Mendelova zemědělská a lesnická univerzita v Brně Lesnická a dřevařská fakulta v Brně Ústav základního zpracování dřeva

Transkript

1 Mendelova zemědělská a lesnická univerzita v Brně Lesnická a dřevařská fakulta v Brně Ústav základního zpracování dřeva Bakalářská práce Stropní konstrukce spřažení dřevěného trámového stropu s betonovou deskou 2005/2006 Martin Zvěřina 1

2 Prohlašuji, že jsem bakalářskou práci na téma Stropní konstrukce spřažení dřevěného trámového stropu s betonovou deskou zpracoval sám a uvedl jsem všechny použité prameny. Souhlasím, aby moje diplomová práce byla zveřejněna v souladu s 47b Zákona č. 111/1998 Sb., o vysokých školách a uložena v knihovně Mendelovy zemědělské a lesnické univerzity v Brně, zpřístupněna ke studijním účelům ve shodě s Vyhláškou rektora MZLU o archivaci elektronické podoby závěrečných prací. Autor kvalifikační práce se dále zavazuje, že před sepsáním licenční smlouvy o využití autorských práv díla s jinou osobou (subjektem) si vyžádá písemné stanovisko univerzity o tom, že předmětná licenční smlouva není v rozporu s oprávněnými zájmy univerzity a zavazuje se uhradit případný příspěvek na úhradu nákladů spojených se vznikem díla dle řádné kalkulace. V Brně 3. července Martin Zvěřina 2

3 Poděkování Touto cestou bych chtěl poděkovat Ing. Jitce Čechové za vedení a odbornou pomoc při vypracování této bakalářské práce. Dále všem, kteří se mnou spolupracovali a ochotně poskytli potřebné informace. 3

4 Stropní konstrukce spřažení dřevěného trámového stropu s betonovou deskou Abstrakt Předmětem této bakalářské práce je představit problematiku a jednotlivé typy kompozitních dřevobetonových stropů, vyzdvihnout jednotlivé klady, upozornit na nedostatky těchto smíšených konstrukcí a stanovit základní podmínky i postupy při realizaci rekonstrukcí i nových stropních konstrukcí pomocí této metody. Rozhodujícím kritériem pro návrh spřažených dřevobetonových stropů je posouzení na průhyb se zohledněním účinnosti spřažení železobetonové desky dřevěnými trámy i chování dřevěné konstrukce po betonáži. Za výstup práce lze považovat pro zvolený typ stropní konstrukce návrh jeho rekonstrukce pomocí řešeného systému ve variantách, což bude doloženo jednotlivými výpočty před a po spřažení stropu s betonovou deskou. Zvolené alternativy budou v závěru porovnány a tabulkově vyhodnoceny, jednotlivými výpočty před a výpočty po spřažení stropu s betonovou deskou. Klíčová slova: Spřažená konstrukce Dřevo Beton Strop 4

5 Ceiling construction-hitch of wooden joist ceiling with concrete slab Abstrakt This thesis is a probe into a matter of various types of composite timber-concrete ceilings. It tries to underline special advantages and to disclose disadvantages of these mixed structures. The basic conditions and procedures for realisation of both the reconstructions and new ceiling structures when using this method are described. The main criterion when designing the composite timber-concrete ceilings is to consider the sag while taking in account the efficiency of the composition of ferro-concrete slab with the timber joists and behaviour of the whole timber construction after the process of concreting. The design for reconstruction of particular type of ceiling structure in variants is presented as an output of this work.these variants are supported with calculations before and after the composition of the existing ceiling with the concrete slab. All the particular alternative solutions are compared and supported by tables with calculations before and after the composition of concrete slab with the existing ceiling. Keywords: sandwich construction wood concrete ceiling 5

6 Obsah 1. Úvod Cíl práce Materiál a metodika Dřevěné stropy Konstrukční řešení dřevěných stropů Typologie dřevěných stropů a postupy a případné zvyšování únosnosti těchto stropů Povalové : Trámové : Trámový strop s přiznanými trámy: Trámový strop s přiznanými trámy a zapuštěným záklopem: Trámový strop s rovným podhledem: Trámový strop s podhledem na slabších trámech rákosnících: Fošnové stropy: Novodobé konstrukce dřevěných trámových stropů : Stropy z lepených, sbíjených a příhradových nosníků: Požadavky na stropní konstrukci Architektonické požadavky Statická funkce a požadavky (dle vyhlášky 137/ 1998 Sb.) Protipožární funkce a požadavky Tepelně technické požadavky Akustické požadavky Dřevobetonové spřažené stropy Úvod: Typologie dřevobetonových spřažených stropů : Spřahovací prostředky : Parametry pevnosti a tuhosti dřeva Třídění dřeva Vizuální třídění dřeva ČSN Třídění dřeva pomocí dynamických metod ČSN Dřevobetonové stropní konstrukce - navrhování Normativní prostředí Kompozitní dřevobetonový T průřez posuzujeme : Kompozitní materiály : (Spřažené konstrukce ze dřeva a betonu) Další požadavky na stropní konstrukce Zemětřesení Zvuk Požár Poruchy dřevěných trámových stropů Uvedení příkladů možných rekonstrukcí dřevěných stropních trámů Sledování průhybu u stropní konstrukce Rodinný dům Klimkovice [9] Postup při rekonstrukci stropu pro výpočet změny průhybu: Výpočet změny průhybu a měření in situ Montážní stádium Stádium po odstranění montážních podpor Stropní konstrukce s použitím lehčeného betonu [8] Rozbor účinnosti spřažení kompozitního dřevobetonového průřezu s lehkým betonem

7 Experimentální analýza Příprava experimentu Provedení zátěžových zkoušek Vlhkostní stav dřevěných prvků Výsledky provedeného experimentu Řešení rekonstrukce stávající konstrukce Úvod do rekonstrukce Výpočet stávajícího stropu (bez spřažení) Výpočet navrhovaného spřaženého stropu pro zadání v kapitole [23] Alternativy pro měnící se tloušťku desky Alternativy podle rozpětí nosných vodorovných prvků Alternativy podle měnícího se nahodilého zatížení Rekonstrukce zhlaví trámu Základní otázky související s realizací dřevobetonových konstrukcí [22] Separační vrstva Klady spřažené dřevobetonové konstrukce: [22] Bodově shrnutá základní problematika technologie spřažených konstrukcí: Praktické zkušenosti s realizací dřevobetonových spřažených konstrukcí[22] Diskuze Závěr Příloha

8 1. Úvod Na celém světě se v současnosti podrobně analyzují možnosti provádění kompozitní konstrukce, která by fungovala na principu optimálního spolupůsobení různých materiálů. Kombinace dřeva s ocelí nejsou žádnou zvláštností. Kombinace dřeva s betonem však donedávna byla chápana spíše rozpačitě až odmítavě. Důvodem byly obavy ze zvýšení vlhkosti dřeva při betonáži a následné možnosti napadení dřeva dřevokaznými houbami a hmyzem. Tyto obavy se však ukázaly jako neopodstatněné při aplikaci betonu na biologicky nepoškozené dřevo. V současnosti nejrozšířenější kombinací dřeva s betonem jsou kompozitní dřevobetonové stropy. Tyto stropy mohou být použity jak v případě starých, tak i nových staveb s dřevěnými stropními nosníky. Betonová deska, která se spřáhne s dřevěnými nosníky pomocí různých spojovacích prostředků, výrazně zvýší tuhost i únosnost stropní konstrukce. Kompozitní dřevobetonová stropní konstrukce má též lepší parametry kročejové a vzduchové neprůzvučnosti a požární odolnosti oproti tradičním dřevěným stropům. Vývoj kompozitních dřevobetonových konstrukčních systémů byl v minulosti vyvolán nedostatkem oceli pro vyztužování betonu, který nastal po obou světových válkách. Snad první patent na spřahování dřevěných nosníků s betonovou deskou pomocí hřebíků přihlásil Mőller roku [11] Patent německého patentového úřadu z roku 1939 popisuje spřažení dřevěných nosníků a betonové desky pomocí ocelových Z a I profilů.. V roce 1943 byl na Floridě postaven dřevobetonový most (Dean 1943). Spolupůsobení mezi betonem a dřevem bylo dosaženo pomocí trojúhelníkových ocelových desek, které byly zaraženy do úzkých dřevěných trámů sesazených těsně vedle sebe. [11] V Československu první kompozitní dřevobetonové stropní konstrukce navrhoval Poštulka již od roku Používal hřebíky o ø6,3mm a délce 180mm, které měly rozteče u podpor 100mm a uprostřed rozpětí nosníků 250mm. V závislosti na šířce nosníků měnil počet řad hřebíků. Většinou používal betonovou desku tloušťky 60mm a to až do rozpětí nosníků 7,5m. Ukazuje se, že Poštulka uvedený způsob spřažení uplatnil jako první na světě v rozsáhlejším měřítku a tímto způsobem zesílil více než m 2 dřevěných stropů. [11] 8

9 2. Cíl práce Cílem práce je seznámení s jednotlivými typy spřažených dřevobetonových konstrukcí a jejich využití jak u novostaveb, tak i u rekonstrukcí stávajících budov a také určení pevnosti rekonstruovaného stropu pro různá kritéria ať tloušťky železobetonové desky, tak rozpětí trámů, nebo normového zatížení. Výpočty jsou vzájemně porovnány a vyhodnoceny, zda vyhoví či nevyhoví daným podmínkám. Tyto výsledky budou přehledně seřazeny v tabulkách a vyhodnoceny statické podmínky. Zároveň na daném stropu bude použit tento způsob rekonstrukce pomocí betonu a oceli, kde budou jednotlivé rekonstrukční kroky rozebrány a popsány. 9

10 3. Materiál a metodika Bakalářská práce je zpracována díky informacím získaných z literatury, učebních textů, ČSN a EN norem zabývající se problematikou stropů, firemních či propagačních materiálů a internetu. Veškeré prameny, ze kterých jsem čerpal, jsou uvedeny v seznamu použité literatury. Dalším použitým zdrojem jsou znalosti získané v průběhu studia. Práce je rozdělena do několika částí. První, teoretická část, obsahuje všeobecné informace o dřevobetonových spřažených konstrukcí, jejich rozdělení a použití v jednotlivých typech výstavby. V další části jsou použity výsledky z jednotlivých experimentů, které byly prováděny na jednotlivých stavbách a v laboratořích. 1)Experiment je rodinný dům v Klímkovicích publikováno v Junior stav Odborná konference doktorského studia 2) Laboratorní pokus s lehčeným betonem. Junior stav 2006 Pozemní stavitelství I. V poslední části je návrh spřaženého stropu s výkresovou dokumentací a s výpočtem únosnosti stropu bez a po spřažení. Následovat bude řada výpočtů s různými parametry. Výpočty budou provedeny v programu, který je k tomuto účelu zapůjčený pro potřeby této bakalářské práce. Vytvořením variant stropních konstrukcí: mění se rozpětí trámů, tloušťka železobetonové desky, účel místnosti a zároveň změna normového zatížení stropu. Pro výpočet byly použity normy ČSN (ČSN P ENV Zásady navrhování a zatížení konstrukcí)., ČSN

11 4. Dřevěné stropy Dřevěné stropy patří mezi tradiční konstrukce, používané stejně jako klenby již od počátku stavitelství. Materiál byl vždy v dostatečné míře dostupný, levný a hlavně dal se lehce opracovat do potřebných rozměrů a tvarů. Tyto dřevěné trámové stropy byly převažujícím typem v bytové a občanské výstavbě až do let dvacátého století. Postupně byly dřevěné stropy nahrazovat jinými konstrukcemi. Po druhé světové válce se používání těchto stropů omezilo jen na rodinné domy a zde se také postupně tato konstrukce stropů vytratila.v dnešní době nastává určitý nový rozkvět těchto konstrukcí a to z hlediska estetického a finančně ekonomického, protože levný materiál hýbe světem. [1] V současné době se s dřevěnými stropy setkáváme při rekonstrukcích, přestavbách a hlavně začínají být moderní při výstavbě rodinných domů, chat a chalup. Proto jejich konstrukční řešení se stává aktuální. Znalosti konstrukčního řešení těchto stropů vycházejí z historických konstrukcí, protože jejich provedení se takřka opakuje. [2] Výhodou dřevěných stropů je malá plošná hmotnost 2,0 4,0kN/m 2, možnost zajištění dobré tepelné izolace a nenáročná technologie výstavby (snadná doprava stavebních dílců, snadná montáž, aj.). [1] Nevýhodou dřevěných stropů je především malá protipožární bezpečnost (omezující použití pro vyšší objekty) a náchylnost k napadení dřevokaznými škůdci (dřevokazný hmyz, dřevokazné houby, plísně aj.) Jsou netuhé v horizontální rovině a jsou poddajnější z hlediska svislého zatížení. Dřevěné stropy mají často malou plošnou hmotnost a z toho vyplývají horší akustické vlastnosti. [1] Z požárního hlediska se dřevěné stropní konstrukce musí posuzovat spolu s ostatním konstrukčním systémem stavby dohromady. 11

12 4.1. Konstrukční řešení dřevěných stropů Konstrukčně lze deskové stropy rozdělit na: - deskové konstrukce : nosná konstrukce je tvořena dřevěnými trámy uloženými vedle sebe na sraz a vzájemně spojenými pro zajištění spolupůsobení. Konstrukce zatěžuje podpírající stěny po celé délce uložení. - nosníkové konstrukce : hlavními nosnými prvky jsou dřevěné nosníky, na které je uložena podpůrná konstrukce podlahy a podhled. Nosníky zatěžují stěny lokálně v místech uložení zhlaví. [1] 4.2. Typologie dřevěných stropů a postupy a případné zvyšování únosnosti těchto stropů Podle způsobu konstrukce se stropy rozdělují na : Povalové : Povalové stropy jsou nejstaršími dřevěnými stropy. Prováděly se z polohraněných trámů, které se kladly těsně vedle sebe a vzájemně se spojovaly. Jsou velmi náročné na spotřebu dřeva s velkou hmotností, proto se dnes už nepoužívají. Běžné rozpony pro tyto stropy byly okolo 5 m. Obr.1 [1] Trámové : Nosnou funkci trámových stropů plní nosný trám zvavý stropnice. Tyto trámy se kladou v pravidelné osové vzdálenosti a to 0,9 1,2m od sebe.průřez stropnice je dán proporcemi stropu. [1] Trámové stropy : Trámový strop s přiznanými trámy: Přes stropnice rozložené podle uvedených pravidel se kolmo napříč přibíjejí prkna nebo fošny, které se kladou na sraz,nebo na polodrážku, zřídka kdy na celou drážku.tato prkna tvoří záklop i podlahu stropu současně. Nebo jen záklop a na něj přijde násyp a následně do polštářů připevníme podlahu. Obr.2 [1] Trámový strop s přiznanými trámy a zapuštěným záklopem: Na stropnice z bočních stran přibijeme lať 30x50mm a na ni přibijí prkna nebo fošny, kladené na sraz nebo na polodrážku, zřídka kdy na celou drážku.tato prkna tvoří záklop. Na tento záklop dáme násyp a do násypu vložíme polštář rovnoběžně se stropnicemi a na polštář připevníme podlahu. Obr.3 [1] 12

13 Trámový strop s rovným podhledem: Tento strop může mít záklop na stropnici nebo může být zapuštěný. To záleží na tom, jakou maximální výšku stropu potřebujeme.konstrukce podlahy se provede podle dvou předchozích případů. Záleží jen na tom, který způsob použijeme.tento strop se liší pouze tím, že nemáme přiznané stropnice z podhledové strany. Na stropnice přibijeme prkna o tloušťce 25mm a na tyto prkna připevníme rákosové pletivo (novodobě použijeme rabicové pletivo) a naneseme omítku. Nebo můžeme použít dřevěný obklad stropu. Obr.4 [1] Trámový strop s podhledem na slabších trámech rákosnících: Tento strop se provádí jako stropy předchozí, ale s jedním rozdílem, že podhled není připevněn na stropnicích. Podhled nesou samostatné trámky, které nejsou spojeny s konstrukcí stropu. Trámy rákosníci jsou umístěny rovnoběžně se stropnicí, ale nesmějí se dotýkat. Tento způsob provedení stropu nám zabraňuje vzniku trhlin v podhledu a díky tomu se možný průhyb stropnice nepřenáší na podhled. Protože tento podhled je samostatnou konstrukcí a není spojen se stropem. Na rákosníky se připevní prkna o tloušťce 25mm a na tyto prkna připevníme rákosové pletivo (novodobě použijeme rabicové pletivo) a naneseme omítku. Nebo můžeme použít dřevěný obklad stropu jako u předchozího případu. Obr.5 [1] Fošnové stropy: Ve srovnání s trámovými stropy má fošnový strop o % menší spotřebu dřeva. Stropnice jsou tvořeny fošnami v osových vzdálenostech mm, na které je přitlučen záklop z prken a vlastní podlaha.fošny jsou pro zajištění stability rozepřeny ve vzdálenostech 1,2-1,5m šikmými rozpěrami z latí nebo prken. [1] Novodobé konstrukce dřevěných trámových stropů : Je to konstrukce stropu, u kterého řešíme podhledovou stranu. Viditelné trámy v podhledu mohou být z estetických důvodů vyžadovány i v současné době. Konstrukčně lze tento požadavek řešit buď nepravými trámy v podhledu stropu, nebo nosnou konstrukcí, která plní i podhledovou část (jsou ponechány viditelné nosné prvky konstrukce). Tento způsob konstrukci můžeme používat jen u nízkých staveb, kde není na závadu malá protipožární odolnost, nebo je můžeme opatřit trámy protipožárním nátěrem, nebo obkladem, či podhledem. [1] 13

14 Stropy z lepených, sbíjených a příhradových nosníků: Stropy z lepených, sbíjených a příhradových nosníků mají mnohem menší spotřebu dřeva.tyto konstrukce jsou lehké, a proto mají horší akustické vlastnosti.jedna z nevýhod těchto konstrukcí je zpravidla vysoká konstrukční výška a v případě lepených lamelových nosníků i relativně vysoká cena. Výhodou je : - využití dřeva menších rozměrů, možnost vytváření lepených nosníků z lepených nastavovaných lamel, použitím kratších a tenčích prken u příhradových a sbíjených nosníků, - využití levnějšího materiálu v méně namáhaných částech aglomerované materiály, řezivo nižší kvality, - efektivní využití materiálu z hlediska statického optimální průřez nosníku, skladba stropu se liší pouze použitými nosníky, podlahové a podhledové konstrukce jsou v běžných případech konstrukčně obdobné s ostatními typy dřevěných stropů. Obr.6. [1] 14

15 Obr. 1. Povalový strop s alternativami spřažení povalových trámů: a) spřažení pomocí klínů, b) spřažení vloženým perem, c)spřažení ocelovými sponami [5] Obr. 2 Typický strop vesnických obytných domů s přiznanými stropnicemi: 1 stropní trám, 2 záklop [5] Obr. 3 Trámový strop s polozapuštěným podhledem: a) podbíjení na latích, b) podbíjení v drážce [5] Obr. 4 Trámový strop s klasicky řešeným rovným podhledem : 1 podbití s omítkou na rákosníkových rohoži, 2- záklop. [5] Obr. 5 Trámový strop s rovným podhledem s rákosníkovými trámy. [5] Obr.6 Lepené stropní nosníky A lepený lamelový nosník, B, C lepené nosníky z prken nebo fošen, D kombinovaný nosník se stojnou z překližky [1] 15

16 5. Požadavky na stropní konstrukci 5.1. Architektonické požadavky Stropní konstrukce se svým významem řadí mezi základní nosné konstrukce stavby. Spolu se svislými nosnými konstrukcemi vytváří celkový charakter nosného systému objektu, jsou to nejdůležitější části stavby. Volbu nosného systému, tím i stropní konstrukce ovlivňuje celá řada činitelů, jako je např. druh objektu a jeho provoz, situování objektu do terénu, do daných základových podmínek, množství finančních zdrojů na stavbu, ale i jeho dispoziční a architektonické ztvárnění. Na dispoziční a architektonické ztvárnění dáváme velký důraz, protože stropní konstrukce se musí do daného objektu navrhnout tak, aby plně vyhovovala požadavkům uživatele, aby nenarušovala užívání objektu při nevhodném použití stropní konstrukce (použití stálých podpěr apod.) Konstrukce stropu se musí navrhovat s určitým citem a hlavně s dobrými znalostmi a zkušenostmi v daném oboru. Stropní konstrukce nejenže rozdělují objekt ve směru vertikálním na jednotlivá podlaží, ale také plní celou řadu dalších funkcí: Stavba stropu musí být navržena a postavena tak, aby byla při respektování hospodárnosti vhodná pro zamýšlené využití, a aby současně plnila základní požadavky. Mechanická odolnost a stabilita Požární bezpečnost Ochrana zdraví, zdravých životních podmínek a životního prostředí Ochrana proti hluku Bezpečnost při užívání Úspora energie a ochrana tepla Stavba musí splňovat uvedené požadavky při běžné údržbě a působení běžně předvídatelných vlivů po dobu předpokládané existence. Nosná stropní konstrukce spolu s podlahovou a podhledem tvoří dohromady strop. Celková tloušťka stropu má být co nejmenší, aby se zbytečně nezvyšovala konstrukční výška podlaží a tím i výška objektu i obestavěných prostor a celkové náklady. [17] 16

17 5.2. Statická funkce a požadavky (dle vyhlášky 137/ 1998 Sb.) Statické požadavky Základní funkce stropu je bezpečně přenášet veškerá zatížení do svislých podpor. Mezi hlavní statické požadavky patří: únosnost a stabilita, tuhost. Únosnost a stabilita stropní nosná konstrukce musí bezpečně přenášet jak zatížení stálé (tíha vlastní konstrukce včetně podlah, podhledů, příček), tak také zatížení nahodilé užitné zatížení (zatížení sněhem, větrem, teplotami). Veškerá tato zatížení jsou přenášena do podporujících svislých nosných i ztužujících konstrukcí stěn, průvlaků, sloupů. Hodnoty užitných rovnoměrných zatížení stropů stanoví norma ČSN Zatížení stavebních konstrukcí a ČSN (ČSN P ENV Zásady navrhování a zatížení konstrukcí). [17] Tuhost - stropních konstrukcí v horizontální rovině je schopnost stropu přenášet vodorovná zatížení, tj. horizontální síly od větru působící na průčelní plochu objektu, do svislých nosných konstrukcí. Tato skutečnost podstatně ovlivňuje prostorovou tuhost celé stavby a má zásadní význam u vícepodlažních, obzvláště výškových budov. Podle horizontální tuhosti se stropní konstrukce dělí na: netuhé (např. dřevěné stropy) tuhé (např. železobetonové monolitické stropy, spřažené stropy) Průhyb také souvisí s tuhostí stropní konstrukce. Nadměrné průhyby mohou způsobit poruchy nejen v podlahových a podhledových konstrukcích, ale také v celistvosti příček. Mezní průhyby jsou stanoveny dle ČSN (ČSN P ENV Zásady navrhování a zatížení konstrukcí). [17] 17

18 5.3. Protipožární funkce a požadavky Stropní konstrukce tím, že rozdělují vertikálně objekt na podlaží, tvoří zpravidla vodorovné plochy požárních úseků, na které bývá objekt rozdělen. Navržené stropní konstrukce musí splňovat odpovídající kritéria požární odolnosti a stupně hořlavosti použitých stavebních hmot podle norem ČSN Požární bezpečnost staveb - nevýrobní objekty a ČSN Požární bezpečnost staveb požární odolnost stavebních konstrukcí. Odolnost stropů proti ohni je limitována vyjádřením v minutách, to je v době, po kterou stropní konstrukce odolává působení ohně, přičemž v této době nesmí: konstrukce ztratit nosnost a stabilitu, teplota konstrukce na povrchu odvráceném od ohně přestoupit 150 C, dojít ke ztrátě celistvosti konstrukce a vzniku trhlinek, jimiž by se šířil požár. Zvýšení odolnosti konstrukcí proti ohni lze dosáhnout obložením konstrukce nehořlavými materiály nebo ji opatřit protipožárními nástřiky. [24] 5.4. Tepelně technické požadavky Stropní konstrukce je nutno při navrhování posoudit z hlediska tepelné techniky, a to v případech, kdy tato konstrukce odděluje prostory s různými teplotními a vlhkostními parametry. Pro navrhování a posuzování stropů s požadovaným tepelným stavem vnitřního prostředí platí ČSN Tepelná ochrana budov. Konstrukce stropu musí být dle výše uvedených norem navržena tak, aby prostup tepla U konstrukce byl dle předepsaných norem pro stropní konstrukce. Minimální hodnoty tepelného odporu pro konstrukce stropů oddělující vnitřní prostor s rozdílnými způsoby vytápění jsou uvedeny v tabulce v normě ČSN Část 2: Funkční požadavky. Druhé závazné kritérium je posouzení vnitřní povrchové teploty v místě vytvořeného rohu, eventuálně koutu. Podmínkou je, aby povrchová teplota v tomto místě byla vyšší, než je teplota rosného bodu. Tedy musí být zajištěno, aby nedocházelo ke kondenzaci vodní páry v místech konstrukce s nejnižší povrchovou teplotou, např. v místě tepelného mostu. 18

19 Třetím závazným požadavkem je splnění podmínky vztahující se ke kondenzaci vodní páry uvnitř konstrukce. Nesmí dojít ke ztrátě funkce a stability stropu. Tato podmínka se týká stropů oddělujících prostory nejen s rozdílnou teplotou vnitřního vzduchu, ale i s rozdílným parciálním tlakem vodní páry. Dle normy se provádí posouzení konstrukce z hlediska roční bilance zkondenzované a vypařené vodní páry uvnitř konstrukce. [19] 5.5. Akustické požadavky Požadavky na neprůzvučnost stropů vychází z nezbytného nároku na akustickou ochranu prostorů při běžném používání nebo při ochraně proti hluku technických zařízení. Důležité zvukoizolační požadavky jsou kladeny i na stropy, které tvoří stropní konstrukce, podlahová konstrukce a podhled. Nosná stropní konstrukce má svou plošnou hmotností zaručovat určitou základní vzduchovou neprůzvučnost. Podlahová konstrukce pak svým řešením (skladebným a materiálovým) musí zajistit požadovanou kročejovou neprůzvučnost. Podhled je doplňkovou konstrukcí vylepšující jak neprůzvučnost vzduchovou, tak i kročejovou. Pro posouzení stropní konstrukce z hlediska vzduchové neprůzvučnosti je velmi důležitá plošná hmotnost. Platí tedy závislost, čím vyšší plošná hmotnost, tím lepší vzduchová neprůzvučnost. Vyšší plošná hmotnost stropní konstrukce přispívá i ke zlepšení kročejové neprůzvučnosti. Požadavky na zvukovou izolaci mezi místnostmi v budovách stanovuje ČSN Akustika. Ochrana proti hluku v budovách a související akustické vlastnosti stavebních výrobků Požadavky, platná od ledna [25] 19

20 6. Dřevobetonové spřažené stropy 6.1. Úvod: Spřažený dřevobetonový strop je konstrukce, která nám spojuje pomocí hřebíků, kolíků, vrutů atd.. dřevěnou část stropu s betonovou částí a navzájem spolupůsobí a zvětšují požadované parametry.tyto stropy se provádí jak u rekonstrukcí, tak u novostaveb Typologie dřevobetonových spřažených stropů : Současný stav, zatřídění a problematiky spřahovacích prvků S rozvojem používání kompozitních dřevobetonových stropních konstrukcí narůstá také škála používaných spřahovacích prostředků k spřažení dřevěné části s betonovou částí konstrukce. Spřažené povalové : - hřebíky - kolíky - tyče betonářské výztuže - tesařské skoby - vruty s jednou hlavou - vruty se dvěma hlavami - speciální vruty Obr.7 Spřažení dřevěného povalového stropu s betonovou deskou [15] 20

21 Spřažené trámové : A - Ocelové spřahovací prostředky kolíkového typu: - hřebíky (A1) - kolíky (A2) - tyče betonářské výztuže(a3) - tesařské skoby (A4) - vruty s jednou hlavou (A5) - vruty se dvěma hlavami (A6) - speciální vruty (A7) B - Speciální ocelové spřahovací prostředky - kroužek s kolíkem (B1) - bulldog s kolíkem (B2) - Z a I profily (B3) - desky s profilovými trny (B4) - trubky (B5) C - Zářezy a ozuby do dřeva - ozuby a kolíky (C1) - zářezy a hřebíky (C2) - postranní zářezy (C3) - zářezy s předepnutými kotvami (C4) - ozuby do dřena vyztužené tyčí betonářské výztuže či kolíkem (C5) D - Lepení - lepený T-nosník (D1) - lepená deska (D2) - lepený nosník (D3) 21

22 Tab.č.1 22

23 Spřahovací prostředky : V prvních kompozitních dřevobetonových konstrukcích dominovaly klasické spřahovací spojovací prostředky kolíkového typu, používané pro spojování dřevěných prvků navzájem. Potřeba zvýšit tuhost spřažení vyvolala vývoj nových spojovacích prostředků, které jsou určeny jen pro kompozitní dřevobetonové konstrukce. Přehled většiny dosud použitých způsobů spřažení je uvedena níže. S rozvojem používání kompozitních dřevobetonových stropních konstrukcí, a to jak v případech starých, tak i nových stropů, narůstá především škála možných typů spřažení drevobetonu- viz tab.č.1. Zde uvedené spřahovací prostředky jsou seřazeny za sebou vzestupně podle tuhosti. Jako parametr tuhosti se používá tzv.modul prokluzu K, který je dán poměrem přírůstku smykové síly a jí odpovídajícího prokluzu spřahovacího prostředku ve spáře dřevo-beton v lineární části jeho pracovního diagramu. V prvních kompozitních dřevobetonových konstrukcích dominovaly jako spřahovací prostředky klasické spojovací prostředky kolíkového typu (hřebíky, vruty apod.),používané pro spojování dřevěných prvků navzájem. Zájem o větší uplatnění kompozitních dřevobetonových konstrukcí vedl postupně k vývoji nových spřahovacích prostředků, které jsou určeny jen pro tyto konstrukce. Přehled většiny dosud známých způsobů spřažení je uveden v tab.1. V následujícím textu jsou prezentovány jednotlivé stupně vývoje spřahovacích prostředků v průběhu posledních dvaceti let. [7] Spiring Vyvinul vrut se dvěma hlavami. Vrut se šroubuje do dřeva do té doby, než se první hlava zarazí o povrch dřevěného prvku. Horní konec vrutu s druhou hlavou zajišťuje spřažení s betonovou deskou viz tab.č.1, obr.a6 [7] Natterer Vyvinul typ spřažení, které se vyznačuje vysokou hodnotou modulu prokluzu spřahovacích prostředků. Použil systém ozubu ve dřevěném nosníku v kombinaci s Hilti spřahovacími prostředky, které byly po zatvrdnutí betonu předepnuty viz tab.č.1, obr.c4 [7] Werner obr.c5 [7] Použil tyče betonářské výztuže, které byly obklopeny ozuby z betonu viz tab.č.1, 23

24 Erler Použil beton na bázi polymeru směsi lepidla a písku. Takto provedená deska se přilepí ke dřevěnému nosníku (viz tab.č.1, obr.d1), čímž vznikne kompozitní konstrukce. Výhodou je, že v tomto případě lze použít jednoduchý výpočetní model, založený na plném spřažení dřeva a betonu bez prokluzu, což u prvků s prokluzem nelze. Nevýhodou je nedostatek jakékoliv rezervy v únosnosti a neschopnosti plastifikace. [7] Gerber a kol. Použili tenkostěnné ocelové prvky, používané pro připevnění dřevěných nosníků ke dřevěným průvlakům. Tenkostěnné ocelové prvky byly do dřevěného nosníku připevněny pomocí kroužkových hřebů o ø4,0mm a délce 60mm. [7] Rajčič Se pokusil vytvořit tuhé spřažení mezi betonovou deskou nízké objemové hmotnosti a dřevěnými nosníky. Ocelová deska tloušťky 1mm byla vlepena do dřevěných nosníků svisle po celé jejich délce. - V posledních pěti letech byl výzkum v oblasti kompozitních dřevobetonových konstrukcí zaměřen také na jejich vlastnosti z hlediska akustiky a požární odolnosti. [7] Parametry pevnosti a tuhosti dřeva Pevnostní a tuhostní parametry dřevěného nosníku jsou nejdůležitějšími faktory, které ovlivňují únosnost a tuhost kompozitního dřevobetonového nosníku. Je to proto, že únosnost je ve většině případů limitována pevností dřeva v tahu, nebo v ojedinělých případech ve smyku. Beton takový vliv nemá. 24

25 6.2. Třídění dřeva Vizuální třídění dřeva ČSN Vizuální třídění dřeva je v České republice v současnosti prakticky jediné, které se v praxi využívá. Vychází z parametrů stanovených na základě geometrického popisu tříděného dřeva. Je známo, že vizuální třídění dřeva není zcela výstižné. Důvod spočívá v tom, že tříděním dřeva se posuzují pouze viditelné charakteristiky (suky, šířka letokruhů, odklon vláken atd.) ovlivňují mechanické vlastnosti dřeva, ale nikoliv vlastnosti samotné dřevní hmoty. Proto byl výzkum na Fakultě stavební ČVUT v Praze v minulých letech zaměřen také na nedestruktivní metody zjišťování vlastností dřeva, založené na průkazném měření jedné či více vlastností dřeva, které poskytují zcela nové možnosti pro dokonalejší zjišťování jakosti dřeva a stanovení parametrů jeho pevnosti a tuhosti. Přesnost zatřídění dřeva do tříd pomocí těchto metod je stejná jako u metod strojního třídění dřeva. [11] Třídění dřeva pomocí dynamických metod ČSN Mezi dynamické metody patří metody kmitání prvků a šíření tlakové či ultrazvukové vlny v prvcích. Metoda kmitání je založena na měření první (nebo vyšší) vlastní frekvenci prutových prvků. Známe-li vlastní tvar příslušné naměřené frekvenci, lze řešením pohybové rovnice určit hodnotu modulu pružnosti. Tuto metodu lze aplikovat na dřevěné prvky v příčném i podélném směru, ale pouze v případě prvků, se kterými lze volně manipulovat. Podstatou metody ultrazvukové a tlakové vlny je stanovení modulu pružnosti na základě rychlosti šíření ultrazvukové, nebo tlakové vlny v prvku. Tlaková vlna je vyvolána úderem kladívka do příslušné sondy. Předností ultrazvukové metody a metody tlakové vlny je, že umožňují měřit vlastnosti i dřeva zabudovaného v konstrukcích a stavebních dílcích. Těmito metodami bude proto možné proměnit dřevěné stropní nosníky před navržením optimálního způsobu spřažení s betonovou deskou. V tab.2 je na ukázku uvedeno několik výsledků z měření parametrů konstrukčního dřeva nedestruktivními metodami. Konstrukční dřevo bylo nejprve zatříděno podle české normy pro vizuální třídění ČSN Potom byly nedestruktivními metodami stanoveny jeho charakteristická hustota ρ k a ultrazvukový modul pružnosti E uz. Po provedení 25

26 nedestruktivních zkoušek byla výpočtem určena pevnost f m,k. Na závěr měření byla destruktivní ohybovou zkouškou zjištěna jeho skutečná pevnost f m,e. [11] Třída pevnosti podle vizuálního třídění Hustota ρ k [kg/m 3 ] Modul pružnosti E uz [MPa] Vypočtená charakteristická pevnost f m,k [MPa] Naměřená pevnost f m,e [MPa] S I ,983 40,04 S I ,221 41,50 S ,282 49,37 S I ,040 50,90 S ,775 55,41 S ,395 77,22 Tab.č. 2. Parametry kompozitního dřeva. [11] 26

27 7. Dřevobetonové stropní konstrukce - navrhování 7.1. Normativní prostředí Problematika navrhování komporitních dřevobetonových nosníků je též zapracována do Eurokódů, které byly zavedeny do soustavy ČSN v České republice jako ČSN P ENV. Kompozitní dřevobetonové konstrukce lze zjednodušeně řešit s využitím: ČSN P ENV , ČSN P ENV A ČSN P ENV následujícím způsobem. Šířka betonové desky, která spolupůsobí se dřevěným nosníkem b ef,c, se přibližně určí podle článku ČSN P ENV V případě stropu z prostých nosníků o stejné osové vzdálenosti je b ef,c: b ef 1 c = b f + l b u vnitřních nosníků stropu, 5 b ef, c 1 b = b f + l u krajních nosníků stropu 10 2 kde b f je příčná vzdálenost mezi spřahovacími prostředky ( v případě více než jedné řady spřahovacích prostředků ) nebo průměr spřahovacího prostředku ( v případě jedné řady spřahovacích prostředků) l - rozpětí dřevěného nosníku b - osová vzdálenost dřevěných nosníků [11] 7.2. Kompozitní dřevobetonový T průřez posuzujeme : Podle přílohy B ČSN P ENV Únosnost a tuhost spřažení se získají z výsledku smykové zkoušky provedené podle ČSN EN V případě spřažení se získají pomocí vrutů, kolíků, kroužkových a závitových hřebíků můžeme únosnost a tuhost spřažení určit standardním výpočtem pro dřevo-beton. U vrutů, kolíků, kroužkových a závitových hřebíků, které jsou zabudovány kolmo na smykovou rovinu je jejich únosnost přibližně o 20% vyšší a tuhost o 100% vyšší než v případě spojů dřevo-beton dle ČSN P ENV Tento postup lze ale použít pouze v případě, že mezi dřevěným nosníkem a betonovou deskou není mezilehlá vrstva např. bednění. 27

28 Výpočet podle ČSN P ENV je konzervativní a hodnoty únosnosti a tuhosti spřažení pomocí spřahovacích prostředků kolíkového typu jsou přibližné. Na základě provedené analýzy únosnosti a tuhosti spřahovacích prostředků bylo zjištěno, že především tuhost, určovaná podle ČSN P ENV , je cca o 20% nadhodnocen, neboť norma předpokládá, že spřahovací prostředek je v betonu dokonale vetknut a při zatížení nedochází k jeho zatlačení do betonu. Důležitým poznatkem též je, že jakost betonu má vliv na únosnost spřahovacích prostředků ve spojích dřevo-beton, ale nikoliv již na jejich tuhost. [12] 7.3. Kompozitní materiály : (Spřažené konstrukce ze dřeva a betonu) Kompozitní dřevěné stropy se používají především při zesilování stávajících stropů s dřevěnými stropními nosníky.provedení betonové desky, kterou spřáhneme s dřevěnými nosníky pomocí různých spřahovacích prostředků, výrazně zvýšíme tuhost i únosnost stropní konstrukce. Konstrukce má vysokou variabilitu a s volbou nosníků široké použití. Proč jsou kompozitní konstrukce ze dřeva a betonu v některých zemích tak oblíbené? Protože spřažení vrstvy betonu na tlačené straně a dřevěného průřezu na tažené straně umožňuje využití nejlepších vlastností těchto dvou materiálů. Beton ve skutečnosti působí pouze v tlaku, kde vykazuje nejlepší vlastnosti v ohledu pevnosti a tuhosti, dřevo je využito v tahu, takže je eliminován beton na tažené straně, který zde představuje pouze stálé zatížení.je proto možný účinný nosný průřez,tuhý a současně lehký.únosnost tradičního dřevěného stropu lze tímto způsobem zdvojnásobit a jeho tuhost v ohybu zvýšit troj- až čtyřnásobně. [13] 28

29 Obr.8. Na obrázku je porovnána vlastní tíha tří rozdílných skladeb stropu v závislosti na rozpětí pro užitné zatížení 2,5kN/m 2 [13] Vlastní tíha stropu g v závislosti na rozpětí pro užitné zatížení 2,5kN/m 2. (a) masivní dřevěný strop, (b) spřažený strop ze dřeva a betonu, (c)železobetonový strop. Podle Natterer (1993). Použitím spřažených stropů ze dřeva a betonu se výrazně redukuje poddajnost stropu, která je u čistě dřevěných stropů často vnímána jako rušivá. Útlum kmitání je mnohem výraznější než u dřevěných stropů, takže posouzení kmitání pro mezní stav použitelnosti, těmto stavům lze vyhovět mnohem snadněji. 29

30 8. Další požadavky na stropní konstrukce 8.1. Zemětřesení Deskovou tuhost v rovině betonové tlačené zóny spřaženého stropu lze v porovnání s dřevěným stropem považovat za nekonečně velkou. Tato vlastnost je velkou předností např. při seismickém namáhání budovy, protože vlivem tuhé stropní tabule zůstane zachován tvar budovy. Předpokladem příznivého chování při seismickém namáhání je ovšem účinné zakotvení dřevěných nosníků i betonové desky do zdiva. [13] Obr.8 Příklad zpraženého stropu ze dřeva a betonu ve zděné budově ohrožené zemětřesením. a) Hlavní nosník, b) vedlejší nosník, c) cihelné dlaždice, d) betonová deska, e) výztuž, f) ocelové kolíky vlepované do dřeva epoxidovým lepidlem, g) ocelová kotva připojující betonovou desku ke zdivu, h)železobetonový věnec. [13] 8.2. Zvuk Provedením betonové desky, na dosavadní dřevěný strop, se zlepší zvuková izolace. Vzhledem k výrazně vyšší hmotnosti je omezen přenos zvuku šířeného vzduchem, kromě toho účinkem vyššího útlumu zpraženého stropu je také omezen přenos zvuku v pevném materiálu. [13] 8.3. Požár Při požárním namáhání tvoří betonová deska účinnou bariéru proti šíření plamene, tím je zlepšena požární odolnost konstrukce v porovnání s čistě dřevěným stropem. Samotné dřevěné nosníky kromě toho vykazují vyšší požární odolnost, než odpovídající nosníky vyrobené z oceli nebo předpjatého betonu. [13] 30

31 9. Poruchy dřevěných trámových stropů Dřevěné trámové stropy stávajících domů mají za normálních podmínek kratší fyzickou životnost než ostatní nosné části budovy. Životnost stropu se ovšem zkracuje působením nepříznivých vlivů. Při průzkumu sledujeme stav dřeva. Pod tímto pojmem rozumíme stupeň napadení dřeva dřevokaznými houbami a dřevokazným hmyzem. Zdravé dřevo je jen to, nenapadené. Nejčastější příčiny narušení dřeva jsou: Zatékání srážkové vody (porušení střešní krytiny, promáčení zdiva v důsledku porušení klempířských výrobků na okrajích střech nebo na průčelí) Zatékání uvnitř budovy (porušení kanalizace, místa s mokrými provozy u umyvadel, v koupelnách apod. ) Zvýšenou vlhkostí ( u stropů nad prostory se zvýšenou relativní vlhkostí, stékání kondenzátu při orosování vnitřního odpadního potrubí, nebo při orosování kleštin kotvených závlačí ve vnější zdi a přišroubovaných ke stropnicím) Nadměrná zatížení při dlouhodobém působení, fyzické narušení stropního prvku a důsledky požáru. Podle uvedených příčin dochází k poruchám. Z hlediska konstrukčního a statického je důležité, zda jsou porušené nosné prvky stropu (stropnice, záklop). Jde o následující poruchy: - nadměrné přetvoření stropů trvalé deformace dřeva, zlomení stropního prvku - hniloba dřeva a další příznaky přítomnosti dřevokazných hub a plísní - narušení dřeva dřevokazným hmyzem. Prohnutá stropnice a stropnice s nahnilými zhlavími mohou na zdivo působit šikmými tlaky, což se projevuje podélnými trhlinami ve fabiónech stropů a vodorovnými trhlinami ve vnější omítce zdí. Pokud nevyhoví strop novému zatížení, není dostatečně naddimenzován, nebo je staticky porušen a budeme-li jej chtít zde nechat, máme možnost zvýšit únosnost stropu těmito způsoby: Zesílením původního stropu na požadovanou únosnost. Níže uvedenými způsoby je možné uspořit zpravidla značné finanční náklady, které by bylo nutno vynaložit na provedení stropu nového. 31

32 Návrh zesílení se provede na základě důkladného průzkumu stávajícího stropu, při kterém je nutno zjistit: A) Jak je strop konstrukčně a materiálově tvořen B) Jak staticky působí C) Jeho stav např. u dřevěných prvků zda není napaden biologickými škůdci, u ocelových prvků případná koroze, atd.) Podle konstrukčního případu je třeba provést také příslušný počet sond, kterými se určí složení a tloušťky jednotlivých vrstev stropní konstrukce, jejich mechanický stav, vlhkostní stav, atd. Teprve na základě takto provedeného průzkumu stávajícího stropu je možno korektně stanovit jeho únosnost a posléze navrhnout způsob jeho zesílení. Návrh zesílení stropu musí být doložena statickým výpočtem. 32

33 10. Uvedení příkladů možných rekonstrukcí dřevěných stropních trámů Sledování průhybu u stropní konstrukce Rodinný dům Klimkovice [9] Při rekonstrukci stropu se setkáváme s průhybem konstrukce, protože tuto konstrukci zesilujeme a zatěžujeme vrstvou betonové směsi. Příklad zesílení dřevěného stropu můžeme nalézt u projektu rekonstrukce rodinného domu v Klimkovicích, kde bylo navrženo spřažení stávajících trámů s dodatečně nadbetonovanou deskou. Tento způsob spočívá v dodatečné betonáži desky na záklop stávajícího stropu. Spřažení je dosaženo prostřednictvím spojovacích prvků mezi dřevěným nosným trámem a vrstvou betonu. Deska je navíc opatřena výztužnými betonářskými sítěmi. Rodinný dům prochází v současné době celkovou rekonstrukcí (zděný objekt z plných pálených cihel, přízemí obytné a půdní prostor skladovací). Na základě stavebně-technického průzkumu byly stávající trámové stropy shledány v dobrém stavu, ale vzhledem k využití podkroví pro bydlení a s hmotností nově navrhované podlahy s teplovodním topením, byly uznány tyto stropy jako nevyhovující, ale pomocí spřažení stropu dosáhneme požadované únosnosti. Pokud hovoříme o půdní vestavbě, pak stávající nosné konstrukce půdních stropů bývají zpravidla dimenzovány na hodnotu užitného zatížení odpovídající tomuto účelu využití. Podle současně platné ČSN [18] a EN je normová hodnota užitného zatížení stropů pro půdy qn = 0,75 kn.m -2 (viz tab. 3 ČSN [18]), výpočtová hodnota pak qf = qn x gf = 0,75 x 1,4 = 1,05 kn.m -2, kde qf je součinitel zatížení (viz tab. 4 ČSN [18]). Porovnáme-li hodnoty normového užitného zatížení stropů uvedené v tab.3 ČSN [18] pro půdy a hodnoty normového užitného zatížení stropů pro jiné účely využití místností (např. byty - qn = 1,5 kn.m -2 ; pokoje a kancelářské místnosti - qn = 2,0 kn.m -2, atd.) můžeme vidět, že hodnota normového užitného zatížení stropů pro půdy je dvojnásobně i vícekrát menší než hodnoty normových užitných zatížení stropů pro místnosti s jinými způsoby využití. Totéž platí, samozřejmě, pro hodnoty výpočtových zatížení. Proto bylo nutné provést zesílení této stropní konstrukce, nejen z hlediska statického, ale také z hlediska konstrukčního. Protože konstrukční změny stropu se lépe provádí na betonový podklad. 33

34 Návrh spřažení, resp. celé skladby budoucího takto zesíleného stropu je nutno řádně posoudit nejen z hlediska statiky, ale také z hlediska tepelné techniky. Je třeba posoudit kondenzaci vodní páry uvnitř stropní konstrukce podle kap. 6 ČSN [19], resp. možnost ohrožení funkce dřevěného záklopu a dalších dřevěných prvků. To proto, aby nemohlo v budoucnu, při užívání stropu, dojít k napadení dřevěných prvků dřevokaznými biologickými škůdci. Posouzení se provede podle ČSN [19], vhodným výpočetním programem (např. TEPLO 2002). Z tohoto hlediska je však nutné posoudit nově navrženou stropní konstrukci nejen v její ploše, ale také v kritických místech (vodorovné kouty u obvodové zdi pod stropem a nad podlahou, uložení stropních trámů, apod.). Posouzení ve zmíněných kritických místech je třeba provést proto, že průběh teplot na povrchu i uvnitř konstrukce zde bývá odlišný od průběhu teplot v ploše stropu. Posouzení povrchové kondenzace se provede podle zásad uvedených v kap ČSN [19]. Průběh teplot (resp. vlhkostí) v příslušných konstrukcích se vyšetří pomocí dvourozměrného vedení tepla (resp. vlhkosti) řešením teplotních (resp. vlhkostních) polí - vhodným výpočetním programem (např. AREA 2002). Pokud jde o vnitřní kondenzaci v kritických místech - řešení roční bilance kondenzace vodní páry při dvourozměrném vedení tepla není žádným normativním předpisem či jinou metodikou upraveno. Je však rovněž možno použít výstupů např. z programu AREA Dle statického výpočtu bylo navrženo spřažení dřevěných stropnic s dodatečně nadbetonovanou deskou z betonu B20 (dle nového značení - C 20/25 s KARI sítí). Jako prvky spřažení byly použity hřebíky ø 5,0/180mm, které byly osazeny dle statického výpočtu. Trám byl rozdělen na pět částí o délce 1,6m; hřebíky byly rozmístěny v řadách po vzdálenostech 70mm a v jednotlivých úsecích se měnil pouze počet prvků v řadě, a to od 3 do 5 kusů Postup při rekonstrukci stropu pro výpočet změny průhybu: V první fázi rekonstrukce byla odstraněna podhledová omítka s rákosovou rohoží a také všechny stávající podhledové vrstvy až na záklop z dřevěných prken.stropní trámy působí jako spojité nosníky o dvou polích délky 4,6 m a 3,5 m. Stropní konstrukce byla opatřena hřebíky dle statického výpočtu a připevněna podkladovou výztuž KARI síť. Před započetím betonáže byla konstrukce dodatečně podepřena podle statických výpočtů. Pokud jde o nadbetonování, nevýhodou zde může být velká hmotnost betonové desky. Je však možno použít lehkých betonů. Návrh spřažení, stejně jako každý jiný způsob rekonstrukce, či zesílení stropní konstrukce musí být doložen 34

35 statickým výpočtem. A to nejen jeho definitivní fáze v rámci spolupůsobení dřeva a betonu po jeho zatvrdnutí, ale i montážní fáze, kdy čerstvě položený beton, který ještě nespolupůsobí, stávající stropní konstrukci pouze zatěžuje. V případě, že stávající dřevěný strop nebude schopen přenést hmotnost čerstvého betonu, bude nutno jej dočasně, po dobu tvrdnutí betonu, podepřít. Správná funkce takto zesíleného stropu (jeho zvýšená únosnost a minimální průhyb) závisí na dobrém vzájemném spolupůsobení původního dřevěného stropu a zesilujícího betonu. To je ovlivněno smykovou pevností a tuhostí spojů mezi původní konstrukcí a nadbetonováním - hřebíků, vrutů, ocelových desek s prolisovanými trny, vrutů se dvěma hlavami, respektive jiných spřahovacích prostředků. Obr. 9. Přidáním dvou navržených montážních podpor vždy doprostřed rozpětí pole trámu se původní statické schéma změní ze spojitého nosníku o dvou polích na spojitý nosník o čtyřech polích. Po rozepření následovala betonáž stropní desky. V tomto stádiu přenášely dřevěné stropní trámy navíc tíhu mokré betonové směsi za pomocí dodatečných podpor. Toto zatížení konstrukce nese betonovou směs do té doby, dokud beton nezatvrdne a nevyzraje na dostatečnou únosnost. Pro betonáž je vhodné použít betonovou směs suchou - o hodnotě vodního součinitele w < 0,5. Realizace spřažení stávajícího dřevěného stropu s betonovou deskou je mokrý proces. Z tohoto důvodu je nutno dbát, aby nedošlo k nadměrnému promáčení záklopu, případně dalších prvků stropu Povrch záklopu však není třeba chránit před vlhkým betonem, protože jeho zatížení vlhkostí ze záměsové vody je krátkodobé, voda nepronikne do hloubky dřeva větší než 2 mm (v závislosti na konzistenci betonové směsi a na struktuře povrchu dřeva). Předmětná vlhkost se pak navíc zpětně spotřebuje při hydrataci betonu. Před uzavřením betonové vrstvy další vrstvou podlahy musí být suchá, resp. vykazovat pouze rovnovážnou vlhkost. Po dosažení požadované únosnosti a vlhkosti betonové směsi to je po 28 dnech tvrdnutí směsi byly dodatečné podpory odstraněny a pokračovalo se v další výstavbě. Na místě těchto podpor začala působit síla odpovídající síle původní reakci na spojitém nosníku v montážním stádiu. Statické schéma je nyní opět v podobě spojitého nosníku o dvou polích. Nosným prvkem stropu je v této fázi již spřažený dřevobetonový průřez tvaru T. [9] 35

36 Obr. 9. Skladba stropní konstrukce vlevo před a vpravo po spřažení: 1 dřevěný trám 200x200mm, 2 podbití, 3 záklop, 4 omítka na rákosu, 5 heraklitová deska, 6 štěrkový násyp, 7 betonová mazanina, 8 omítka, 9 hřebíky 5,0x180mm, 10 beton B20 a KARI síť, 11 vytápěná podlaha, 12 roznášecí vrstva, 13 nášlapná vrstva. [9] V poslední fázi byla provedena další podlahová vrstva podle projektu. Podhledová část stropu byla provedena pomocí ocelového roštu a připevněním sádrokartonu, nebo pomocí omítky na stávající podbití za pomocí rabicového pletiva. Spřažený průřez bude působit stále jako spojitý nosník o dvou polích, oproti předchozímu stádiu se zvýší zatížení na 1m 2, ale zlepší se únosnost stropu a zvuková neprůzvučnost stropu. [9] Výpočet změny průhybu a měření in situ Na základě stanoveného zatížení a typu nosného prvku dřevěná stropnice nebo spřažený průřez byl v programu Nexis proveden výpočet předpokládané změny průhybu konstrukce pro montážní stádium a pro stav po odstranění dočasných podpor. Měření proběhlo na stavbě s použitím laserové vodováhy, měřící latě a svinovacího metru. Nejprve byl zaměřen stav stropní konstrukce po odstranění příslušných vrstev, tedy ve stádiu před započetím prací. Dále bylo přetvoření sledováno v průběhu sanačního zásahu v montážním stádiu následně po odstranění dočasných podpor. Další měření proběhlo po provedení dalších vrstev stropu. [9] 36

37 Montážní stádium V montážním stádiu byl proveden výpočet i zaměření změny průhybu oproti stavu před započetím prací. Maximální vypočítaný přírůstek průhybu byl 0,3mm, zatím co naměřená hodnota odpovídala 32mm. Výsledky se vzájemně liší proto, že provádění montážních podpor bohužel nebylo v souladu s technologickým předpisem. [9] Obr. 10. Přírůstek průhybu v montážním stádiu v mm půdorys stropu. [9] 37

38 Stádium po odstranění montážních podpor Odstranění dočasných podpor došlo na základě změny zatížení opět ke změně průhybu, která byla teoreticky určena výpočtem na 1,5mm a následně zaměřena ve skutečnosti ve výši 3mm. Křivky průhybu sobě v obou případech téměř odpovídají, což dokazují následující obrázky. Rozdílné hodnoty změny průhybu mezi předpokládaným a skutečným stavem mohou být dány nepřesnosti při zaměřování in situ, kdy bylo možné určit velikost průhybu pouze na celé mm. Také je nutné konstatovat, že okrajové podmínky zadané do výpočtu úplně nevystihují okrajové podmínky reálné. [9] Obr.11. Přírůstek průhybu po odstranění podpor v mm půdorys stropu. [9] Průhyb zesilovaného trámového stropu se v průběhu rekonstrukce mění v závislosti na měnícím se zatížení, způsobu podepření a typu nosného průřezu. Předpokládanou změnu průhybu v montážním stádiu nelze srovnávat se skutečně naměřenými hodnotami na stavbě, protože při provádění dočasného podepření nabylo postupováno technologicky správně. Po odstranění těchto podpor sice vypočítaná a naměřená změna přetvoření nejsou zcela totožná, ovšem křivka průhybu je téměř shodná. Rozdílné hodnoty mohou být důsledkem nepřesností při zaměřování. Problém je v místech měření a osazení měřících bodů, neboť nebylo možno provést geodetické zaměření. [9] 38

39 Tab.č.3. Srovnání hodnot přírůstků průhybu ve stádiu po odstranění montážních podpor v jednotlivých měřících bodech. [9] Obývací Přírůstek průhybu [mm] pokoj Označení Vypočtený Změřený budovy 1-0, , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , ,19 0 Ložnice Přírůstek průhybu [mm] Označení Vypočtený Změřený budovy 1-0, , , , , , , , , , , , , , ,

40 10.2. Stropní konstrukce s použitím lehčeného betonu [8] Rozbor účinnosti spřažení kompozitního dřevobetonového průřezu s lehkým betonem S kompozitními dřevobetonovými konstrukcemi se setkáváme jak u novostaveb, tak i v oblasti rekonstrukcí, zejména při sanaci stávajících stropů. Při tomto pokusu byla na záklop dřevěného stropu zhotovena betonová deska s betonem C20/25 (B20) o tloušťce 60mm. Proti smršťování betonové směsi a pro zvýšení únosnosti byla použita betonářská výztuž KARI síť. Jako spojovací prvky se použily hřebíky nebo vruty. Kompozitní konstrukce je realizována na základě statického výpočtu podle normy ČSN , která nám také určí typ, množství a způsob rozmístění spojovacích prvků po délce trámu. [8] Experimentální analýza Analýza skutečného působení kompozitních dřevobetonových konstrukcí je základem pro vytvoření optimálního návrhu spřažené konstrukce.v rámci tohoto projektu byl použit způsob sanace dřevěných stropů s lehkým hutným betonem a s kamenivem Liapor. Cílem bylo ověření vhodnosti Liaporbetonu pro dané konstrukce a dále také objasnit také vliv rozmístění spojovacích prostředků na vzájemnou soudržnost. Chování zpraženého průřezu bylo vyhodnoceno na základě provedení zátěžových zkoušek, o jejichž průběhu pojednává následný text. [8] 40

41 Příprava experimentu Pro zatěžovací zkoušky byly vyrobeny vzorky spřažených průřezů, které se skládaly z dřevěného trámu třídy S II o rozměrech 120x180x500mm a dvou vrstev Liaporbetonu LC 20/22 o objemové hmotnosti ve vysušeném stavu 1685kg/m 3. Jako prvky spřažení byly použity běžné stavební hřebíky ø5/150mm. Vzorky byly provedeny v několika variantách : - Soubor vzorků bez mezivrstvy. - Soubor vzorků s mezivrstvou v podobě dřevěného bednění. - Soubor vzorků s dřevěným bedněním a separační fólií. Hřebíky byly osazeny vždy po 2ks vedle sebe a každá varianta byla navíc provedena s různými vzdálenostmi řad hřebíků : - Řady hřebíků po 100mm - Řady hřebíků po 150mm - Řady hřebíků po 200mm Obr. 12. Zkušební těleso s bedněním a vzdáleností řad hřebíků 200mm umístěné v dřevěné formě před a po betonáži. [8] Provedení zátěžových zkoušek Ve spolupráci s Ing. Pavlem Schmidtem, PH.D. byly v laboratoři Ústavu stavebního zkušebnictví provedeny zatěžovací zkoušky. Spřažený prvek byl umístěn do lisu pro sledování deformace v podobě posunu dřevěného trámu oproti betonovým částem prvku byl opatřen dvěma čidly s elektronickým výstupem. Zatěžovací síla byla do dřevěného trámku prvku vnášena rovnoměrně přes roznášení ocelovou deskou. Nárůst zatěžovací síly byl plynulý bez stádia odtížení, a to až do posunu dřeva oproti betonu o 40mm. [8] 41

42 Obr.13. Schéma a realizace zatěžovací zkoušky. [8] Při provádění zkoušky byla pozorována deformace spojovacích prvků a u většiny vzorků s bedněním porušení dřevěných prken v místě otlačení hřebíky. Betonové části průřezů byly u některých prvků viditelně poškozeny, u horní řady hřebíků vznikala při vyšším zatížení trhlina, pravděpodobně v důsledku tahového napětí vzniklého při deformaci. Dřevěný trám nebyl porušen. [8] Obr.14. Vlevo posun dřevěné části v průběhu zatěžovací zkoušky, vpravo detail porušení dřevěného bednění v místě hřebíkového spoje. [8] Vlhkostní stav dřevěných prvků Na základě výsledků měření hmotnostní vlhkosti můžeme konstatovat, že po aplikaci mokré betonové směsi s vodním součinitelem 0,3l dochází k nárůstu vlhkosti v dřevěných prvcích o necelé 1%, a to u konstrukcí bez použití separační vrstvy. Takže nedochází 42

43 k výraznějšímu ovlivnění mechanických vlastností dřeva. Po zvýšení hmotnostní vlhkosti v důsledku betonáže dochází následně k vysychání jak betonu, tak i dřeva. Použitím separační folie jsme zamezili vzniku technologické vlhkosti do dřeva a tím je umožněno jeho vysychání i těsně po betonáži. [8] Výsledky měření vlhkostního stavu dřevěných prvků u modelů spřažených průřezů jsou shrnuty v tabulce č.4. Průměrný přírůstek vlhkosti typ vzorku / čas Po betonáži 14dní po betonáži bez mezivrstev 0,8-4,6 s bedněním 0,1-5 s bedněním a fólií -0,2-6,8 Tab.č.4. Zhodnocení přírůstků vlhkosti měřených u trámů jednotlivých typů vzorků oproti předchozímu stavu. Průměry jsou uvažovány vždy s vyloučením nejvyšší a nejnižší naměřené hodnoty. [8] Výsledky provedeného experimentu Výstupem ze zkoušek jsou zatěžovací diagramy v závislosti síly na deformaci. Následující grafy jsou zpracovány jako průměrné hodnoty z experimentu provedeného vždy na 5 kusech daného prvku. Křivka u modelů s mezivrstvami je průběžná, bez větších odchylek. U modelů bez mezivrstev můžeme sledovat při deformaci cca 0,5 1,5mm náhlý pokles zatěžovací síly F. Pravděpodobně je to způsobeno deformací hřebíkového spoje a porušení adhezního spolupůsobení mezi dřevěným trámem a betonem, které u ostatních průřezů zajišťuje dřevěné bednění. [8] 43

44 Graf č.1. Průměrný grafický výstup zatěžovacích zkoušek pro prvky bez mezivrstvy, s bedněním (B) a s bedněním a fólií (F) o vzdálenosti 100, 150 a 200mm. [8] Na základě těchto zatěžovacích křivek v grafu č.1. byly sestaveny následující tabulky, abychom mohli lépe pozorovat vlastnosti jednotlivých typů vzorků. Pro názornost byly vybrány deformace spřažených modelů v hodnotě 1mm a 15mm a k nim odpovídající zatěžovací síly. Síla F /kn/ při deformaci W Směrodatná Variační Vzorek ks W = 1mm W = 15mm odchylka koeficient ,18 82,5 2,44 5,97 100B 5 18,43 72,71 6,42 41,23 100F 5 12,64 51,13 5,48 30,01 Tab.č. 4. Síla F /kn/ při deformaci W Směrodatná Variační Vzorek ks W = 1mm W = 15mm odchylka koeficient ,29 70,06 9, B 5 17,66 50,38 3,32 11,05 150F 5 11,36 46,97 2,13 4,5 Tab.č

45 Síla F /kn/ při deformaci W Směrodatná Variační Vzorek ks W = 1mm W = 15mm odchylka koeficient ,18 42,48 3, B 5 12,08 40,62 5, F 5 7,72 26,84 3,83 14,7 Tab.č.6. Tab.č.4, 5, 6. Hodnoty zatěžovací síly pro vybrané deformace vzorků se vzdáleností řad hřebíků 100, 150 a 200mm. Jednotlivé řady odpovídají provedení modelů bez separačních vrstev, s bedněním (B ) a pro vzorky s bedněním a fólií (F). [8] Pokud budeme sledovat prvek o daném rozestupu řad hřebíků ve třech zmíněných provedeních (bez mezivrstev, s bedněním a fólií), můžeme zjistit, že největší únosnost vykazuje vždy skupina prvků bez mezivrstev, následuje série s dřevěným bedněním a nejmenší únosnost vykazují prvky při použití bednění a separační fólie. S klesajícím počtem prvků spřažení klesá i únosnost, a to přibližně lineárně. [8] V průběhu zatěžování dochází k deformaci prvků spřažení. Po provedení zatěžovací smykové zkoušky můžeme popsat deformovaný spřažený prvek následovně: Hřebíky se vysunou z dřevní hmoty trámu cca o 10mm, z betonu o 1mm zde dochází k drcení betonu pod hlavičkou hřebíku. Dále dochází v místě spoje k otlačení betonu přibližně o 5 mm, ale hlavně k otlačení dřeva, a to až o 40mm. Spojovací prvky jsou navíc deformovány na základě vzájemného posunu spojovaných vrstev. Dá se předpokládat, že se zde uplatňuje i protažení hřebíku. [8] Závěrem této zkoušky můžeme konstatovat, že mezivrstva mezi dřevěným trámem a betonovou deskou u spřažených nosníků má značný vliv na únosnost ve smyku. S dvojnásobným počtem spojovacích prvků se tato únosnost zvyšuje a to přibližně o 100%. Betonáž nezpůsobila téměř žádný nárůst vlhkosti dřevěného trámu, a to jak u prvků s bedněním, tak bez mezivrstvy. Hodnoty hmotností vlhkosti byly naměřeny před provedení betonových vrstev v hodnotách 14-28%, po betonáži potom v mezích 14,5-28%.[8] 45

46 11. Řešení rekonstrukce stávající konstrukce Úvod do rekonstrukce Při rekonstrukci stávajících objektů se často setkáváme s potřebou zesílení a zlepšení vlastností stávajících starých dřevěných nosných konstrukcí. Jedna z opomíjených rekonstrukčních metod před odbornou i laickou veřejností je spřažení stávajícího stropu s železobetonovou deskou. Je to metoda, která pomocí hřebíků, vrutů, kolíků, skob a jiných upevňovacích elementů spřáhne stávající nosné trámy s betonářskou výztuží a betonovou deskou. Princip spřažení a způsob výpočtu byl publikován již v roce Ačkoliv se jedná o poměrně jednoduchou a účinnou technologii zesílení, zdá se, že metoda je známa spíše statikům. Málo, či zkresleně, se o této metodě ví mezi investory, architekty a stavebními projektanty, kteří se převážnou měrou podílejí na koncepci rekonstrukce objektu. Při rekonstrukci stropu nejprve odebereme konstrukční vrstvy a zkontrolujeme zdravotní stav nosných prvků, zejména ve zhlavích. Pokud je zhlaví trámu špatné, málo únosné, provedeme jeho opravu. Nejprve vysekáme kapsy v nosných stěnách o hloubce minimálně 150mm pro vyšší únosnost stropu. Následně záklop a zhlaví stropnic ošetříme ochranným nátěrem z preventivních důvodů, abychom předešli možného napadení nosné dřevěné konstrukce plísněmi, houbami a hmyzem. Tento nátěr nanášíme také proto, abychom zamezili vniknutí vody do dřevěné konstrukce, protože při betonování pracujeme s vodou, která by mohla působit neblaze na konstrukci. Po nanesení ochranného nátěru do stropnic zatlučeme hřebíky, nebo zavrtáme vruty, to vše dle statického výpočtu. Následně položíme betonářskou výztuž, která může být jako KARI síť. Toto použití je omezeno vstupními otvory do budovy (může nastat problém, jak tuto síť dostat do uzavřeného prostoru), nebo můžeme požít pruty, které následně po položení svážeme, nebo svaříme v jeden celek. Po dokončení výztuže podepřeme stropnice, aby nedošlo k nežádoucímu průhybu konstrukce. Přidáním montážních podpor do rozpětí pole trámu se původní statické schéma změní ze spojitého nosníku o dvou polích na spojitý nosník o více polích. Následně po dokončení preventivního podepření stropu naneseme beton třídy C20/25 (B20), abychom docílili tloušťku betonové desky minimálně 60mm. Beton, který použijeme, bych doporučoval si nechat zhotovit odbornou firmou v betonárce. Tento zhotovený beton je přesně odměřen dávkovacími stroji a hlavně si můžeme nechat do betonové směsi namíchat plastifikátory, které nám pomáhají zpracovat směs s menším množstvím vody a tím máme menší relativní vlhkost betonu, a hlavně méně 46

47 vody vnikne do stávající konstrukce budovy. Vykazuje daleko lepší pevnostní vlastnosti. Beton zhotovený na stavbě, může vykazovat až o 40% nižší pevnost a spotřebujeme daleko větší množství vody, která pak vnikne do konstrukce. Touto rekonstrukcí se dosáhne 3 až 4 násobného zvýšení únosnosti a tuhosti nosné konstrukce. Během tvrdnutí betonu můžeme postupně odstranit montážní podpory. Po zatvrdnutí betonu můžeme pokračovat v další rekonstrukci. Obr. 15. Spřažení dřevěného trámového stropu s betonovou deskou a výztuží. Obr. 16. Schematický výkres rekonstruovaného stropu. 47

48 11.2. Výpočet stávajícího stropu (bez spřažení) Stropnice- prostý nosník délky l = 5m. Osová vzdálenost stropnice je 900mm, zatížení je rovnoměrné po celém nosníku. Stálé zatížení: Skladba stropu: (m)x(kn.m -2 ) g n (kn.m -2 ) У n g s (kn.m -2 ) У f g f (kn.m -2 ) Záklop z prken:0,025x8 0,200 0,95 0,190 1,1 0,209 Trám: 0,180x0,250x8 0,360 0,95 0,342 1,1 0,376 Podbití: 0,02x8 0,160 0,95 0,152 1,1 0,167 Vápená omítka:0,02x15 0,300 0,95 0,285 1,3 0,371 Součet: 1,020 0,963 1,123 Tab.č.7. Nahodilé zatížení konstrukce: Výpočtové nahodilé zatížení v d = У f. v n = 1,4. 1,5 = 2,10 kn.m -1 Základní kombinace zatížení: normové g n + v n = 1, ,500 = 2,520 kn.m -2 výpočtové g d + v d = 1, ,100 = 3,223 kn.m -2 Maximální ohybový moment M = 1 ql 2 1 = 2 8.3,223.5,0 8 Maximální posouvající síla 1 1 Q =. ql =.3,223.5 = 8,06 kn 2 2 Průřezový modul stropnice: W M = R. γ R = 10, ,85 = 0, = 10,07 kn.m -1 3 m 3 = 713,3cm 3 σ = M 10,07 1 = = 7898,03kPa 2 1 bh. γ 0,18.0,25 2.0, σ = 7,9MPa < R d = 10,2MPa Vyhovuje 48

49 Posouzeni z hlediska průhybu: I x = 1 12 b. h 3 = ,18.0,25 3 = 0, ql 5.3,223.5 f g =. = = 11, 21mm E. I , l 5000 f max = = = 14, 29mm f g = 11,21mm < f max = 14,29mm Vyhovuje m 3 49

50 11.3. Výpočet navrhovaného spřaženého stropu pro zadání v kapitole [23] DŘEVOBETON Rozpětí trámů m 5 Tloušťka desky mm 60 Rozměry dřevěného trámu hd [m] 0,250 bd [m] 0,180 Modul pružnosti dřeva Ed [MPa] Moment setrvačnosti trámu Id [m4] 2,344E-04 Plocha trámu Ad [m2] 4,500E-02 Rozměry betonové desky hb [m] 0,060 bb [m] 0,900 Beton třídy B20 Vzdálenost spodního líce desky od trámu ht [m] 0,025 Modul pružnosti betonu Eb [MPa] Moment setrvačnosti desky Ib [m4] 1,620E-05 Plocha betonu Ab [m2] 5,400E-02 Rozměry nosníku Rozpětí nosníku l [m] 5,000 Podepření stropu při provádění (A/N) n Parametry spřaženého průřezu Poloha těžiště ideálního průřezu od NO trámu ahd [m] 0,118 Poloha těžiště ideálního průřezu od NO desky ahb [m] 0,037 Poloha těžiště ideálního průřezu od spodního líce hi [m] 0,243 E*I ideálního průřezu EIi [knm2] 11042,577 Moment setrvačnosti ideálního průřezu pro dřevo Idi [m4] 1,104E-03 Moment setrvačnosti ideálního průřezu pro beton Ibi [m4] 4,090E-04 Stat. moment desky k těžíšti ideálního průřezu Sy [m3] 3,324E-03 Zatížení normové koef. výpočtové gn [kn/m2] γf gd [kn/m2] Stálé před spřažením gns, gds 0,500 1,200 0,600 Stálé po spřažení gnp, gdp 0,750 1,200 0,900 Nahodilé gnh, gdh 1,500 1,400 2,100 Zatížení od betonové desky gnob, gdob (kn/m) 1,350 1,100 1,485 Zatížení od dřevěného trámu gnod, gdod (kn/m) 0,270 1,100 0,297 Vlastní váha působící před spřažením gno, gdo (kn/m) 1,620 1,100 1,782 Napětí ve dřevě ( + tah, - tlak) Moment uprostřed rozpětí před spřažením Ms [knm] 7,256 Moment uprostřed rozpětí po spřažení Mp [knm] 8,438 Napětí v dolních vláknech před spřažením Ss [kpa] 3870,000 Napětí v dolních vláknech po spřažení Sp [kpa] 1860,122 Napětí v horních vláknech po spřažení Sph [kpa] -50,098 Celkové napětí v dolních vláknech S [kpa] 5730,122 <= 10200,000 Posouzení VYHOVÍ Napětí v betonu Napětí v horních vláknech po spřažení Sb [kpa] 1373,088 <= 11500,000 Posouzení VYHOVÍ Napětí v dolních vláknech po spřažení Sbd [kpa] 135,265 <= 11500,000 Posouzení VYHOVÍ Výpočet průhybu a smykové síly ve spřažení Poměrové číslo mezního průhybu m 300 Průhyb trámu před spřažením fs [mm] 7,2 Průhyb trámu po spřažení fp [mm] 1,5 50

51 Celkový průhyb f [mm] 8,7 <= 16,7 Posouzení VYHOVÍ Smyková síla na konci trámu Ty [kn/m] 60,957 Síla ve spřažení (pro polovinu nosníku) Ns [kn] 76,196 Smykové napětí v trámu při ohybu Tss [Mpa] 0,226 > 1,020 Posouzení VYHOVÍ Dimenzování spřažení Pro d>5mm předvrtat otvory o průměru 0,85d tj. [mm] 5,355 Průměr trnů d [mm] 6,300 Výpočtové namáhání ve smyku Rd [MPa] 125,000 Únosnost trnu Td [kn] 3,897 Únosnost spoje Ts [kn] 1,432 Staticky nutný počet trnů p 108 Délka zapuštění trnu do trámu dl [mm] 75,6 Dle ČSN (Max. rozteč trnů je omezena na 200 Rozložení trnů - více řad podél trámu mm) Počet řad t 4 Krajní osmina trámu po [mm] 93 7 x 4 x 2 ks Další osmina trámu trny po [mm] x 4 x 2 ks Prostřední polovina trámu trny po [mm] x 4 ks Celkem pro celý trám 140 ks Vzdálenost hřebíků od krajů trámu napříč trámem [mm] 32 >= 32 Vzdálenost mezi hřebíky napříč trámem [mm] 39 >= 19 Posouzení na min. rozteč v příčném směru trámu VYHOVÍ Dle ČSN Posouzení na min. rozteč v podélném směru trámu VYHOVÍ min. rozteč je 63 51

52 11.4. Alternativy pro měnící se tloušťku desky Posouzení výpočtu dřebobetonové desky-tloušťka desky Tloušťka desky [mm] Napětí ve dřevě Celkové napětí v dolních vláknech Max. hodnota 10200kPa Napětí v betonu Horní vlákna po spřažení Max. hodnota 11500kPa Dolní vlákna po spřažení Max. hodnota 11500kPa Výpočet průhybu a smykové síly ve spřažení Celkový průhyb Max. hodnota 16,7 mm Smykové napětí v trámu při ohybu Max. hodnota Rozložení trnů Minimální rozteč v příčném směru trámu Dle ČSN Minimální rozteč v podélném směru trámu Minimální rozteč je 63mm 1,02MPa , , ,128 6,9 0,240 VYHOVÍ , , ,600 7,5 0,237 VYHOVÍ , , ,551 8,1 0,232 VYHOVÍ , , ,265 8,7 0,223 VYHOVÍ , , ,401 10,7 0,204 VYHOVÍ 94 Červeně označené hodnoty - NEVYHOVÍ DANÝM PODMÍNKÁM Tab.č.8. Hodnoty daných výpočtů U výpočtu na posouzení různých variant s tloušťkou desky všechny varianty vyhověly daným podmínkám ve výpočtu. Pro konstrukci se stropu se dají použít všechny varianta, ale desky větší tloušťkou jsou nehospodárné a zbytečně zatěžují svislou konstrukci stavby. Zároveň s použitím větší tloušťky betonové desky snížíme neprůzvučnost stropu. Konstrukce by se měla navrhnou podle zkušeností a s tzv. citem abychom vyhověli všem požadavkům. 52

53 11.5. Alternativy podle rozpětí nosných vodorovných prvků Posouzení výpočtu dřebobetonové desky-rozpětí desky Rozpětí trámů [m] Napětí ve dřevě Celkové napětí v dolních vláknech Max. hodnota 10200kPa Napětí v betonu Horní vlákna po spřažení Max. hodnota 11500kPa Dolní vlákna po spřažení Max. hodnota 11500kPa Výpočet průhybu a smykové síly ve spřažení Celkový průhyb Max. hodnota mm Smykové napětí v trámu při ohybu Max. hodnota 1,02MPa Rozložení trnů Minimální rozteč v příčném směru trámu Dle ČSN Minimál ní rozteč v podéln ém směru trámu Minimál ní rozteč je 63mm , ,312 48,695 1,1<10,0 0,082 VYHOVÍ , ,776 86,570 3,6<13,3 0,145 VYHOVÍ , , ,265 8,7<16,7 0,223 VYHOVÍ , , ,782 18,0<20,0 0,326 VYHOVÍ , , ,259 91,1>30,0 0,734 VYHOVÍ 52 Červeně označené hodnoty - NEVYHOVÍ DANÝM PODMÍNKÁM Tab.č.9. Hodnoty daných výpočtů Při navrhování konstrukce s větším rozpětím je už kladen důraz na průhyb konstrukce, napětí ve vláknech dřevěné konstrukce a množství výztuže. K odstranění těchto problémů postupujeme takto: Zvýšíme množství stropních trámů, tím docílíme menšího zatížení na plochu trámu a sníží se nám průhyb stropnic. Také zároveň snížíme napětí v dolních vláknech stropnic. K problému s roztečí výztuže bych navrhl, použití hřebíků většího průměru a tím docílíme větší rozteče a odstraníme tento problém. 53

54 11.6. Alternativy podle měnícího se nahodilého zatížení Posouzení výpočtu dřebobetonové desky- nahodilé zatíženi Nahodilé zatížení dle ČSN a ČSN P ENV [kn/m 2 ] Napětí ve dřevě Celkové napětí v dolních vláknech Max. hodnota 10200kPa Napětí v betonu Horní vlákna po spřažení Max. hodnota 11500kPa Dolní vlákna po spřažení Max. hodnota 11500kPa Výpočet průhybu a smykové síly ve spřažení Celkový průhyb Max. hodnota 16,7 mm Smykové napětí v trámu při ohybu Max. hodnota 1,02MPa Rozložení trnů Minimální rozteč v příčném směru trámu Dle ČSN Minimální rozteč v podélném směru trámu Minimální rozteč je 63mm 1,5 5730, , ,265 8,7 0,223 VYHOVÍ , , ,827 9,0 0,279 VYHOVÍ , , ,951 9,7 0,385 VYHOVÍ , , ,075 10,3 0,491 VYHOVÍ , , ,322 11,7 0,702 VYHOVÍ 30 Červeně označené hodnoty - NEVYHOVÍ DANÝM PODMÍNKÁM Tab.č.10. Hodnoty daných výpočtů Při výpočtu s různým nahodilým zatížením nám nastává problém s roztečí trnů. Tento problém odstraníme tím, že použijeme trny s větším průměrem a problém bude vyřešen. Po vyměně trnů by výpočty měly vyhovět. 54

55 11.7. Rekonstrukce zhlaví trámu Pokud najdeme při průzkumu konstrukce mechanické, nebo biologické poškození zhlaví trámů a zjistíme, že by už nevyhovovalo stejnému, či většímu zatížení, můžeme stropní trám vyměnit. Tento trám můžeme vyměnit celý (což je zbytečné a neekonomické ), nebo pouze zhlaví trámu pomocí konstrukčních příložek. Zhlaví trámu můžeme vyměnit pomocí ocelových úhelníků, nebo jen prkennými příložkami. Před započetím práce je nutno rozhodnout, kterým způsobem provedeme opravu a nachystáme si potřebný materiál. Pro spřažené dřevobetonové stropy lze doporučit opravu pomocí ocelových příložek, které můžeme spojit s ocelovou výztuží stropu. Nejprve podepřeme stropnici, kterou budeme opravovat, následně odřízneme poškozenou část nosného trámu. Po odstranění poškozené části zbylou část stropnice chemicky ošetříme proti hmyzu, houbám a plísním. Použijeme běžně dostupné ochranné prostředky ( BOCHEMIT, LIGNOFIX ). Následně připevníme ocelové úhelníky pomocí ocelových šroubů. Uložení v kapse nosného zdiva zabetonujeme. Konstrukční podpěru odstraníme až po zatvrdnutí betonové směsi. Při rekonstrukci stropnice pomocí přeplátování použijeme prkna, která přibijeme na stropnici. Kapsu ve zdivu necháme otevřenou, aby unikala případná vlhkost. Při připevnění naimpregnovaných příložek položíme stropnici do kapsy na naimpregnovanou podložku. Tato oprava je jednoduchá a hlavně rychlá, protože konstrukční podpory můžeme okamžitě odstranit.obr

56 Obr. 17. Rekonstrukce zhlaví trámů.[21] 56