Konstrukce spodní stavby

ČVUT v Praze Fakulta stavební PSA2 - POZEMNÍ STAVBY A2 (do roku 2015 název KP2) Konstrukce spodní stavby doc. Ing. Jiří Pazderka, Ph.D. Katedra konstrukcí pozemních staveb Zpracováno v návaznosti na původní přednášky KP20 prof. Ing. Petra Hájka, CSc. 2015/16

Požadavky na spodní stavbu Základní definice Spodní stavba (u podsklepených objektů) tvoří přechod mezi horní stavbou, základy a základovou půdou. Statická funkce spodní stavby Spodní stavba přenáší: veškeré svislé zatížení od horní stavby zemní tlak okolního horninového prostředí vodorovné reakce horní stavby od zatížení větrem Suterénní stěny musí být navrženy tak, aby přenášely vodorovně působící zemní tlak.

Požadavky na spodní stavbu Zemní tlak na suterénní stěnu Zemní tlak v klidu Nedochází k vzájemnému posunu konstrukce a zeminy. Schema rozdělení zemního tlaku u nesoudržných zemin Aktivní zemní tlak Přemístění a přetvoření konstrukce směrem od zeminy je tak velké, že se dosáhne plné aktivizace smykové pevnosti na smykové ploše v zemině. Pasivní zemní tlak Přemístění a přetvoření konstrukce směrem do zeminy je tak velké, že se dosáhne plné aktivizace smykové pevnosti na smykové ploše v zemině.

Požadavky na spodní stavbu Pro aktivní zemní tlak při naklonění kolem paty platí vztah: σ ah = γ h K kde σ ah [MPa] - zemní tlak (napětí od okolní zeminy) v hloubce h. γ [kn/m 3 ] - objemová tíha zeminy K - součinitel zemního tlaku, závislý na úhlu vnitřního tření zeminy φ, na úhlu tření mezi zeminou a rubem konstrukce δ, na sklonu rubu konstrukce α a na sklonu terénu nad konstrukcí β.

Požadavky na spodní stavbu Ochrana spodní stavby proti vodě a vlhkosti Konstrukčnířešení spodní stavby je vždy bezprostředně spojeno s řešením ochrany konstrukcí spodní stavby proti působení vody a vlhkosti. Základní princip ochrany spodní stavby proti vodě a vlhkosti spočívá v návrhu spojité a trvanlivé hydroizolační obálky. Ta může být provedena použitím následujících hydroizolačních technologií: Přímé hydroizolační principy (nutno vždy navrhnout) - povlakové hydroizolace - tzv. bílé základové vany Nepřímé hydroizolační principy - odvodnění horninového prostředí (drenáže, jímky) - úprava okolních ploch objektu - výběr základových poměrů (umístění stavby) Podrobněji viz další přednášky.

Požadavky na spodní stavbu Ochrana spodní stavby proti pronikání radonu Konstrukčnířešení spodní stavby z hlediska ochrany proti pronikání radonu z podloží je u novostaveb obvykle spojeno s řešením ochrany spodní stavby proti vodě a vlhkosti. (podrobně viz další přednáška) Tepelná technika Obvodové stěny suterénu je nutno řešit z hlediska požadavků stavební tepelné techniky a to jak v částech vystupujících nad terén tak i pod úrovní terénu. Požadavky na součinitel prostupu tepla (U) jsou stanoveny v ČSN 73 0540-2 pro - strop nad suterénem (v závislosti na rozdílu teplot) - konstrukce podzemního podlaží nad povrchem terénu - suterénní stěnu a podlahu ve styku s terénem Konstrukce spodní stavby musí být navrženy zároveň tak, aby bylo vyloučeno riziko kondenzace na povrchu konstrukcí v interiéru (teplota povrchu konstrukce nesmí poklesnout pod teplotu rosného bodu pro dané interiérové parametry)

Požadavky na spodní stavbu Větrání a osvětlení suterénních prostor Požadavek na větrání podzemního podlaží závisí na způsobu využívání suterénu (garáže, sklady, restaurace, posilovna apod.). Suterén lze větrat nuceně pomocí vzduchotechniky nebo přirozeně pomocí osvětlovacích šachet nebo anglických dvorků (viz dále). Provozně funkční požadavky Pěší přístup do suterénu z exteriéru - schodiště v anglickém dvorku Zásobování z exteriéru - uliční výtah (s gotickým obloukem) - shoz na uhlí (historické stavby)

Konstrukce spodní stavby Konstrukce suterénních stěn

Volba konstrukčního řešení Konstrukčně statické řešení suterénní stěny závisí na: konstrukci stropu rozpírající suterénní stěnu (horizontálně tuhý/netuhý strop) způsobu podepření paty stěny zajištění proti posunu od horizontálních sil charakteru svislých nosných konstrukcí a z toho vyplývající možnosti horizontálního pnutí stěny velikosti svislého zatížení suterénní stěny umožňujícího redukci tahových napětí od ohybu (stěnové systémy) požadavcích na denní osvětlení podzemních prostor navazující zástavbě (zejména u staveb v proluce) hloubce založení (konstrukční výška podzemního podlaží, počet suterénních podlaží) způsobu zajištění stěn stavební jámy (konstrukce pažení) PSA2 Spodní stavba

Statické působení suterénní stěny Gravitační působení stěny Gravitační působení stěny je založeno na principu, kdy směr výslednice vnitřních sil je příznivě ovlivněn svislým zatížením, přenášeným do suterénní stěny ze vrchní stavby - nutné dostatečně velké svislé zatížení! (nutno posoudit stabilitu stěny) Gravitační působení se uplatňuje především u zděných suterénních stěn stěna musí být provedena ze zdiva s kusovým stavivem s dostatečnou obj. hmotností. Konzolové působení stěny Staticky náročné, vycházejí zbytečně velké dimenze Použití pouze v opodstatněných případech konstrukcí s netuhými stropy nebo v případech, kde strop není.

Statické působení suterénní stěny Vertikálně pnutá suterénní stěna Obvykle ŽB monolitická nebo prefa. konstrukce (desková nebo žebrová) Nutná tuhá stropní konstrukce Omezená možnost okenních otvorů - lze vyřešit vložením mezipodlažního trámu PSA2 Spodní stavba

Statické působení suterénní stěny Horizontálně pnutá suterénní stěna Stěna je pnutá mezi nosnými stěnami nebo mezi sloupy Vhodné při menších modulech svislé nosné konstrukce Umožňuje pásové okenní otvory v suterénní stěně V případě základové vany působí stěna vícesměrně PSA2 Spodní stavba

Materiálové řešení suterénních stěn Zděná stěna Konstrukční řešení stěny - Nevyztužené zdivo (pouze gravitační působení) - Vyztužené zdivo - Předepnuté zdivo - Zdivo zesílené svislými žebry Zděná suterénní stěna musí být provedena ze zdiva s kusovým stavivem s dostatečnou objemovou hmotností (min. 1700 kg/m3). Vhodné kusové stavivo - Vápenopískové bloky (např. Silka) - Betonové tvárnice - Betonové tvárnice prolévané betonem - Těžké cihelné bloky (málo dutin) Nevhodné kusové stavivo - Plynosilikátové bloky (např. Ytong P2-500), - Superizolační cihelné bloky (např. Porotherm 40 EKO+) Zděná suterénní stěna je z hlediska spolehlivosti nejméně vhodné řešení!

Materiálové řešení suterénních stěn Železobetonová monolitická stěna Z hlediska spolehlivosti jednoznačně nejlepšířešení pro suterénní stěny. Spojitost a velká tuhost ŽB monolitické stěny zaručuje vysokou mechanickou odolnost proti statickým poruchám (trhliny) ŽB monolitická stěna slouží jako vhodný spojitý podklad pro aplikaci povlakových hydroizolací. V kombinaci s ŽB monolitickou základovou deskou umožňuje konstrukci bílé vany (viz další přednáška)

Železobetonové suterénní stěny Železobetonová prefamonolitická stěna Speciální probetonovávané suterénní panely Hodně rozšířené v zahraničí (Německo), v ČR zatím minimálně

Železobetonové suterénní stěny Železobetonová prefabrikovaná stěna Suterénní panely, horizontálně nebo vertikálně pnuté V ČR rozšířené v 70. a 80. letech v souvislosti s masivní výstavbou prefabrikovaných budov

Železobetonové suterénní stěny Železobetonové prefabrikované suterénní stěny

Železobetonové suterénní stěny Okna do železobetonových monolitických suterénních stěn

Konstrukce spodní stavby Osvětlovací šachty

Osvětlovací šachty Princip návrhu Osvětlovací šachty se navrhují v případech, kdy se okna v suterénní stěně nacházejí pod úrovní upraveného terénu (nebo u částečně zapuštěných oken). Šachta může sloužit k osvětlení i větrání suterénních prostor, případně může mít jinou funkci - vyústění potrubí VZT, shoz na uhlí, apod. Konstrukční řešení Šachty konstrukčně spojené s objektem Navrhují se v případě rizika nadměrného sedání (problém: rozdílná velikost sednutí šachta vs. objekt) Jsou součástí hydroizolační obálky spodní stavby Problém tepelných mostů u ŽB šachet Obvykle menší šachty (pro 1 nebo 2 okna)

Osvětlovací šachty Oddilatované šachty Samostatné konstrukce, uložené na únosné zemin s vyloučením rizika nadměrného sedání Šachta není součástí hydroizolační obálky spodní stavby Obvykle pro větší rozměry šachet (anglické dvorky) Lze založit na společné základové konstrukci s objektem (v případě rizika rozdílného sedání) Anglické dvorky Speciální druh velké osvětlovací šachty, ze které je možný vstup po schodišti do suterénu objektu. Obvykle se jedná o oddilatovanou ŽB konstrukci, s vlastními základy.

Anglické dvorky Příklady realizací anglických dvorků (Londýn) Osvětlovací šachta v anglickém dvorku

Plastové osvětlovací šachty Plastová osvětlovací šachta Nejčastější řešení osvětlovacích šachet Šachta je konstrukčně spojená s objektem (přišroubovaná) V případě větších hloubek lze opatřit nástavcem Otvor do šachty je uzavřen ocelovou mříží Malé rozměry - obvykle pouze pro jedno okno

Plastové osvětlovací šachty Konstrukční řešení plastových šachet Rošt (pochozí nebo pojízdný) Kotva se šroubem Nástavec (větší hloubky) Plastový světlík Tepelná izolace

Plastové osvětlovací šachty Konstrukční řešení plastových šachet Přikotvení k objektu

Plastové osvětlovací šachty Postup montáže

Plastové osvětlovací šachty Příklady realizací

Železobetonové osvětlovací šachty Železobetonová osvětlovací šachta Může být oddilatovaná i konstrukčně spojena s objektem Obvykle pro realizaci větších šachet (např. pro více oken najednou, pro větší hloubky, nebo pro anglické dvorky) Problém tepelných mostů u šachet konstrukčně spojených s objektem (ISO nosníky) ISO-nosník Nutno vložit tepelnou izolaci

Železobetonové šachty Příklady realizací

Ochrana ŽB šachet proti zemní vodě Oddilatované šachty Oddilatované ŽB šachty musí být provedeny z trvanlivého vodonepropustného betonu, jakým je např. beton s krystalizační příměsí, nebo vodostavební beton. Případně může být ŽB šachta provedena z běžného betonu a natřena krystalizačním hydroizolačním nátěrem nebo nástřikem. Klasické povlakové hydroizolace by se pro oddilatované ŽB šachty neměly vůbec používat Šachty konstrukčně spojené s objektem V případě izolace spodní stavby pomocí povlakových hydroizolací je šachta před zemní vlhkostí chráněna hydroizolační obálkou spodní stavby (hydroizolace obíhá kolem šachty, pod šachtou musí být proveden podkladní beton). V případě izolace spodní stavby pomocí bílé vany musí být šachta provedena z trvanlivého vodonepropustného betonu (viz výše). Zděné šachty z důvodu nízké trvanlivosti a vysoké pracnosti již nenavrhujeme.

Další požadavky na šachty V případě otevřených (provětrávaných) šachet je nutno vždy zajistit odvodnění šachty. U ŽB šachet je nutné vyspádovat dno šachty směrem k odvodní trubici, plastové šachty jsou již tvarovány tak, aby dešťová voda stékala do odpadního otvoru ve dnu šachty. Odvodní trubice z šachty by měla být napojena na dešťovou kanalizaci. Okno musí být umístěno minimálně 150 mm nad dnem šachty (eliminace zatékání) Osvětlovací šachta musí být zajištěna proti nebezpečí pádu osob a zvířat do šachty. Musí být proto buď uzavřena mříží, příp. sklobetonovými/plastovými tvarovkami, nebo oddělaná zábradlím. Podzemní stěna v místě šachty musí mít vyhovující tepelně technické parametry pozor na tepelné mosty! Parapet, ostění i nadpraží okna v šachtě je třeba zateplit!

Děkuji za pozornost Literatura použitá v prezentaci: [1] Hájek P.: Přednášky KP20, ČVUT v Praze, Fakulta stavební, Praha 2004 [2] Zlesák J.: Přednášky KP2, ČVUT v Praze, Fakulta stavební, Praha 2008