VÍCEPODLAŽNÍCH B U D O V DEFECTS AND F A I L U R E S OF PREFABRICATED WALL SYSTEMS OF M U L T I- STOREY BUILDINGS

Transkript

1 V ADY A P O R U C H Y P R E F A B R I K O V A N Ý C H STĚNOVÝCH S Y S T É M Ů VÍCEPODLAŽNÍCH B U D O V DEFECTS AND F A I L U R E S OF PREFABRICATED WALL SYSTEMS OF M U L T I- STOREY BUILDINGS J IŘÍ WITZANY Prefabrikované (panelové) stěnové konstrukce přinesly zcela novou kvalitu do konstruování pozemních staveb, která vyžadovala hlubší teoretické znalosti, nahrazení empirie teorií, nahrazení idealizovaných a značně zjednodušených modelů chování konstrukce a jejich částí výstižnými modely konstrukce, modely fyzikálními (materiálovými) a modely zatížení. Vysoká tuhost prefabrikované betonové stěnové konstrukce a z ní vyplývající závažné mechanické stavy napjatosti způsobené zejména nesilovými účinky objemových změn (teplota, vlhkost), účinky změny tvaru základové spáry, reologickými účinky a účinky svislého zatížení jsou nejčastější příčinou poruch, zejména styků dílců charakteristických svojí nedostatečnou poddajností a únosností. Úroveň Popis Rozsah Příklad Tab. 1 Tab. 1 údržba spojená s opravou plánovaná údržba a obnova údržba podle zjištěných skutečností + opravy, smluvní údržba Údržba objektu Maintenance of object obnovení původní funkce po zjištěné poruše pravidelné cykly oprav a obnovy dané projektem údržba a opravy na základě inspekcí k obnovení funkce, zajištění bezpečnosti při užívání a bezporuchového provozu oprava narušených povrchů, trhlin, výměna ventilů, rozbitých oken nátěry povrchů, oken, dveří, obnova reflexních nátěrů plochých střech, výměna podlahových krytin, přetmelení styků a spár opravy zjištěných závad, smluvní údržba výtahů a eskalátorů Prefabricated (precast-panel) wall structures have brought about completely new quality to the design of buildings requiring deeper theoretical knowledge, substitution of empiricism by theory, replacement of idealized and considerably simplified models of the behaviour of structures and their parts by correct models of structures, by physical (material) and loading models. High rigidity of the prefabricated concrete wall structure and resulting serious mechanical stress states due to, above all, non-stress effects of volume changes (temperature, moisture content), the effects of changes in the footing bottom shape, rheological effects and the effects of vertical load are the most frequently occurring cause of failures, particularly of joints of units characterized by their insufficient yield and load-bearing capacity. Rozsah a závažnost vad a poruch jednotlivých panelových objektů jsou významným způsobem ovlivněny zanedbáním základní a včasné údržby a prováděním oprav. Z uvedeného důvodu je třeba předpokládat i odpovídající rozdíly stavebně technického hodnocení jednotlivých panelových objektů provedeného na základě podrobného průzkumu. Prevence před opakovaným výskytem poruch vyžaduje detailní analýzu příčin poruch a navržených řešení. Řada poruch panelových objektů byla zapříčiněna nedostatečnou úrovní znalostí, podceněním řady vlivů a účinků a nesprávnou aplikací empirie. Poznámka: Podle British Standards Institution by prohlídky objektu měly být prováděny ve třech úrovních: průběžné pravidelné prohlídky uživatelem objektu, roční vizuální inspekce části objektu předepsané projektem pod dozorem kvalifikované osoby, pětileté celkové inspekce všech částí objektu kvalifikovanými pracovníky. Vlastní údržba by kromě běžné části byla dána projektem a korigována skutečnostmi zjištěnými během inspekcí. Úroveň údržby je navržena v tab. 1. 1a 1c 1b 1d Obr. 1 Příklady použití a zabudování nekvalitních a narušených dílců, a) nekvalitně provedený schodišťový prvek ve výrobně, b) stropní panel porušený dodatečně provedeným prostupem, c) poškození dílců obvodového pláště, poškozené rohy a okraje dílce, rozdílné šířky spár mezi obvodovými dílci, d) zabudování porušeného stěnového dílce (1960 Bílina) Fig. 1 Examples of usage and embedding of poor-quality and faulty units, a) staircase element with a workmanship defect from the manufacturing plant, b) floor panel damaged by an additionally cut crawl space, c) faulty cladding units, damaged corners and edges of a unit, different width of joints between enclosing units, d) embedded faulty wall unit (1960 Bílina). 12 B ETON TECHNOLOGIE KONSTRUKCE SANACE 3/2008

2 Provedením oprav, sanace a regenerace v závislosti na stáří, rozsahu a výskytu vad a poruch lze vytvořit předpoklady pro dosažení požadované kvality bydlení, snížení energetické náročnosti, zlepšení architektonického výrazu a zejména předpoklady pro dosažení plné projektované životnosti panelových objektů (75 až 85 let). Lze oprávněně předpokládat, že náklady na uvedenou sanaci a regeneraci v závislosti na jejich rozsahu, přepočtené na jednu bytovou jednotku, se budou pohybovat pod 30 % současné pořizovací ceny bytu odpovídající velikosti. 2a 2b C HARAKTERISTICKÉ VADY A PORUCHY NOSNÝCH PREFABRIKOVANÝCH KONSTRUKCÍ Průzkum vad a poruch panelových objektů prokázal, že mezi nejčastěji se vyskytující vady a poruchy patří vady a poruchy styků nosných prefabrikovaných dílců, styků obvodových dílců, styků vnitřní nosné konstrukce a obvodových dílců a poruchy styků a dílců předsazených lodžií a balkonů [1]. Nejslabším článkem v panelových konstrukcích jsou styky nosných dílců, které obecně vykazují vysokou tuhost (malou poddajnost) a nedostatečnou únosnost. Styky jsou místa, v nichž dochází ke kumulaci poruch, projevujících se nejčastěji trhlinami. Tvarování a řešení stykových ploch prefabrikovaných dílců, nepřesnost a nekvalitní provedení, nedostatečné vyztužování styků a celková technologická nekázeň jsou hlavními příčinami poruch těchto konstrukcí (obr. 1 až 3). Druhou skupinou nejčastějších poruch jsou poruchy styků mezi obvodovými dílci a vnitřní nosnou konstrukcí (obr. 4), které jsou vystaveny vedle účinků svislého a vodorovného zatížení zejména cyklickým účinkům teploty a vlhkosti. Tyto poruchy vznikají u všech plášťů bez ohledu na případnou rozdílnost konstrukčního uspořádání, řešení styků a skladby obvodového pláště. Nejrozsáhlejší skupinou poruch panelových domů jsou poruchy obvodového pláště, především porušení dílců trhlinami, narušení povrchové úpravy, rozvrstvení pláště, poruše- 2c 2e 2d 2f Obr 2 Fig. 2 a, b) Narušení povrchové bezesparé úpravy a styků obvodových dílců, c) poruchy lodžiových dílců, d, e, f) porušení svislého styku vnitřních stěnových dílců a obvodových sendvičových dílců a, b) Faulty jointless surfacing and joints and enclosing elements, c) failures of interior balcony units, d, e, f) failed vertical joint of internal wall units and enclosing sandwich units 3b Obr. 3 Příklady použití nekvalitních a narušených dílců, a) zabudování narušeného dílce s ulomeným rohem, b) zabudování poškozeného stěnového dílce, c) zabudování narušeného stropního dílce dodatečně provedeným prostupem, d) chybějící části betonové monierky obvodového pláště; poškození části tepelné izolace, e) koroze výztuže; uvolnění obvodových dílců v nejnižším podlaží Fig. 3 Examples of usage of poor-quality and faulty units, a) mounted unit with a broken corner, b) embedded damaged wall unit, c) embedded faulty floor unit damaged by an additionally cut crawl space, d) missing part of a concrete Monier s wall of the cladding, damaged parts of thermal insulation, e) reinforcement corrosion, loosened enclosing units on the lowest floor 3a 3d 3c 3e B ETON TECHNOLOGIE KONSTRUKCE SANACE 3/

3 ní styků a spojů obvodových dílců. Vedle nevyhovujících tepelně technických vlastností patří k závažným poruchám obvodového pláště, které ohrožují statickou bezpečnost, narušení spojů kotvení obvodových dílců s vnitřní konstrukcí korozí oceli a narušení kotvení vnějších pohledových moniérek k vnitřní nosné vrstvě sendvičových obvodových dílců. Značná permeabilita betonu a nedostatečná tloušťka krycích vrstev výztuže lodžiových dílců [2] spolu s celkově problematickým řešením předsazených lodžií a jejich styků jsou příčinou degradace a narušování lodžiových dílců a styků. 4a 4c 5a 5b 4b S TATICKÉ PORUCHY PANELOVÝCH KONSTRUKCÍ Závažnost vad a poruch, zjištěných v rámci stavebně technického průzkumu a hodnocení, lze určit na základě statického posouzení založeného na výstižném výpočtovém modelu konstrukce, výpočtovém modelu zatížení a materiálovém modelu konstrukce [3], [4]. Předmětem numerické analýzy je určení tzv. kritických míst konstrukce nosného systému, které mají rozhodující význam pro statickou bezpečnost, prostorovou tuhost a spolehlivost systému. Vady a poruchy vyskytující se v těchto místech patří do kategorie závažných poruch nosné konstrukce a vyžadují zpravidla odpovídající opatření. Mezi závažné vady a poruchy zařazujeme všechny vady a poruchy, které výrazným způsobem snižují statickou funkci, které jsou aktivní, dochází k jejich rozvoji a postupnému šíření. Postupný rozvoj a šíření poruch (trhliny, drcení apod.) způsobuje redistribuci vnitřních sil z míst porušených do míst neporušených. Jestliže v konstrukci nejsou rezervy schopné pokrýt zvýšená namáhání způsobená touto redistribucí, může dojít k lokálnímu, příp. celkovému selhání (kolapsu) konstrukce (systému). Chování panelové konstrukce lze popsat modelem křehkého tělesa s poměrně malou oblastí pružných a pružněplastických deformací a velkou náchylností ke vzniku poruch působením účinků vynucených přetvoření, které primárně vyvolávají tvarové, délkové a objemové změny. Mezi méně závažné vady a poruchy zařazujeme všechny vady a poruchy, které se projevují pouze lokálně a nemají vliv na celkové statické chování konstrukce, příp. nosného systému. 5c Obr. 4 a, b) Poruchy styků obvodových dílců s vnitřní nosnou konstrukcí, c) průběh smykových sil po výšce styku postupné porušování svislého styku Fig. 4 a) Failures of joints of enclosing units with the internal loadbearing structural frame, b) time pattern of shear forces along the unit height gradual failure of the vertical joint Obr. 5 Fig. 5 a) Kritická místa vícepodlažní prefabrikované budovy při působení mimořádného zatížení způsobeného účinkem výbuchu, b) kritérium porušení nosné konstrukce překročením únosnosti ve smyku vodorovného styku stěnových dílců a stropních dílců v patě (a1, c1), popř. ve zhlaví (a2, c2) stěny při nadlehčení účinkem výbuchu (21 kn/m 2 ), dtto (b1, b2, d1, d2) při nadlehčení účinkem výbuchu (42 kn/m 2 ), viz. schéma a obr. 5a, c) kritérium porušení stěnového (štítového) dílce ohybovým momentem způsobeným výbuchem plynu, viz. schéma b obr. 5a Critical points of a multi-storey prefabricated building due to the effects of extreme load by explosion 14 B ETON TECHNOLOGIE KONSTRUKCE SANACE 3/2008

4 Převážně se jedná o tzv. pasivní poruchy, které jsou stabilizovány a nedochází tudíž k jejich šíření a rozvoji. Vady, které jsou dány nesouladem mezi požadavky podle předpisů a norem platných v době realizace a předpisů a norem současně platných, tvoří rozsáhlou skupinu závažných vad panelových domů. Jedná se především o některé současně platné požadavky z hlediska navrhování nosné konstrukce a základů (vyztužování zhlaví a pat stěnových dílců, věncová výztuž, řešení styků nosných dílců, interakce základů a vrchní stavby), požadavky požární bezpečnosti (tloušťka krycích vrstev výztuže stropních dílců) a požadavky na zajištění pohody vnitřního prostředí (zejména tepelná ochrana, energetická náročnost). Zcela zvláštní pozornost je nutné věnovat účinkům mimořádných zatížení havarijního rázu (obr. 5) [5]. Extrémní hodnoty zatížení omezené zpravidla na velmi malou oblast konstrukce, spolu s velmi krátkým časovým úsekem, v němž dosahují maximální hodnoty, vyžadují, aby konstrukce, zejména styky nosných dílců, byly schopné absorbovat velké množství energie i při vzniku plastických deformací ve stycích nebo v dílcích, aniž však dojde k jejich úplnému porušení nebo dokonce k řetězové reakci mající za následek porušení konstrukce (kolaps) (obr. 6). V prefabrikovaných stěnových konstrukcích má mimořádně významnou funkci ztužující zálivková výztuž uložená do styků stropních dílců a stěnových dílců (obr. 7 a, b). Ztužující výztuž je nutné navrhnout jednak na síly postižitelné statickým výpočtem (nahodilá zatížení krátkodobá i dlouhodobá, seismické účinky) a jednak na síly od mimořádných zatížení havarijního rázu. Kromě toho uvedená výztuž zabezpečuje konstrukci proti vlivům a účinkům, jež jsou způsobeny odchylkami realizované konstrukce od projektu. Podle ČSN Navrhování nosné konstrukce panelových budov se doporučuje vyztužit prefabrikované stropní desky (tabule) podélnou a příčnou výztuží umístěnou a řádně kotvenou ve stycích mezi stropními dílci, popř. zabudovanou v dílcích a spojovanou ve stycích, která se dimenzuje na mezní tahovou sílu (h l 5) [kn], kde h je konstrukční výška podlaží a l je osová vzdálenost nosných svislých prvků tvořících pružné podpory stropním deskám, přičemž vzdálenost podélných výztužných vložek (zabudovaných nebo vložených do styků) se doporučuje 1,2 m, výjimečně 2,4 m. Tato výztuž musí současně zajistit řádné kotvení protilehlých obvodových, štítových, schodišťových a dilatačních stěn. Spoje mezi obvodovými dílci a stropními deskami je nutné dimenzovat na sílu 5 kn/m 2 plochy obvodového dílce (obr. 7c). Podle ENV : 1994 mají táhla (výztuž) zabránit míst- 6a 6b Obr. 6 Schema redistribuce a změny stavu napjatosti stěnové konstrukce při vyřazení stěnového dílce způsobené výbuchem plynu v nosné prefabrikované devítipodlažní stěně fáze odezvy konstrukce (snížená tuhost svislých styků x 10-2 ), průběh normálového napětí σ x, a smykového napětí τ xy, a) původní neporušený stav (před vyřazením stěnového dílce), b) po vyřazení dílce a při snížené tuhosti svislých styků Fig. 6 Redistribution diagram and changes in the stress-state of a wall structure with a failed wall unit damaged due to gas explosion time pattern of normal and shear stresses (σ x, σ y, τ xy ) in the load-bearing prefabricated 9-floor wall phase of structure s response (reduced rigidity of vertical joints x 10-2 ) Obr. 7 Vodorovné ztužení nosného systému, uspořádání zálivkové výztuže: a, b) ve stropní desce, c) v úrovni stropní desky podle ČSN , d) podle ENV : 1994 Fig.7 Horizontal stiffening of the load-bearing system linking bar arrangement, a, b) in the floor slab, c) at the floor slab level under ČSN , d) under ENV : B ETON TECHNOLOGIE KONSTRUKCE SANACE 3/

5 8a 9a 9b 8b nímu poškození při mimořádném zatížení, jakým je náraz nebo výbuch, a vytvořit alternativní cesty přenosu zatížení při vzniku místního poškození. Táhla je nutné umístit po obvodě, uvnitř stropní desky a ve svislých stycích. Obvodové táhlo (podélné) podle tohoto předpisu musí být schopné přenést sílu F tie = l 1.10 [kn/m ] 70 [kn], kde l 1 je rozpětí (vzdálenost) krajního pole (mezi obvodovou a vnitřní podélnou stěnou). Vnitřní táhlo (podélné, spojující krajní štítové, popř. dilatační stěny, popř. krajní a schodišťové stěny) musí přenést tahovou sílu F tie = 0,5(l i1 + l i2 ) 20 [kn] 70 [kn], kde l 1, l 2 je vzdálenost vnitřního táhla od obvodových táhel. Obvodové stěny musí být v úrovni stropní konstrukce kotveny táhly, která musí přenést tahovou sílu F tie = l j 20 [kn/m] 150 [kn], kde l j je vzdálenost táhel. Vnitřní příčná táhla umístěná např. ve vodorovných stycích musí přenést tahovou sílu F tie = 0,5(l j1 + l j2 ) 20 [kn] 70 [kn], kde l j1 a l j2 je vzdálenost táhla od sousedních táhel (sousedních příčných stěn, obr. 7d). V panelových budovách výšky pět a více podlaží musí být ve sloupech nebo stěnách umístěna táhla, aby se omezil rozsah poškození vzniklý zřícením stropu v důsledku ztráty nosné způsobilosti níže ležícího sloupu nebo stěny způsobené mimořádným zatížením. Táhla musí tvořit část soustavy přemosťující poškozenou oblast. Táhla mají být pokud možno spojitá od nejnižší po nejvyšší úroveň a mají při posouzení mezního stavu únosnosti vyhovět nejméně na účinek návrhového zatížení stropu ležícího bezprostředně nad poškozenou oblastí. Je-li sloup nebo stěna založena ve své nejnižší úrovni na jiném prvku než je základ (např. na trámu nebo desce), musí se v návrhu počítat s nehodovou ztrátou podporujícího prvku a ověřit vhodnou alternativní cestu přenosu zatížení (ENV : 1994). Do svislých styků nosných stěnových dílců se doporučuje vložit svislou výztuž schopnou přenést sílu rovnající se svislému zatížení přenášeného od jednoho podlaží sousedními stěnovými dílci do vyššího podlaží (obr. 8). Zvláštní pozornost z hlediska mimořádných účinků havarijního rázu vyžadují zejména panelové konstrukce s absencí nebo 10 Obr. 8 a) Vyztužení svislého styku z hlediska účinků mimořádných zatížení havarijního rázu, b) pracovní diagram styků nevyztuženého a vyztuženého Fig. 8 a) Vertical joint reinforcement to resist effects of exceptional load of emergency type, b) working diagrams of joints non-reinforced and reinforced Obr. 9 a) Pracovní diagram svislého styku pro zatížení monotónně narůstající posouvající silou a pro nízkocyklické zatížení posouvající silou T op < T m [4], b) nevyztužený styk, T op = 123 kn, porušení při 84 cyklu (σ x,m = -0,087 MPa) Fig. 9 a) Working diagram of a vertical joint for loading by monotonously growing shifting force and for low cyclic loading by shifting force T op < T m [4], b) non-reinforced joint, T op = 123 kn, failure in 84-th cycle (σ x,m = MPa) Obr. 10 Experimentálně naměřené deformace f max montované stropní desky (4 (2,4 4,2 m), stropní dílce soustavy P 1.11) při obousměrném uložení na třech popř. čtyřech stranách (kloubové uložení), v závislosti na rozměrech desky (1 x : l y ) Fig. 10 Experimentally measured deformation values fmax of a mounted floor slab (4 (2,4 4,2 m),, floor units of system P 1.11) for both-side mounting on three or four sides (hinged bearing), in relation to slab dimensions (1 x : l y ) 16 B ETON TECHNOLOGIE KONSTRUKCE SANACE 3/2008

6 nedostatečným vyztužením stropní tabule a nevhodným řešením styků stěnových dílců, především panelové konstrukce realizované přibližně do roku V souvislosti s rekonstrukcí panelových objektů je v těchto případech z hlediska požadavků statické bezpečnosti vzhledem k účinkům mimořádných zatížení havarijního rázu, nutné provést dodatečné vyztužení stropní desky, popř. sepnutí nosných stěn v úrovni jejich vodorovných styků a prověřit kotvení obvodových dílců. Snížení rizika závažného narušení těchto budov účinkem výbuchu lze také dosáhnout náhradou všech plynových spotřebičů v těchto objektech elektrickými spotřebiči (např. u objektů panelové soustavy G57). M ECHANISMUS PORUŠOVÁNÍ PREFABRIKOVANÉ STĚNOVÉ KONSTRUKCE Základem výpočetních modelů montovaných stěnových systémů jsou pracovní diagramy styků stěnových dílců zejména diagramy závislosti T x δ svislých styků namáhaných smykem a σ x ε vodorovných styků stěnových a stropních dílců [6]. Složitý mechanismus působení styků při stálém nebo proměnném zatížení v sobě zahrnuje různé dílčí vlivy rozdílné podstaty a významu. Styky jsou zpravidla nejslabším článkem celého nosného systému. Pracovní diagramy styků pro příslušné konstrukční uspořádání a řešení lze získat na základě teoretické analýzy nebo experimentálním vyšetřením. Zavedení fyzikálních závislostí chování styků umožňuje, spolu s vytvářením výstižnějších výpočetních modelů nosného systémů, řešit otázky související s posouzením systému po překročení meze pružných deformací ve spojovacích vazbách. Pro prefabrikované stěnové systémy je charakteristický mechanismus přetváření a porušování, při němž se stěnové dílce posunují ve stycích porušených trhlinami v tzv. kontaktních plochách. Výsledky a rozbor experimentálního ověření chování styků při opakovaném zatížení ukazují na nutnost zabývat se závislostí statických vlastností styků na čase, obecně sledovat souvislost historie zatížení, tj. časový průběh účinků zatížení z hlediska četnosti a rozsahu nelineárně pružné odezvy styků. Z uvedeného důvodu je nutné rozlišovat účinky zatížení stálých a dlouhodobých jednosměrných a účinky proměnných zatížení jednosměrných nebo střídavých. U účinků stálých a dlouhodobých jednosměrných s malou nebo zanedbatelnou velikostí pohyblivé složky zatížení lze vycházet z předpokladu, že nelineární změny vlastností styků jsou na čase nezávislé. Naopak cyklické a proměnné účinky jednosměrné a zvláště pak střídavé (změna směru zatížení) mohou způsobit po překročení meze úměrnosti dosažení mezního stavu přetvoření a následné porušení konstrukce (cyklická únava, přírůstkové zhroucení). Mezního stavu únosnosti styku (popř. i nosného systému) je v tomto případě dosaženo mezním přetvořením styku (např. δ max ), které předchází jeho porušení, tedy nikoliv dosažením mezního zatížení (např. T max, obr. 9). Porušení styku (spojovací vazby) může v těchto případech nastat již při malých, např. i provozních zatíženích (porušení vynuceným přetvořením). Počet cyklů opakovaného zatížení do poru- Vaše spojení s vývojem nových technologií DODATEČNÉ PŘEDPÍNÁNÍ mostních konstrukcí konstrukcí budov sil, nádrží a zásobníků mostní závěsy bezesparé podlahy spínání budov prodej předpínacích tyčí TECHNOLOGIE manipulace s těžkými břemeny výsuv mostních konstrukcí letmá betonáž mostní segmenty GEOTECHNIKA opěrné stěny trvalé zemní kotvy POZOR! ZMĚNA ADRESY: VSL SYSTÉMY (CZ), s.r.o. V Násypu 339/5, Praha 5 tel: fax: vsl@vsl.cz, B ETON TECHNOLOGIE KONSTRUKCE SANACE 3/

7 11 Obr. 11 Experimentální ověření vlivu spolupůsobení stropních dílců prostřednictvím styků na redistribuci namáhání mezi zatíženými a nezatíženými stropními dílci Fig. 11 Experimental verification of the effect of floor units interaction through joints on stress redistribution between loaded and unloaded floor units Obr. 12 Vliv dílčího podepření na velikost průhybu uprostřed stropní desky (f max / al -1 ) Fig. 12 The effect of partial support on deflection values in the middle of a floor slab (f max / al -1 ) 12 šení styku závisí na velikosti proměnné složky zatížení a jejím poměru ke stálé složce zatížení. Nelineární změny vlastností styků v čase, v závislosti na historii zatížení a plastifikaci, mohou mít zásadní význam pro statickou bezpečnost a životnost nosného systému. V pružné oblasti zkoumané závislosti T δ, popř. N ε není třeba sledovat souvislost historie zatížení a statických vlastností styků, pokud nedojde ani při nejnepříznivější kombinaci účinků zatížení k překročení meze úměrnosti závislosti T δ. U styků bez počáteční trhliny, u nichž byla překročena mez úměrnosti (N u,el ), mohou obdobně jako v případě styků s počáteční trhlinou (tj. trhlina způsobená zpravidla účinkem smršťování a mající obvykle tvar styčné spáry) způsobit postupnou změnu (degradaci) statických vlastností styků, tj. postupné snižování tuhosti styku uvolňování spojovací vazby v čase i zatížení pod mezí úměrnosti v závislosti na četnosti výskytu, příčném vyztužení styku, věncové výztuži i tvarování čel stykovaných dílců. Z uvedeného důvodu je pro statické posouzení nosného prefabrikovaného stěnového systému nutné provést podrobný stavebně technický průzkum a diagnózu styků nosných Literatura: [1] Witzany J.: Regenerace nosné konstrukce panelových budov, Pozemní stavby, 9, 1989 [2] Witzany J., Čejka T., Karas J.: Analýza poruch předsazených prefabrikovaných lodžií panelových domů, Stavební obzor. 2001, roč. 10, č. 12, s ISSN [3] Witzany J.: Posouzení panelových konstrukcí s uvážením nelinearity chování styků, Pozemní stavby, 2, 1979 [4] Witzany J., Zigler R., Pašek J.: Experimentální výzkum prostorového chování modelu 1:3 prefabrikované stěnové konstrukce vícepodlažního objektu In: Stavební obzor. 2001, roč. 10, č. 12, s ISSN [5] Witzany J., Čejka T., Zigler R.: Statická bezpečnost prefabrikovaných stěnových systémů vícepodlažních budov při působení účinků mimořádných zatížení. Stavební ročenka. 2005, s , Bratislava 2004, ISBN [6] Witzany J.: Tuhost svislých styků stěnových dílců panelových budov, Pozemní stavby, 9, 1976 [7] Witzany J., Postřihač A., Stařecký I.: Spolupůsobení stropních dílců při přenášení účinků svislých zatížení, Pozemní stavby, 6, 1977 [8] Witzany J., Stařecký I.: Racionalisace montovaných stropních konstrukcí experimentální ověření, návrh metodiky, Pozemní stavby, 7, 1986 dílců. Hlavním předmětem průzkumu vlastností styků je určení a ověření: konstrukčního řešení, zejména rozměrů styků, tvarování čel stykových dílců, kvality betonu dílců a betonu styku (zálivky, výplně ložní spáry apod.), způsobu vyztužení, množství a kvality vyztužení styku, způsobu vyztužení, množství a kvality vyztužení částí dílců přiléhajících ke styku. 18 B ETON TECHNOLOGIE KONSTRUKCE SANACE 3/2008

8 S TATICKÉ POSOUZENÍ PREFABRIKOVANÉ STROPNÍ ( PANELOVÉ) KONSTRUKCE Pro statické posouzení stávající stropní konstrukce je nutné provést podrobný stavebně technický průzkum, který by měl obsahovat zejména: zjištění rozměrových parametrů stropních dílců a konstrukce, zjištění způsobu uložení stropních dílců na nosnou konstrukci, zjištění celkového uspořádání stropní desky a způsobu jejího podepření včetně zahrnutí tzv. primárně nenosných konstrukcí (pro stanovení výstižného výpočetního modelu konstrukce), stanovení velikostí dlouhodobých a krátkodobých účinků působících na stropní desku (pro stanovení výstižného výpočtového modelu konstrukce), určení kvality betonu dílců, určení kvality betonu styků stropních dílců, určení plochy, množství a kvality výztuže dílců a styků, určení deformace a přetvoření stropní desky (při určení deformací a přetvoření vycházíme z předpokladů, že stropní konstrukce v počátečním stavu byla rovinná), zjištění směru, průběhu a velikosti trhlin ve stropních dílcích a ve stycích, zjištění lokálního poškození dílů, především drcení a odlupování betonu krycích vrstev, příp. korodující výztuže. Stav styků lze hodnotit z vizuálního stavu spáry a zejména z rozdílů vzájemných průhybů sousedících dílců. Stejný průhyb sousedních dílců charakterizuje účinné přenášení svislých posouvajících sil a dává předpoklad pro provedení výpočtu za předpokladu zpřesněných vstupních podmínek výpočtu [7]. Posouzení skutečného průhybu stropní konstrukce, v návaznosti na historii doposud působícího zatížení, umožňuje analyzovat dosavadní průběh přetvoření a vytvářet si představu o dalším chování konstrukce při působení nového zatížení. Skutečné podepření musí být určováno v závislosti na skutečném stavu, nikoliv na původních, značně zjednodušujících předpokladech statických výpočtů. Např. betonová příčka se spárami zalitými betonovou maltou vytváří pro stropní konstrukci podporu, i když v původním statickém výpočtu není se spolupůsobením příček počítáno. Efektivním prostředkem pro zvýšení únosnosti stropní desky je zpřesnění výpočtového modelu prefabrikované stropní desky, původně navrhované jako nosníkové, odpovídající reálným podmínkám jejího uložení a podepření. Předností tohoto postupu je především skutečnost, že nevyžaduje podstatnějších zásahů do konstrukce. Uvážíme-li, že rekonstrukce, popř. modernizace objektu je prováděna v době, kdy prakticky proběhlo dotvarování konstrukce, lze předpokládat, že konstrukce bude namáhána zatížením, jehož účinky jsou určovány za stavu zmonolitnění stropní desky (styky působí jako přímkové válcové klouby). Rezervy v únosnosti stropní konstrukce se dají odvodit z působících vlivů dotvarování betonu, z redistribuce sil a momentů a ze změny statického schématu soustava prostých nosníků tvoří ve skutečnosti žaluziovou desku (deska s liniovými klouby). Skutečnou únosnost lze odvodit z momentů vypočítaných za předpokladu plného spolupůsobení (při staticky účinných stycích). Častým případem, jenž se vyskytuje u mnoha panelových soustav, je uložení krajních stropních dílců na obvodové sendvičové celostěnové panely a v některých polích na vnitřní podélné (ztužující) stěny. Jestliže styky mezi stropní deskou a podélně uspořádanými stěnami (obvodovými nebo vnitřními) jsou vyplněny zálivkou (betonovou nebo cementovou), je nutné uvažovat styky jako staticky účinné. Při tomto uspořádání je nutné posoudit vliv podepření stropní desky stěnami, uspořádanými v podélném směru, a montovanou stropní desku posoudit jako desku kloubově podepřenou na třech nebo čtyřech stranách. Při statickém řešení lze účelně využít i redistribuci namáhání v důsledku spolupůsobení stropních dílců prostřednictvím styků. Spolupůsobení stropních dílců roznášení zatížení bylo ověřeno experimentálně. Výsledky experimentálních zkoušek prokázaly účinné spolupůsobení stropních dílců vzájemně spojených staticky účinnými neposuvnými styky při přenášení účinků svislého zatížení (obr. 10) [8]. Důsledkem spolupůsobení stropních dílců je redistribuce zatížení z více zatížených (popř. více se deformujících) dílců do méně zatížených dílců. Zatížení se spojitě přerozděluje mezi jednotlivé dílce (obr. 11). V místě styku mají stropní dílce stejný průhyb, avšak rozdílné natočení deformační křivka v řezu procházejícím kolmo na styky dílců není plynule spojitá styky staticky působí jako přímkové klouby. Při přenášení účinků svislých zařízení je celkové působení prefabrikované stropní desky s přímkovými klouby srovnatelné s monolitickou deskou. Je charakteristické poměrně malým zvýšením ohybových momentů m x, avšak podstatným snížením příčných ohybových momentů m y v porovnání s deskou monolitickou shodných rozměrů a podepření. Dimenzační momenty m x montovaných stropních desek kloubově podepřených po obvodě dosahují hodnot menších proti ohybovým momentům nosníkových desek (prosté nosníky). Obdobně dochází k redukci průhybu stropní desky v závislosti na rozměrech a uspořádání desky (obr. 10). Experimentální zkoušky prokázaly, že i dílčí podepření některých stropních dílců může mít podstatný vliv na redistribuci a statické chování stropní desky. Z obr. 12 např. vyplývá, že dílčí podepření vyjádřené poměrem a : L = 0,2 způsobí snížení průhybu pod 30 % a při uvedeném poměru 0,4 pod 10 % hodnoty průhybu na prostém nosníku. Při změně zatížení některých stropních dílců, např. v důsledku modernizace bytu, lze při statickém řešení účelně využít i redistribuci namáhání v důsledku spolupůsobení stropních dílců prostřednictvím styků (obr. 11). Hlavním přínosem uvedeného postupu statického posouzení při modernizaci popř. rekonstrukci panelové budovy je především výrazné omezení, popř. úplné vyloučení zesilování stropní konstrukce při dílčí změně zatížení a tím i vysoká účinnost a hospodárnost navrhovaného postupu a řešení. Příspěvek byl vypracován za podpory Výzkumného záměru MSM MSM Spolehlivost, optimalizace a trvanlivost stavebních materiálů a konstrukcí Technická spolupráce: Ing. Tomáš Čejka, Ph.D., Ing. Radek Ziegler, Ph.D. Prof. Ing. Jiří Witzany, DrSc. Katedra konstrukcí pozemních staveb Fakulta stavební ČVUT v Praze Thákurova 6, Praha 6 witzany@fsv.cvut.cz B ETON TECHNOLOGIE KONSTRUKCE SANACE 3/