T 06 B (západočeská varianta Karlovy Vary) Od středočeské varianty se liší především: Nosné vnitřní konstrukce stěnové dílce tl. 150 mm pro příčné nosné stěny, stěny podélné zavětrovací a stěny štítové (pro dvouplášťové řešení štítů) tl. 150 mm, beton třídy III (B 250); stropní dílce jsou železobetonové, plné tl. 120 mm, od roku 1980 tl. 150 mm. Obvodový plášť podélné celostěnové keramzitbetonové fasádní prvky tl. 320 mm jsou nesené ocelovými konzolami, nejsou samonosné. T 06 B (západočeská varianta Plzeň) Od středočeské varianty se liší především: Obvodový plášť předsazený obvodový plášť KMV celostěnový, u deskových budov jako skládaný z parapetních pásů a meziokenních vložek. Štítové panely jsou jednovrstvé z keramzitbetonu tl. 290 mm, bez povrchových úprav; u bodových a řadových domů obvodový plášť ze zavěšených panelů z keramzitbetonu tl. 250 mm bez povrchových úprav. Obr Konstrukční řešení a charakteristické detaily stavební soustavy T 06 B 12

9 T 06 B ROZPON mm TL. STROPU 140 mm Obr Konstrukční řešení a charakteristické detaily stavební soustavy T 06 B 13

10 T 08 B Středně rozponová soustava používaná v Praze, středních a severních Čechách Výška zástavby 4 a 8 podlaží (řadové domy); 10 a 12 podlaží (domy věžové). Modulová vzdálenost příčných stěn mm. Konstrukční výška podlaží mm. Nosné vnitřní konstrukce stěny z celostěnových železobetonových nebo betonových dílců s konstrukční výztuží tl. 190 mm; stropní předpjaté železobetonové dutinové dílce tl. 190 mm. Nosné štítové stěny celostěnové dílce keramobetonové tl. 340 mm; celostěnové třívrstvé sendvičové dílce tl. 240 mm (v pozdějších letech výstavby). Obvodový plášť průčelí sendvičové parapetní železobetonové dílce tl. 190 mm; meziokenní vložky sendvičové tl. 190 mm; jednovrstvé celostěnové spínané pórobetonové dílce (v pozdějších letech výstavby). Lodžie předsazené nebo zapuštěné, zábradlí ocelové nebo železobetonové. Spodní stavba (suterén) snížené montované technické podlaží. Schodiště jednoramenné, montované, dvakrát lomené. Příčky třískové desky; pórobetonové dílce tl. 80 mm; sádrokarton; zděné příčky tl. 100 mm a 125 mm. Bytová jádra B 3. SKLADBA STĚNOVÝCH A STROPNÍCH PANELŮ Obr Konstrukční řešení a charakteristické detaily stavební soustavy T 08 B 14

11 Obr Konstrukční řešení a charakteristické detaily stavební soustavy T 08 B 15

12 HK 60 (HK 65) Výška zástavby 5 až 13 podlaží (řadové domy); 10 až 17 podlaží (bodové domy HK 65). Modulová vzdálenost příčných stěn mm a mm. Konstrukční výška podlaží mm. Nosné vnitřní konstrukce stěny z celostěnových železobetonových dutinových panelů tl. 250 mm z betonu B 250 (B 330) mají dutiny průměru 190 mm (excentricky umístěné o 5 mm z osy panelu), krajní stěnové panely jsou o 300 mm delší než vnitřní, v kraji u obvodového pláště mají vytvořeno zhlaví s drážkou pro uložení obvodového panelu, skladebné šířky mm a mm; stropní železobetonové dutinové dílce tl. 250 mm z betonu B 250 mají podélné dutiny a šikmá čela, v horní polovině s větším sklonem čela. Stropní panely jsou vzájemně spojeny v místě závěsných ok spojovací výztuží průměru 12 mm, věncová výztuž je tvořena dvěma profily N10. Charakteristický svislý styk je tvořen hladkou styčnou plochou stěnového panelu. Nosné štítové stěny železobetonové dílce a samonosné sendvičové panely tl. 200 mm. Obvodový plášť průčelí parapetní panely tl. 200 mm; meziokenní vložky tl. 200 mm. HK 65 se od HK 60 liší zejména odlišnou koncepcí obvodového pláště uložením parapetních dílců na ocelové konzoly. Obr Konstrukční řešení a charakteristické detaily stavební soustavy HK 60 a HK 65 16

13 Obr Konstrukční řešení a charakteristické detaily stavební soustavy HK 60 a HK 65 VVÚ ETA Středně rozponová soustava odvozená od soustavy T 08 B. Výška zástavby 4, 8 a 12 podlaží (řadové i bodové domy). Modulová vzdálenost příčných stěn mm a mm. Konstrukční výška podlaží mm. Nosné vnitřní konstrukce stěny z celostěnových železobetonových dílců tl. 190 mm; stropní předpjaté železobetonové dutinové dílce tl. 190 mm. Nosné štítové stěny celostěnové sendvičové dílce tl. 290 mm ve skladbě vnější železobetonová vrstva 60 (50*) mm, polystyren 80 (40*) mm a vnitřní nosná železobetonová vrstva tl. 150 mm. Obvodový plášť průčelí celostěnové spínané pórobetonové dílce; celostěnové sendvičové dílce tl. 240 ve skladbě vnější železobetonová vrstva 60 (50*) mm, polystyren 80 (40*) mm a vnitřní nosná železobetonová vrstva tl. 100 mm. Lodžie předsazené a zapuštěné, zábradlí ocelové a železobetonové. Spodní stavba (suterén). Schodiště jednoramenné nebo dvouramenné montované. Příčky železobetonové dílce tl. 60 mm; pórobetonové dílce tl. 60 mm. Bytová jádra B 6 a B 10. Poznámka: *tloušťka vrstev před revizí soustavy 17

14 VVÚ ETA ROZPON 3 000, mm TL. STROPU 190 mm Obr Konstrukční řešení a charakteristické detaily stavební soustavy VVÚ ETA 18

15 PS 69 (jihočeská a západočeská varianta) Výška zástavby 5 až 9 a 13 podlaží. Modulová vzdálenost příčných stěn mm a mm, později mm. Konstrukční výška podlaží mm. Nosné vnitřní konstrukce stěny z celostěnových železobetonových dílců tl. 150 mm; stropní plné železobetonové dílce tl. 150 mm. Nosné štítové stěny celostěnové kompletizované sendvičové dílce tl. 290 mm. Obvodový plášť průčelí parapetní kompletizované keramické dílce tl. 350 mm. Balkony (lodžie) ocelové zavěšené, později nahrazeny předsazenými lodžiemi. Spodní stavba (suterén) montovaná. Schodiště montované dvouramenné železobetonové, v modulu mm. Příčky železobetonové tl. 80 mm, částečně z desek Orlen tl. 50 mm. Střecha dvouplášťová horní část je z keramických panelů na spádových klínech. b) Obr Konstrukční řešení a charakteristické detaily stavební soustavy PS 69 19

16 PS 69 ROZPON 2 400, 3 600, mm TL. STROPU 140 mm Obr Konstrukční řešení a charakteristické detaily stavební soustavy PS 69 20

17 Západočeská varianta PS 69 se liší zejména tím, že tl. stěnových dílců je 140 mm; nosné štítové stěny jsou sendvičové o tl. 240 mm, později 300 mm; obvodový plášť průčelí je tvořen parapetními jednovrstvými keramzitbetonovými dílci tl. 270 mm v kombinaci s meziokeními vložkami nebo jednovrstvými celostěnovými dílci z keramzitbetonu tl. 270 mm; lodžie jsou polozapuštěné a zapuštěné, podélné lodžiové stěny jsou dřevěné rámové konstrukce tl. 150 mm; příčky jsou též sádrokartonové tl. 86 mm. Střecha je dvouplášťová. Horní plášť střešní konstrukce je ze železobetonových spojitých desek tloušťky 80 mm, uložených na spádové trámky. V rámci západních Čech existovaly dvě varianty Plzeňská varianta nepoužívala svařované styky na rozdíl od Karlovarské. Jihočeská varianta byla shodná s Karlovarskou variantou, co se týká svařování styků. Larsen-Nielsen Výška zástavby do 12 podlaží (řadové i bodové domy). Modulová vzdálenost příčných stěn mm, mm a mm (1. aplikace); mm, mm a mm (2. aplikace). Konstrukční výška podlaží mm. Nosné vnitřní konstrukce stěny z celostěnových železobetonových nebo betonových dílců s konstrukční výztuží tl. 150 mm; stropní plné železobetonové dílce tl. 160 mm. Nosné štítové stěny celostěnové železobetonové sendvičové tl. 260 mm (290 mm v 2. aplikaci) ve skladbě vnější železobetonová vrstva tl. 60 mm, pěnový polystyrén tl. 50 mm (80 mm v 2. aplikaci) a vnitřní železobetonová vrstva tl. 150 mm. Obvodový plášť průčelí celostěnové sendvičové dílce tl. 210 mm (1. aplikace) a 240 mm (2. aplikace); vodorovné i svislé spáry suché a větrané. Lodžie předsazené a zapuštěné. Schodiště dvouramenné montované. Příčky železobetonové dílce tl. 65 mm. Bytová jádra B 6, B 7 a B 9. 21

18 Larsen-Nielsen ROZPON 2 400, 3 600, mm TL. STROPU 160 mm Obr Konstrukční řešení a charakteristické detaily stavební soustavy Larsen-Nielsen 22

19 Obr Konstrukční řešení a charakteristické detaily stavební soustavy Larsen-Nielsen BANKS Výška zástavby 4 a 8 podlaží (řadové domy); 12 podlaží (bodové domy). Modulová vzdálenost příčných stěn mm, mm a mm. Konstrukční výška podlaží mm. Nosné vnitřní konstrukce stěny z celostěnových železobetonových nebo betonových dílců s konstrukční výztuží tl. 150 mm; stropní plné železobetonové dílce tl. 150 mm. Nosné štítové stěny celostěnové železobetonové sendvičové tl. 290 mm ve skladbě vnější železobetonová vrstva tl. 60 mm, pěnový polystyrén tl. 80 mm a vnitřní železobetonová vrstva tl. 150 mm. Obvodový plášť průčelí celostěnové sendvičové dílce tl. 290 mm ve stejné skladbě jako nosné štítové stěny. Lodžie podélné kompletizované dřevěné lodžiové stěny v modulu mm. Příčky železobetonové dílce tl. 80 mm. Bytová jádra B 3 a B 7. Výtahové šachty prostorové železobetonové dílce. Střecha dvouplášťová, ve složení: minerální plsť tl. 100 mm, střešní trámky, střešní desky železobetonové, živičná krytina. Po revizi tepelně technické normy, počátkem 80. let byla zvětšena tloušťka tepelné izolace na min. 140 mm. 23

20 BANKS ROZPON 2 400, 3 600, mm TL. STROPU 160 mm Obr Konstrukční řešení a charakteristické detaily stavební soustavy BANKS 24

21 B 70 Modulová vzdálenost příčných stěn mm, mm a mm. Konstrukční výška podlaží mm. Nosné vnitřní konstrukce stěny z celostěnových železobetonových nebo betonových dílců s konstrukční výztuží tl. 150 mm; stropní plné železobetonové dílce tl. 150 mm. Nosné štítové stěny celostěnové železobetonové sendvičové tl. 270 mm ve skladbě vnější betonová vrstva vyztužená sítí tl. 60 mm, pěnový polystyren tl. 60 mm a vnitřní železobetonová vrstva tl. 150 mm. Obvodový plášť průčelí celostěnové sendvičové dílce tl. 270 mm ve stejné skladbě jako nosné štítové stěny. Lodžie zapuštěné v modulu mm; kompletizované stropní dílce tl. 190 mm; podélné lodžiové celostěnové dílce tl. 200 mm. Příčky železobetonové dílce tl. 80 mm. Bytová jádra B 10. Schodiště jednoramenné, nesené podestami. Soustava používaná v Severočeském kraji, od roku 1979 do roku 1986 výlučně v okresech Ústí nad Labem a Teplice. B 70 ROZPON 2 400, 3 600, mm TL. STROPU 150 mm Obr Konstrukční řešení a charakteristické detaily stavební soustavy B 70 25

22 Obr Konstrukční řešení a charakteristické detaily stavební soustavy B Charakteristika nosného prefabrikovaného systému vícepodlažních panelových budov Základním článkem nosného prefabrikovaného systému vícepodlažních panelových budov je nosná stěna, vytvořená ze stěnových dílců. Prefabrikované stěnové systémy jsou ze statického hlediska charakteristické relativně velkou tuhostí. Malé deformace stěnového systému v porovnání např. se sloupovým systémem, způsobené např. účinky vynucených přetvoření nesilové účinky, účinky změny tvaru základové spáry, vodorovným zatížením větrem jsou v pružném stavu provázeny vznikem vysokých hodnot zejména smykových namáhání ve stycích mezi stěnovými dílci (schéma prefabrikované stěnové konstrukce viz obr. 1.2). Poznámka: Časté povodně v posledních letech poukázaly na nežádoucí důsledky zamokření základového podloží při zatopení terénu povodňovou vlnou, jehož následkem dochází ke změnám geotechnických vlastností základové půdy. Dochází ke snížení výpočtové únosnosti základové půdy a posléze k dodatečnému sedání stavby. Zvláště intenzivní mohou být tyto procesy v oblastech bývalých skládek a úložišť, v oblastech se sprašovými zeminami a v oblastech zvýšeného pohybu povodňové vody vsáklé do podloží (zvyšování pórovitosti vymýváním jemných částic zeminy apod.). Na obr jsou zachyceny panelové stavby, u nichž došlo při povodních v roce 1997 k výraznému podemletí základů, aniž by došlo k havárii nebo významnému narušení celého systému. Uvedené příklady dokládají účinné spolupůsobení vrchní stěnové prefabrikované konstrukce a základové konstrukce. V důsledku tohoto spolupůsobení dochází k redistribuci namáhání přenášených stěnou z oblastí s porušenou kontaktní základovou spárou do oblastí funkčních základů. 26

23 Obr Narušená základová konstrukce čtyřpodlažní panelové budovy při povodních 2002 Pro prefabrikované stěnové systémy je charakteristický mechanismus přetváření a porušování, při němž se stěnové dílce posunují ve stycích porušených trhlinami, tj. v dotykových nebo tzv. kontaktních plochách. V rámci numerické analýzy většinou postačí uvažovat nelineárně pružné chování pouze ve stycích a chování dílců uvažovat jako lineárně pružné, neboť tlaková i smyková namáhání dílců jsou zpravidla podstatně nižší než jejich únosnost na mezi úměrnosti (únosnost v pružné oblasti). Vznik svislých tahových normálových napětí +σ y, účinkem vodorovného zatížení, kterému zpravidla předchází překročení smykové únosnosti svislých styků stěnových dílců, je provázen otevíráním ložných spár. Meznímu stavu konstrukce jako celku předchází porušování styků, konstrukce přechází z lineárně pružného chování do nelineárně pružného až plastického stavu, zpravidla překročením meze úměrnosti ve stycích (obr. 1.16). Spolehlivost a statická bezpečnost prefabrikovaných železobetonových stěnových systémů při působení mimořádných účinků (výbuch, požár, teroristický útok), dynamických a nízkocyklických účinků (technická a indukovaná seismicita, přírodní seismicita) jsou závislé na mechanismu plastického přetváření především styků nosných prefabrikovaných dílců při disipaci energie. V tomto stadiu působení prefabrikovaných nosných stěnových systémů, kdy dochází, zejména ve stycích s jistou mírou duktility, k absorpci energie (stadium plastického působení), je nutné, aby nedošlo k úplnému vyřazení příslušné statické vazby z nosného systému. To předpokládá, aby při disipaci energie převládal mechanismus plastického přetváření v kritických místech nosného systému. V případě prefabrikovaných stěnových systémů mají z tohoto hlediska zpravidla rozhodující úlohu svislé styky prefabrikovaných stěnových dílců namáhané především smykovými silami, vodorovné styky ( stěna strop stěna ) namáhané převážně tlakovými silami a tuhost stropní desky, ve své rovině svazující jednotlivé svislé stěnové prvky v nosný prostorový systém. Z hlediska disipace energie je nutné, při uplatnění mechanismu plastického smyku a přetváření v těchto kritických oblastech, aby nedocházelo k podstatnému snížení tzv. vratné síly a k lokálním nestabilitám. Zásadní úlohu z hlediska disipace energie plastickým přetvářením styků prefabrikovaných dílců má duktilita styků. 27

24 Obr a) Experimentálně stanovené pracovní diagramy svislých styků T x y stěnových dílců při zatížení monotónně vzrůstající smykovou silou [2] a při zatížení opakovanou smykovou silou [3]; b) idealizované pracovní diagramy svislých styků; c) diskrétní a kontinuální vyztužení svislých styků; d) vyztužení v oblasti styku stěna strop stěna Způsob, kvalita a množství vyztužení stropní desky a styků jsou rozhodující pro dosažení potřebné míry duktility nosného systému (obr. 1.17). Prefabrikovaná stěnová konstrukce nedostatečně vyztužená, zejména v rámci stropní tabule (podélné styky mezi stropními dílci, vodorovné 28

25 styky stropních a stěnových dílců), má zpravidla malou oblast pružnoplastických a plastických deformací a není schopna absorbovat alespoň část přetvárné energie, vyvolané např. krátkodobým extrémním účinkem, aniž by došlo ke ztrátě její statické funkce a stability. Obr a) Schéma vyztužení stropní desky výztuží vloženou do styků stropních dílců; b) schéma vyztužení stropní desky výztuží zabudovanou ve stropních dílcích Prefabrikované svislé nosné konstrukce panelových budov Prefabrikované nosné stěny jsou charakteristickou konstrukcí panelových budov. Jsou vytvořeny z jednotlivých stěnových dílců vzájemně spojených svislými a vodorovnými styky, jejichž prostřednictvím dochází k vzájemnému spolupůsobení stěnových dílců. Prefabrikovaná stěnová konstrukce je v běžných případech vyztužena pouze v úrovni vodorovných styků tzv. věncovou výztuží, vloženou do styků stěnových a stropních dílců. Svislá výztuž je zpravidla, až na výjimky, nahrazena podmínkou, podle níž nesmí vzniknout v ložných spárách svislé tahové normálové namáhání. V případě nedostatečné tuhosti svislých styků stěnových dílců, např. svislých styků porušených trhlinami, dochází v těchto stycích k dílčím posunům, které snižují ohybovou tuhost prefabrikované stěny. V těchto případech nelze vyloučit vznik tahových normálových napětí v ložných spárách, provázených vznikem vodorovných trhlin v ložných spárách (obr. 1.18). 29

26 Obr Schematické znázornění normálových napětí v patě panelové stěny v závislosti na tuhosti svislých styků [4] Stabilitu a prostorovou tuhost nosného systému zajišťují nosné prefabrikované stěny, umístěné ve dvou vzájemně kolmých rovinách v příčném a v podélném směru neposuvně spojené prostřednictvím svislých styků a stropních desek, zajišťujících spojitost vodorovné deformace nosného systému při působení vodorovných sil. Nedílnou součástí zajištění tuhosti a celistvosti nosného systému je výztuž vložená do styků stropních dílců a dodržení příslušných zásad skladby stropních a stěnových dílců. Stěnové dílce jsou nejčastěji plné, skladebné tloušťky 120 mm, 140 mm, 150 mm a 160 mm, popř. vylehčené kruhovými svislými dutinami skladebné tloušťky 190 mm a 200 mm. Výška stěnových dílců je závislá na konstrukční výšce podlaží a na řešení styku se stropními dílci. Konstrukční výška podlaží je v převážné většině případů realizovaných panelových budov mm. Maximální rozměr stěnových dílců je omezený výrobními a přepravními možnostmi a především únosností montážních mechanismů. Nejčastěji se používaly dílce s hmotností cca do 5 tun, tj. obvykle šířky do 4,8 m. Stěnové dílce mohou být plné nebo s dveřním otvorem. V některých případech jsou opatřeny ve zhlaví tzv. montážními (osazovacími) šrouby a v patě zápustnými otvory pro osazovací šrouby nižších stěnových dílců. V dílcích mohou být zabudovány trubky pro elektrovodiče. 30

27 Stěnové dílce tl. 140 mm, 150 mm, 160 mm a 190 mm jsou vyrobeny z betonu kvality nejméně B 15 (C 12/15). Ve stavební soustavě HK 60 jsou použity stěnové dílce tl. 250 mm vylehčené otvory 190 mm. V některých případech byly nosné stěnové dílce vyrobeny z lehkých betonů (škvárobeton, struskobeton). Tloušťka stěnových dílců z lehkých betonů je zpravidla větší než 200 mm. Po obvodě jsou stěnové dílce zpravidla vyztuženy svařovanými žebříčky (mřížovinou) z kruhové oceli E 6 12 mm. Pata a zhlaví stěnových dílců mohou být vyztuženy podle potřeby 2 3 žebříčky, vzdálenými od sebe maximálně 0,7 l h nebo 0,7 h j (stěna tl. 150 mm 80 mm; stěnové dílce mohou být v řadě případů vyztuženy pouze po obvodě). Tato základní výztuž je v závislosti na rozměrech a požadované únosnosti dílce doplněna obdobnými svařovanými žebříčky, uloženými svisle a vodorovně max. ve vzdálenostech 400 mm, popř. trojnásobku tloušťky nosného dílce pro výztuž uspořádanou ve vodorovném směru (ČSN EN , čl. 9.6.) (obr. 1.19a). Stěnové dílce jsou opatřeny dvěma zvedacími háky, popř. stavěcími šrouby, z nichž je každý dimenzován na tíhu dílce, zvýšenou dynamickým součinitelem. Nadpraží stěnových dílců s dveřními otvory je dimenzováno jako oboustranně vetknutý nosník. Výztuž nadpraží je oboustranná, řádně kotvená do obou pilířů dílce. Výztuž stěnových dílců panelových konstrukcí realizovaných po roce 1970 byla navrhována podle ČSN Obr a) Schéma vyztužení stěnových dílců podle ČSN ; b) schéma vyztužení stěnových dílců podle ČSN EN ; c) vyztužení nadedveřních překladů Nadpraží působí jako krátký vysoký nosník, často vyztužený hustší armaturou z menších profilů, doplněnou přídavnou (smykovou) výztuží (obr. 1.19c). Podle ČSN EN čl. 97 je potřeba, aby ortogonálně uspořádaná výztuž byla uspořádána v osových vzdálenostech 300 mm (nejvýše dvojnásobek tloušťky stěnového nosníku překladu). Kotevní délka výztuže překladu se uvažuje od hrany otvoru (např. dveřního). Šířka užšího pilířku stěnového dílce s dveřním otvorem je minimálně 250 mm. Pilířek je zpravidla silněji vyztužený (má vyšší procento vyztužení) v porovnání se širším pilířem a s dílcem bez otvoru. Pilířek s větším procentem vyztužení vykazuje zpravidla odlišné vlastnosti z hlediska reologických změn způsobených účinkem smršťování a dotvarování, v porovnání se slabě vyztuženým dílcem nebo širším pilířem. Při tuhém (neposuvném) spojení silně vyztuženého pilířku se slabě vyztuženým sousedním dílcem vznikají ve svislém styku a nadedveřním překladu přídatné smykové síly od reologických účinků (smršťování, dotvarování), které mohou být příčinou porušení přilehlého svislého styku, popř. překladu (obr. 1.20). 31