OSEEB OPTIMALIZOVANÝ SKELET PRO ENERGETICKY EFEKTIVNÍ BUDOVY 2016 1
Obsah 1 OSEEB základní popis... 3 1.1 Principy... 4 1.2 Konstrukční, materiálové a technologické řešení... 4 1.3 Možnosti použití... 5 2 Základní vlastnosti systému... 5 2.1 Rozpony a zatížení... 5 2.2 Statické vlastnosti a bezpečnost... 6 2.3 Vlastnosti z hlediska kvality vnitřního prostředí... 7 2.3.1 OSEEB z hlediska stavebně energetické optimalizace budovy... 7 2.3.2 OSEEB z hlediska akustických požadavků... 10 2.3.3 OSEEB z hlediska požární bezpečnosti... 11 2.4 Environmentální vlastnosti OSEEB... 11 3 Technologie skeletu OSEEB... 13 3.1 Popis technologie... 13 3.2 Požadavky na mechanizaci... 13 3.3 Řešení konstrukčních styků... 13 3.3.1 Detaily konstrukčních styků... 15 3.4 Varianty obvodových plášťů... 21 3.4.1 Předsazené obvodové pláště... 21 3.4.2 Vsazené obvodové pláště... 21 4 Katalog prvků... 23 4.1 Stropní panely... 24 4.2 Průvlaky... 25 4.3 Sloupy... 26 4.4 Základové prahy... 27 4.5 Základové patky... 28 4.6 Doplňky systému... 29 2
1 OSEEB základní popis Subtilní skelet z vysokohodnotného betonu (HPC) je určen pro konstrukce budov od 2 do 6 podlaží pro typologickou skupinu bytových a vybraných občanských staveb (zdravotnictví a sociální péči, školství, dočasné ubytování, administrativu). S ohledem na snahu o větší uplatňování obnovitelných přírodních materiálů ve výstavbě především dřeva i pro vícepodlažní objekty, předpokládá se využití subtilního železobetonového skeletu jako nosné kostry i pro dřevostavby. Tato kombinace může podpořit využívání obnovitelných konstrukčních materiálů i pro objekty většího rozsahu. V porovnání s celodřevěnými konstrukcemi lze využít výhod stropních konstrukcí na silikátové bázi v oblasti akustiky (především vzduchové neprůzvučnosti), požární bezpečnosti, akumulace tepelné energie a celkové prostorové tuhosti (vytvoření tuhé stropní desky). Jedná se o otevřený modulární konstrukční systém tvořený subtilními prefabrikovanými tyčovými prvky v kombinaci s prefabrikovanými stropními konstrukcemi. Sloupy z HPC lze díky jejich štíhlosti integrovat do obálky obvodového pláště budov, čímž může dojít ke zkvalitnění architektonického výrazu interiéru bez viditelných obvodových sloupů a současně ke zvětšení užitné plochy objektu. Integrace nosné konstrukce do obvodového pláště může tak mít význam především v oblastech s regulovanou plochou zastavěnosti. Pro větší rozpony nebo větší užitná zatížení umožňuje systém dodatečné příčné předepnutí přepínacími lany, čímž se zmenší průhyby. Průřez sloupů C s tepelně izolačními výplněmi a absence průvlaků pak významným způsobem eliminuje tepelné vazby v obvodovém plášti. Subtilní skelet OSEEB je tak vhodný pro pasivní a jiné energeticky optimalizované budovy. Jednou ze základních vlastností OSEEB je jeho vysoká variabilita. Sytém zahrnuje kromě tzv. základních prvků také širokou škálu možných tzv. doplňkových prvků, které právě vysokou variabilitu systému zajišťují. 3
1.1 Principy Koncept nosné konstrukce je navržen jako prefabrikovaný z vysokopevnostního betonu s cílem minimalizovat množství použitého materiálu a zároveň maximálně odlehčit konstrukci s ohledem na minimalizaci zatížení základové spáry a také s ohledem na minimalizaci nároků na transport, environmentální dopady konstrukce aj. Konstrukční detaily systému jsou zároveň navrženy tak, aby byly v maximální možné míře eliminovány tepelné mosty při současné integraci nosné konstrukce do obvodového pláště a zároveň aby systém umožňoval maximální variabilitu z hlediska půdorysného tvaru, světlých a konstrukčních výšek atd. 1.2 Konstrukční, materiálové a technologické řešení Hlavními svislými nosnými prvky systému jsou dvoupodlažní sloupy z vysokohodnotného betonu rozměrové řady 250 x 180, 350 x 180 a 450 x 180 mm. U obvodového pláště jsou sloupy průřezu C mj. z důvodu eliminace tepelných mostů, volná část C průřezu se vyplní tepelnou izolací. Železobetonové sloupy jsou navrženy z drátkobetonu tř. FC70/85, ocel B500B. Hlavními vodorovnými prvky jsou předem předepjaté deskové průvlaky výšky 200, 300 a 400 mm s ozuby pro uložení stropních panelů. Průvlaky i stropní panely mají jednotnou výšku z důvodu vytvoření rovného podhledu a vytvoření volné dispozice při větších rozponech stropní konstrukce. Stropní panely jsou vylehčeny vložkami z druhotných surovin (recyklovaný materiál Stered), alt. z lehkých stavebních hmot (liapor beton, Stered beton apod.). Stropní panely jsou dle rozponu a zatížení buď z předem předepjatého betonu nebo z betonu vyztuženého běžnou betonářskou výztuží. Železobetonové průvlaky, ztužidla a stropní panely jsou navrženy z betonu min. tř. FC60/75 vyztuženy přepínacími lany Y1860S7 o průměru 15,7 mm a výztuží B500B. U většího rozponu je možnost provedení i příčného sepnutí stropní desky metodou dodatečného předpínání. Lana pro dodatečné předepnutí jsou zakotvena do krajních podélných nosníků (stropních průvlaků). Dodatečné příčné předpínání stropní desky se provádí pomocí multilanového předpínacího systému ocelových pramenců. Tuto technologii je možné realizovat ve dvou variantách, v závislosti na způsobu ochrany lan proti korozi. První variantou je použití holých lan v kombinaci s injektáží kanálků, druhou je použití lan typu monostrand bez soudržnosti. Průvlaky jsou osazeny na sloupy pomocí konzol PEIKKO, podélné krajní nosníky (ztužidla) jsou pak osazeny na ozub průvlaku a propojeny smykovými trny pro zajištění vodorovné tuhosti spojů jednotlivých dílců. Sloupy jsou vetknuty do základových kalichových patek z recyklovaného betonu, základové prahy je možno také realizovat z recyklovaného betonu. 4
1.3 Možnosti použití Jednou ze základních vlastností OSEEB je vysoká variabilita. Sytém je možno na celou škálu budov s rozdílnou typologii i architektonickým ztvárněním. OSEEB zahrnuje kromě tzv. základních prvků také celou škálu možných tzv. doplňkových prvků, které právě vysokou variabilitu systému zajišťují. Variabilita systému je naplněna těmito opatřeními: modulový rozsah a rozpony 1,0 12,0 m ve výrobním modulu po 100 mm, bezprůvlakový systém s rovným podhledem umožňuje variabilní členění vnitřní dispozice a neovlivňuje rozvody TZB, 3 kategorie únosnosti stropních prvků dle rozponů a zatížení s výškou prvků 200, 300 a 400 mm, 3 kategorie sloupů s hlediska únosnosti rozměrových řadách 180/250, 180/300, 180/450 mm, 3 kategorie prefabrikovaných základových patek z recyklovaného betonu dle zatížení resp. únosnosti základové půdy, možnost napojení průvlaků pod úhlem možnost nepravidelného půdorysu, možnost stropních panelů se šikmými čely sada doplňků systému: o prvky prostorového ztužení budovy (ztužující stěny, táhla, ocelové rámy), o předsazené konstrukce s přerušeným tepelným mostem (balkony, markýzy), o základové sloupy s přerušeným tepelným mostem ISO nosníkem v patě sloupu, o schodiště. Zároveň systém OSEEB je koncepčně vyvíjen pro energeticky optimalizované budovy. Jednotlivé prvky a celý systém je navržet tak aby byly minimalizovány tepelné vazby a tepelné mosty. Svislé sloupy je možno dodat s přerušeným tepelným mostem formou tlakem namáhaného ISO nosníku v patě sloupu (nutno staticky prověřit v konkrétním případě). 2 Základní vlastnosti systému 2.1 Rozpony a zatížení Konstrukční systém OSEEB je navržen pro 3 kategorie rozponů. S ohledem na požadované rozpony resp. zatížení je možno systém použít na konstrukce s: malými rozpony 1,0 5,0 m výška vodorovných prvků 200 mm, středními rozpony 5,1 8,0 m výška vodorovných prvků 300 mm (experimentální skelet realizovaný 04/2015), velkými rozpony 8,1 12,0 m výška vodorovných prvků 400 mm. Z hlediska zatížení je možno využít 3 kategorií svislých nosných sloupů, přičemž mezilehlý sloup uprostřed dispozice má plný průřez, obvodové sloupy (rohový a mezilehlý obvodový) mají vzhledem k nižšímu zatížení vylehčený C průřez, který umožňuje redukovat tepelné vazby. Sloupy jsou vždy přes dvě podlaží s výškovým modulem 100 mm, podélný rozměr sloupů je shodný 180 mm a z hlediska zatížení se liší příčný rozměr. Kategorie sloupů jsou: sloup S1 pro malá zatížení 180 x 250 mm malé rozpony, nízká podlažnost, horní podlaží budovy, sloup S2 pro střední zatížení 180 x 350 mm střední rozpony, střední podlažnost, mezilehlá podlaží budovy, 5
sloup S3 pro vysoká zatížení 180 x 450 mm velké rozpony, vyšší podlažnost, spodní podlaží budovy. 2.2 Statické vlastnosti a bezpečnost Z hlediska únosnosti a bezpečnosti je konstrukční systém OSEEB unikátní možností dodatečného příčného předepnutí. Stropní deska je tvořena předem předpjatými stropními vložkovými panely, které jsou navíc speciálně upraveny pro dodatečné předpětí v příčném směru. Upravené stropní dílce obsahují kabelové kanálky vedené v příčném směru, určené pro výše zmíněné příčné předepnutí stropní desky. Cílem tohoto technického řešení je jak snížení celkového průhybu stropní desky, tak i zvýšení tuhosti stropu jako celku. Dodatečné příčné předpínání stropní desky se provádí pomocí multilanového předpínacího systému ocelových pramenců. Tuto technologii je možné realizovat ve dvou variantách, v závislosti na způsobu ochrany lan proti korozi. První variantou je použití holých lan v kombinaci s injektáží kanálků, druhou je použití lan typu monostrand bez soudržnosti. Vlivem dodatečného příčného předepnutí stropní konstrukce lze omezit průhybu stropu (sestavy panelů) o přibližně jednu třetinu. 6
2.3 Vlastnosti z hlediska kvality vnitřního prostředí 2.3.1 OSEEB z hlediska stavebně energetické optimalizace budovy Energetická efektivita subtilního skeletu OSEEB je jedním z klíčových parametrů konstrukčního systému. Cílem vývoje bylo takové řešení jednotlivých prvků a jejich styků ve vazbě na různé varianty obálky budovy, aby byly v maximální možné míře redukovány tepelné vazby a mosty, tj. aby konstrukční řešení umožňovalo efektivní použití při realizaci pasivních, nízkoenergetických domů. Stavebně energetická optimalizace prvků subtilního skeletu OSEEB zahrnovala řešení těchto detailů: sloup v obvodovém plášti, průvlak resp. stropní deska v obvodovém plášti, pata sloupu. Cílem optimalizace výše zmíněných stavebních detailů pak bylo: eliminování šíření tepla, tj. minimalizace rozsahu tepelných vazeb v kritických detailech, bezpečné zajištění požadavku na minimální povrchovou teplotu v místě tepelné vazby dle požadavků ČSN 73 0540-2:2011, konstrukční řešení umožňující kontinuální průběh vzduchotěsné případně paro-brzdné roviny v místě návaznosti obvodového pláště na nosné prvky skeletu OSEEB z hlediska zajištění dostatečné vzduchotěsnosti obvodového pláště z důvodu řízené kontroly výměny větracího vzduchu v budově. Optimalizovaný skelet OSEEB (Obr. 3) je charakterizován mj. profilovanými sloupy (průřez 1-1 ), které kromě úspory použitého materiálu znamenají také redukci tepel-né vazby u sloupu, neboť vnitřní část C profilu je vyplněna tepelnou izolací. V místě styku sloup-průvlak bylo nutno z důvodu uložení výztuže zachovat plný průřez (prů-řez 2-2 ), nicméně i tak dochází k redukci tepelné vazby neboť celkový průřez 250 x 180 mm je subtilnější klasický čtvercový průřez sloupu. Obdobně je optimalizováno napojení stropní desky v místě obvodového pláště. Při běžném řešení je v tomto místě železobetonový průvlak neboť OSEEB je vyvíjen jako bezprůvlakový systém a to i s ohledem na vyšší architektonickou, provozní a technickou variabilitu tohoto řešení. Z hlediska vazby na obálku budovy byly prověřovány tyto typy obvodových plášťů: A těžká stěna: vyzdívka z keramických tvárnic tl. 200 mm + KZS (U = 0,146 W/m2K), B lehká stěna: vyzdívka z lehkého pórobetonového zdiva s nejvyšší tepelně technickou kvalitou tl. 375 mm + KZS (U = 0,145 W/m2K), C LOP na bázi dřeva: typická skladba obvodového pláště na bázi dřeva s parobrzdnou a konstrukční vrstvou z 0SB desek (U = 0,142 W/m2K). Všechny varianty obvodových plášťů jsou navrženy ve shodné tepelně technické kvalitě pro NE/PAS domy v souladu s ČSN 73 0540-2:2011. Pro modelové srovnání byla uvažována jako referenční varianta běžná nosné skeletové konstrukce tvořená žel. bet. sloupy 250 x 250 mm s křížem pnutou deskou tl. 180 mm s průvlaky 250/700 mm uvažovanými na rozpon 8,0 m. Tepelné vazby Optimalizace vybraných stavebních detailů byla provedena formou stanovení lineárního činitele prostupu tepla ψ [W/mK] v souladu s ČSN EN ISO 10211:2009, ČSN EN ISO 6946:2008 a ČSN 73 0540-4:2005. Tepelná propustnost L se stanovila numerickým řešením dvojrozměrného vedení tepla (program Area, Svoboda Software) v rámci modelované geometrie tepelné vazby. Výsledky stanovení 7
součinitele prostupu tepla jsou souhrnně uvedeny v Tabulce 1. Z výsledků je parné, že v porovnání s běžným řešením jsou tepelné vazby významně redukovány. Tab. 1 Lineární činitele prostupu tepla ψ [W/(m K)] pro jednotlivé varianty obvodového pláště. Optimalizovaný skelet OSEEB L 1 h w U w y e skladba konstrukce W/mK m W/m2K W/mK A sloup - plný průřez 0,22 1,500 0,146 0,0039 sloup - C-průřez 0,22 1,500 0,146 0,0023 strop 0,44 3,000 0,146 0,0038 B sloup - plný průřez 0,26 1,500 0,145 0,0392 sloup - C-průřez 0,25 1,500 0,145 0,0341 strop 0,47 3,000 0,145 0,0304 C sloup - plný průřez 0,28 1,500 0,147 0,0619 sloup - C-průřez 0,27 1,500 0,147 0,0528 strop 0,51 3,000 0,147 0,0700 Optimalizovaný subtilní skelet OSEEB detaily prvků v návaznosti na typy obvodových plášťů. 8
Tepelná akumulace Nevýhodou subtilních konstrukcí z hlediska energetických bilancí je nízká akumulační schopnost stavby, která má za následek mírné navýšení měrné potřeby energie na vytápění ea [kwh/(m2.a)] a zvýšeného rizika letního přehřívání. Typicky se tento problém týká lehkých dřevostaveb. Subtilní skelet OSEEB se svým charakterem blíží konstrukčnímu principu subtilních dřevostaveb, proto otázka akumulačních schopností stavby je i v tomto případě aktuální. Schopnost budovy akumulovat tepelnou energii je dána parametrem τ [h], který představuje tzv. časovou konstantu vytápěné zóny. Ta je dána materiály, které tvoří posuzovanou zónu, jejich měrnou tepelnou kapacitou c [J/kg.K] a objemovou hmot-ností ρ [kg/m3] a množstvím v jakém jsou použity. Pro doložení vlivu akumulace byl proveden srovnávací výpočet s využitím ověřovacího výpočtu popsaného v ČSN EN ISO 13 792 v části 6. Byly uvažovány dva případy pro porovnání vlivu použití skeletového systému OSEEB: místnost v dřevostavbě, oproti normou definovaným skladbám nahrazena skladba vnější neprůsvitné stěny, podlahy a stropu skladbami typickými pro dřevostavby, místnost v budově se skeletem OSEEB, oproti normou definovaným skladbám použita stejná skladba vnější neprůsvitné stěny jako u dřevostavby, podlaha a strop jsou tvořené systémem OSEEB. V obou případech nebyla změněna geometrie ani skladby příček. Ve variantě 2 byly zanedbány sloupy skeletového systému v obvodové stěně vzhledem k jejich malé hmotnosti. Výpočty byly provedeny metodou tepelné jímavosti v software Simulace 2014 pro letní období. Veškeré parametry výpočtu (vnitřní zdroje tepla, výměna vzduchu, venkovní teplota, intenzita slunečního záření a parametry ostatních konstrukcí) byly zvoleny v souladu s ověřujícím výpočtem uvedeným v ČSN EN 13 792. Z výsledků v tabulce je patrné, že při použití stropní konstrukce OSEEB dochází vli-vem efektu akumulace ke snížení maximální radiační teploty, teploty vnitřního vzdu-chu a výsledné operativní teploty o více než 0,8 C. Vzhledem k použití modelového případu se dá předpokládat, že v reálné budově s dalšími definovanými parametry může mít akumulace vliv ještě podstatnější. Využití akumulace ve spolupráci s vhodným nastavením větrání se tak může podstatně odrazit na celkové energetické bilanci objektu. Tab. 2 Teploty vnitřního vzduchu v závislosti na konstrukčním řešení modelové místnosti. Varianta Maximální teplota vnitřního vzduchu [ C] Maximální střední radiační teplota [ C] Maximální výsledná operativní [ C] Dřevostavba 38,82 38,59 38,58 OSEEB 38,00 37,76 37,73 rozdíl -0,82-0,83-0,85 9
2.3.2 OSEEB z hlediska akustických požadavků Požadavek na zvukovou izolaci stropní konstrukce byl jedním ze základních parametrů návrhu, zohledněný při vývoji subtilního skeletového systému pro energeticky efektivní budovy (OSEEB). Při použití vysokopevnostního betonu (HPC) pro stropní konstrukce vyvstává riziko, že v důsledku subtilní konstrukce stropního dílce (nosná vrstva betonu činí v tomto případě pouze 2 x 30mm), má strop menší plošnou hmotnost a tedy i zhoršené parametry z hlediska kročejové a zejména vzduchové neprůzvučnosti, ve srovnání s běžným monolitickým stropem. Součástí návrhu stropních dílců tak bylo výpočtové i laboratorní ověření akustických vlastností navrhovaného systému. Akustické vlastnosti byly stanoveny laboratorní zkouškou v akustické laboratoři Univerzitního centra energeticky efektivních budov ČVUT v Praze (UCEEB). Na vzorku stropu, který sestával ze čtyř panelů, byla změřena laboratorní vzduchová a kročejová neprůzvučnost stropu podle ČSN EN ISO 10140-2 a ČSN EN ISO 10140-3. Rozměry panelů byly přizpůsobeny velikosti zkušebního otvoru, jak je naznačeno na následujícím obrázku. Tři velké panely měly délkové rozměry 1,2 x 2,9 m, jeden malý pak rozměry 0,65 x 2,9 m. Vážením po zkoušce byly zjištěny následující hmotnosti panelů: 1 638 kg, 1 634 kg, 1 886 kg a 967 kg. Měření byla v prvním kroku realizována pro samotný strop bez podlahy a následně pro strop s těžkou plovoucí podlahou. Zkoušené panely měly kombinované vylehčující vložky. Ty byly provedeny tak, že na vložku ze Steredu byla dobetonována zkosená vrstva tloušťky cca 6 cm z liaporbetonu o objemové hmotnosti cca 450 kg.m-3. Objemová hmotnost Steredu je přibližně 200 kg.m-3. První zkouška byla realizována na vzorku ze samotných panelů (bez podlahy). Měřením podle ČSN EN ISO 10140-2 byla zjištěna vážená laboratorní neprůzvučnost Rw (C; Ctr)=55 ( 1; -3) db. Po laboratorním měření vzduchové neprůzvučnosti byla realizována zkouška kročejové neprůzvučnosti. Měřením podle ČSN EN ISO 10140-3 byla zjištěna vážená normovaná hladina akustického tlaku kročejového zvuku Ln,w (CI)=85 ( 12) db. Tab. 1.3 Stropní panely OSEEB s těžkou plovoucí podlahou, tl. 395 mm vrstva tloušťka (mm) objemová hmotnost (kg/m3) plošná hmotnost (kg/m2) Stropní panely OSEEB se zalitými spárami Desky z minerálních vláken pro kročejovou izolaci těžkých plovoucích podlah ISOVER N tl. 40 mm 305 1644 501,4 40 100 4 Separační PE fólie - - - Plovoucí betonový potěr CEMIX 010 50 2100 105 celkem 395-610,4 10
Druhá zkouška byla provedena na stropních panelech s těžkou plovoucí podlahou. Tato skladba je běžná v obytných objektech i občanských budovách. Cílem zkoušky bylo prokázat, že strop s podlahou splní požadavky na vzduchovou i kročejovou neprůzvučnost, a může být tedy použit např. jako mezibytová konstrukce. Zkoušená skladba je uvedená v následující tabulce. Plovoucí betonový potěr byl po obvodě podlahy oddělen od zkušebního rámu okrajovými pásky z minerálních vláken ISOVER N-PP tl. 15 mm. Měřením podle ČSN EN ISO 10140-2 byla zjištěna vážená laboratorní neprůzvučnost Rw (C; Ctr)=67 ( 2; -5) db. Měřením podle ČSN EN ISO 10140-3 byla zjištěna vážená normovaná hladina akustického tlaku kročejového zvuku Ln,w (CI)=51 ( 6) db. Vzhledem k vysokým hodnotám vzduchové neprůzvučnosti a nízkým hladinám kročejového zvuku lze prefabrikovaný betonový strop OSEEB v kombinaci s těžkou plovoucí podlahou použít k oddělení nejen běžných, ale i náročnějších vnitřních prostorů budov. Mezi ně patří například obytné místnosti bytů, ložnicové prostory ubytovacích jednotek v hotelích a zařízeních pro přechodné ubytování, lůžkové pokoje v nemocnicích, učebny ve školách, kanceláře a pracovny apod. 2.3.3 OSEEB z hlediska požární bezpečnosti U vysokohodnotných betonů (HPC nebo UHPC) vzniká reálné nebezpečí odštěpování krycích vrstev betonu od výztuže, čímž se zmenší účinný průřez, a tedy i požární odolnost (únosnost). Tento efekt je vyvolán extrémně vysokými tlaky vodních pár uvolňovaných během požáru a snažících se dostat vně ohřívané průřezu. Extrémně nízká pórovitost vysokohodnotných hutných betonů však pohybu vodních par brání a tím jejich tlak narůstá. Norma ČSN EN 1992-1-2 [12] přímo stanovuje některé možnosti, jak tento jev minimalizovat (resp. s ním neuvažovat) a jde například o aplikaci propylenových vláken nebo aplikaci výztužné sítě do krycí vrstvy. Zatímco polypropylénová vlákna se během požáru vytaví a vytvoří systém kanálků uvolňující tlak vodních par, pak výztužný princip v krycí zvyšuje její kompaktnost. Při požáru se železobetonové konstrukce prohřívají od exponovaného povrchu. Se zvyšující se teplotou klesá jejich únosnost s předpokladem dosažení požární odolnosti při kritické teplotě výztuže cca 530 C (u předepjatého betonu je teplota ještě nižší). Z hlediska tvaru jsou optimální průřezy masivní a uzavřené, které se na kritickou teplotu prohřejí obtížněji a za delší dobu. Z požárního hlediska se tedy zdají být nevýhodné subtilní průřezy tvaru U nebo C, které by vyhověly za běžné teploty, ale při tepelné expozici se mohou velice rychle prohřát (nízký poměr obvodu a plochy průřezu) a nemusely by splnit požadovanou požární odolnost. Subtilní průřezy s tloušťkou příruby a stojiny cca 5 cm nevyhoví ani požadavku R 15 min. Subtilní členité sloupy proto musí být požárně chráněny obklady, předstěnami nebo nátěry, což může být v rámci výstavby kontraproduktivní. Obklad sádrovláknitými, cementovými nebo vermikulitovými deskami může nabýt (v závislosti na požadavku požární odolnosti) až na 50 mm. 2.4 Environmentální vlastnosti OSEEB Na základě výrobní dokumentace konstrukčních prvků experimentálního skeletu byla zpracována vstupní data pro environmentální analýzu. Pro jednotlivé konstrukční prvky byly dle metodiky blíže popsané v DC03 a DC05 stanoveny environmentální profily jednotlivých konstrukčních prvků. 11
Environmentální profily zahrnují dle CONCRETE_LCATool 3.0 CZ dopady konstrukčních prvků ve dvou kategoriích: produkce emisí a spotřeba přírodních zdrojů. Environmentální profily prvků jsou stanoveny ve dvou úrovních, vztažené na jednotlivé prefabrikáty (tj. kategorie dopadu vztažené na 1 ks) a následně přepočtené na m3 prefabrikátu. Pro možnost optimalizace konstrukčních řešení odlišných konstrukčních variant byla navíc i pro využití v podporujícím softwaru OSEEB data přepočtena na m3 jednotlivých typů konstrukčních prvků. Výsledná data na m3 typu konstrukčního prvku jsou uvedena v tabulce Tab. 3.1. Tab. 3.1 Environmentální profily jednotlivých prvků skeletu vztažené na m3 dle typu prefabrikátu typ konstrukčního prvku primární suroviny voda PEI GWP AP POCP [kg/m 3 ] [m 3 /m 3 ] [MJ/m 3 ] [kg CO 2,ekviv./m 3 ] [g SO 2,ekviv./m 3 ] [g C 2H 4,ekviv./m 3 ] sloup 3 662 2,821 17 115 1 679 8 989 357 ztužující stěna 3 047 1,438 6 199 674 3 007 118 panel předepjatý 1 356 0,758 3 145 337 1 440 56 panel železobetonový 1 368 0,790 3 045 339 1 410 54 ŽB průvlak krajní/ztužidlo předepjatý průvlak krajní předpjatý průvlak střední základový práh/nosník (recyklované kamenivo) 2 993 1,463 6 346 680 3 050 119 3 066 1,858 7 739 838 3 668 143 3 140 1,937 9 484 970 4 530 178 1 343 2 8 066 845 4 069 161 základová patka 1 085 1 4 152 487 1 847 72 Pro možnost porovnání environmentální efektivity navrženého řešení subtilního skeletu z HPC se stropními prefabrikovanými předpjatými panely z vysokohodnotného betonu a vylehčujícími vložkami z recyklovaného materiálu Stered byla zpracována environmentální studie, ve které byly porovnány dvě konstrukční varianty. Varianta optimalizovaného subtilního skeletu OSEEB V2 (označení v analýze TYPE_2_P HPC) a varianta prefabrikovaného skeletu, který byl navržen z běžných železobetonových a předpjatých průřezů se stropními panely typu Spiroll V1 (označení v analýze TYPE_1_P OC). Za referenční variantu 100% byla zvolena varianta V1 (prefabrikovaná železobetonová s běžnými typy betonu a stropními panely Spiroll). Environmentální parametry obou variant porovnávaných skeletů jsou srovnatelné z hlediska spotřeby primární neobnovitelné energie a kritérií emisí (GWP, AP, POCP). Celkem 20% spotřeby primárních surovin a 11% spotřeby vody lze ušetřit použitím alternativy V2 (TYP_2_P HPC), což je optimalizovaná varianta subtilního skeletu OSEEB z vysokohodnotného 12
betonu. Výsledky analýzy ukázaly, že subtilní HPC skelet je environmentálně efektivním řešením, zejména z hlediska úspor primárních surovinových zdrojů. 3 Technologie skeletu OSEEB 3.1 Popis technologie Realizace konstrukčního systému OSEEB probíhá běžným způsobem jak je pro konstrukce tohoto typu obvyklé. Vzhledem k subtilnosti jednotlivých prvků je třeba důsledně dodržovat Postup technologické montáže, který je sestaven pro každou konkrétní konstrukci a určuje postup montáže, zajištění prostorové stability prvků po dobu montáže atd. 3.2 Požadavky na mechanizaci Konstrukční systém OSEEB je realizován s běžnými montážními prostředky a s běžnou mechanizací. 3.3 Řešení konstrukčních styků Po montáži jednotlivých stropních konstrukcí jsou smykové trny a spáry mezi panely a průvlaky zality betonovou zálivkou SikaGrout. Postup při realizaci dodatečného příčného předpínání je následující:: 1. Stropní dílce musí být vyrobeny způsobem zajišťujícím bezproblémové protažení předpínacích lan kruhovými kanálky. Z toho vyplývá požadavek na vysokou výrobní přesnost jednotlivých stropních dílců. 2. Kruhové kanálky pro příčné předpětí jsou provedeny z ocelových bezešvých trubek s vnitřním průměrem výrazně větším, než je průměr předpínacího lana, které bude do trubky osazeno. To je důležité vzhledem k rozdílnému vzepětí jednotlivých předem předpjatých stropních dílců. Např. pro ocelový pramenec průměru 15,7 mm je vhodné použít trubku o vnitřním průměru 40 mm (takto to bylo realizováno v pilotním řešení v roce 2016, s pozitivním výsledkem). Nedoporučuje se použití plastových trubek pro realizací kruhových kanálků, protože během výroby dílce s těmito prvky může dojít k deformaci trubek v důsledku procesu ukládání betonové směsi do bednění. 3. Stropní dílce je během jejich osazení nezbytné ukládat co nejblíže k sobě, přesně dle výkresu skladby. 13
4. Následně jsou do kabelových kanálků provlečeny předpínací lana přes celou stropní desku (zatím položena volně, bez předpětí). 5. Po osazení dílců se provede zalití styčných spár mezi jednotlivými stropními dílci. V pilotním řešení bylo zalití spár provedeno pomocí hmoty SIKA Grout. Během provádění zálivky je nutné zamezit průniku zálivkové hmoty do kabelových kanálků! Následuje technologická pauza (v závislosti na použité zálivkové hmotě). 6. Následuje předpínání stropní konstrukce na sílu uvedenou v projektu. To je realizováno postupným vnášením předpětí do předpínacích lan pomocí předpínací pistole (obr. 2). Po dosažení návrhové síly v předpínacím laně následuje ukotvení lana pomocí ocelového kuželíku (obr. 3). 7. Během realizace předpětí je nutné průběžně kontrolovat aktivaci celé délky lana, tzn. ověřit, zda nedošlo v důsledku zalévání spár k nežádoucí fixaci lana v kanálku (kontroluje se měřením protažení lana). 8. V případě, že bude použito předpínání lana typu monostrand, není potřeba provádět injektáž kabelového kanálku. V případě použití holých lan je nutné provést dodatečnou injektáž kanálku cementovou maltou pro zabránění koroze kabelu. 14
3.3.1 Detaily konstrukčních styků 15
16
17
18
19
20
3.4 Varianty obvodových plášťů Lehký skeletový systém z vysokohodnotného betonu může být doplněn různými variantami obvodového pláště. 3.4.1 Předsazené obvodové pláště Pro účely osazení předsazeného obvodového pláště připadá v úvahu jakákoliv technologická varianta, ať už standardně dostupná řešení lehkých obvodových plášťů na bázi hliníku a dalších kovů nebo environmentálně výhodnější (viz kap. [porovnání LCA]) varianta využívající materiály na bázi dřeva. Kotvící prvky takových je bez obtíží možné připojit k ocelovým prvkům integrovaným při montáži (ve formě univerzálních L profilů viz Obr. 2, nebo jakýchkoliv jiných systémových prvků). Ocelové úhelníky osazené v hraně průvlaků experimentální skeletu OSEEB pro připojení kotvících prvků předsazeného obvodového pláště 3.4.2 Vsazené obvodové pláště Druhým možným řešením jsou vsazené obvodové pláště. Jejich výhodou je volná vnitřní dispozice, nevýhodou nutnost řešení tepelně technických detailů s potřebnou pečlivostí. I zde přicházejí v úvahu různá materiálová řešení, zděné obvodové stěny z plynosilikátu, keramických bloků nebo na bázi systémů dřevostaveb. Provádění vyzdívek z různých materiálů je běžnou praxí, skelet OSEEB nepředstavuje pro standardní používané technologie žádnou překážku. Z toho důvodu byla pro experimentální ověření vybrána skladba odpovídající skladbám moderních dřevostaveb. 21
22
4 Katalog prvků Jendou z hlavních vlastností konstrukčního systému OSEEB je vysoká variabilita. Vzhledem ke specifikům OSEEB (subtilní prvky, použití speciálních vysokopevnosních betonů, specifické detaily konstrukčních spojů, možnost příčného předepnutí atd.) jsou úpravy prvků na stavbě nereálné a vzhledem k možnému poškození prvků a tím celé konstrukce nežádoucí. Z tohoto pohledu se jedná o konstrukční systém uzavřený. V konečném důsledku systém zahrnuje na cca 17 základních prvků ve 3 velikostních řadách 200, 300 a 400 mm a ve 40 délkách v modulu po 100 mm. Součástí systémů je sada doplňkových prvků, které zahrnují jednak nové konstrukční prvky (ztužující stěny, základové pasy, střední průvlaky, balkony a markýzy, schodiště) a jednak prvky s geometrickou úpravou umožňující nepravidelný půdorys, napojení průvlaků pod úhlem, šikmá čela stropních panelů atd. Technická data v katalogu zahrnují kromě standardních informací pro běžnou projekční praxi také environmentální data, která umožňují v rámci optimalizace konstrukčního řešení budovy porovnat systém s ostatními konstrukčními a materiálovými variantami a vyhodnotit výhodnost zvoleného řešení i z hlediska komplexní environmentální kvality stavby. BIM katalog ve formátu icf byl zpracován na platformě Revit Autodesk. Vzhledem k velkému množství typových prvků konstrukčního systému a vzhledem k pevné výrobní řadě je knihovna řešena jako statická. Data k jednotlivým elementům jsou uložena do externí databáze a uživatel si při použití konkrétního prvku načte do SW pro tvorbu technické dokumentace pouze ty prvky, který využívá v konkrétním projektu. Tím se předchází nadměrné datové náročnosti celého modelu. P2-900/300 S1_O-V-250/180 PR2_Po/L-480/300 PR2_Po/P-480/300 P2-1200/300 S1_O-V-250/180 Z2_Pr-O-180/360 S1_S-V-250/180 ZP1_MO-20000/2000 Z2_Pr-M-180/360 S1_O-V-250/180 Z2_Pr-O-180/360 Z2_Po-O-180/360 Z2_Po-O-180/360 ZP1_R-1800/1800 23
4.1 Stropní panely Prvky Určení a typ prvku Název Označení Rozměry Hmotno st Únosnos t Cena [mm] [mm] [mm] [mm] [kg] [kn/m2] [Kč/ks] [kn/m] [kn] š v d1 d2 Stropní panely (délkové moduly po 100 mm) Stropní panel P1 pro malý rozpon 1,0-5,0 m výšky 200 mm šířka 900 mm P1-900/200 900 200 1000 5000 X X X šířka 1200 mm P1-1200/200 1200 200 1000 5000 X X X Stropní panel P2 pro střední rozpon 5,1-8,0 m výšky 300 mm šířka 900 mm P2-900/300 900 300 5100 8000 X X X šířka 1200 mm P2-1200/300 1200 300 5100 8000 X X X Stropní panel P3 pro velký rozpon 8,1-12,0 m výška 400 mm - PŘEDPJATÉ šířka 900 mm P3-900/400 900 400 8100 12000 X X X šířka 1200 mm P3-1200/400 1200 400 8100 12000 X X X Pozn: Všechny panely lze dodat se šikmými nebo zakřivenými čely. 24
4.2 Průvlaky Prvky Určení a typ prvku Název Označení Rozměry Hmotno st Únosnos t Cena [mm] [mm] [mm] [mm] [kg] [kn/m2] [Kč/ks] [kn/m] [kn] Průvlaky (délkové moduly po 100 mm) Průvlak PR1 pro malý rozpon 1,0-5,0 m výšky 200 mm podélný levý PR1_Po/L-470/200 470 200 1000 5000 X X X podélný pravý PR1_Po/P-470/200 470 200 1000 5000 X X X příčný levý PR1_Pr/L-580/200 580 200 1000 5000 X X X příčný střední PR1_Pr/St-860/200 860 200 1000 5000 X X X příčný pravý PR1_Pr/P-580/200 580 200 1000 5000 X X X Průvlak PR2 pro střední rozpon 5,1-8,0 m výšky 300 mm podélný levý PR2_Po/L-470/300 470 300 5100 8000 X X X podélný pravý PR2_Po/P-470/300 470 300 5100 8000 X X X příčný levý PR2_Pr/L-580/300 580 300 5100 8000 X X X příčný střední PR2_Pr/St-860/300 860 300 5100 8000 X X X příčný pravý PR2_Pr/P-580/300 580 300 5100 8000 X X X Průvlak PR3 pro velký rozpon 8,1-12,0 m výšky 400 mm - PŘEDPJATÝ podélný levý PR3_Po/L 470 400 8100 12000 X X X podélný pravý PR3_Po/P 470 400 8100 12000 X X X příčný levý PR3_Pr/L 580 400 8100 12000 X X X příčný střední PR3_Pr/St 860 400 8100 12000 X X X příčný pravý PR3_Pr/P 580 400 8100 12000 X X X Pozn: Všechny průvlaky možno dodat s úpravou pro napojení pod úhlem. 25
4.3 Sloupy Prvky Určení a typ prvku Název Označení Rozměry Hmotno st Únosnos t Cena [mm] [mm] [mm] [mm] [kg] [kn/m2] [Kč/ks] [kn/m] [kn] Sloupy (výškové moduly po 100 mm) Sloup S1 pro malá zatížení - (malé rozpony, nízká podlažnost, horní podlaží budovy) mezilehlý - plný průřez S1_M-250/180 250 180 2800 6800 X X X mezilehlý obvodový - vylehčený S1_O-V-250/180 250 180 2800 6800 X X X krajní obvodový - vylehčený S1_O-V-250/180 250 180 2800 6800 X X X Sloup S2 pro střední zatížení - (střední rozpony, střední podlažnost, mezilehlá podlaží budovy) mezilehlý - plný průřez S2_M-350/180 350 180 2800 6800 X X X mezilehlý obvodový - vylehčený S2_O-V-350/180 350 180 2800 6800 X X X krajní obvodový - vylehčený S2_O-V-350/180 350 180 2800 6800 X X X Sloup S3 pro vysoká zatížení - (velké rozpony, vyšší podklažnost, spodní podlaží budovy) mezilehlý - plný průřez S3_M-450/180 450 180 2800 6800 X X X mezilehlý obvodový - vylehčený S3_O-V-450/180 450 180 2800 6800 X X X krajní obvodový - vylehčený S3_O-V-450/180 450 180 2800 6800 X X X Pozn: Všechny sloupy lez dodat s přerušeným tepelným mostem ISO nosníkem v patě sloupu Všechny sloupy možno dodat s úpravou pro napojení pod úhlem. 26
4.4 Základové prahy Prvky Určení a typ prvku Název Označení Rozměry Hmotno st Únosnos t Cena [mm] [mm] [mm] [mm] [kg] [kn/m2] [Kč/ks] [kn/m] [kn] Základový práh Práh Z1 pro malý rozpon 1,0-5,0 m výšky 200 mm podélný obvodový Z1_Po-O-180/300 180 300 1000 5000 X X X podélný mezilehlý Z1_Po-M-180/300 180 300 1000 5000 X X X příčný obvodový Z1_Pr-O-180/300 180 300 1000 5000 X X X příčný mezilehlý Z1_Pr-M-180/300 180 300 1000 5000 X X X Práh Z2 pro střední rozpon 5,1-8,0 m výšky 300 mm podélný obvodový Z2_Po-O-180/360 180 360 5100 8000 X X X podélný mezilehlý Z2_Po-M-180/360 180 360 5100 8000 X X X příčný obvodový Z2_Pr-O-180/360 180 360 5100 8000 X X X příčný mezilehlý Z2_Pr-M-180/360 180 360 5100 8000 X X X Práh Z3 pro velký rozpon 8,1-12,0 m výšky 400 mm - PŘEDPJATÝ podélný obvodový Z3_Po-O-180/450 180 450 8100 12000 X X X podélný mezilehlý Z3_Po-M-180/450 180 450 8100 12000 X X X příčný obvodový Z3_Pr-O-180/450 180 450 8100 12000 X X X příčný mezilehlý Z3_Pr-M-180/450 180 450 8100 12000 X X X Pozn: Všechny základové prahy možno dodat s úpravou pro napojení pod úhlem. 27
4.5 Základové patky Prvky Určení a typ prvku Název Označení Rozměry Hmotno st Únosnos t Cena [mm] [mm] [mm] [mm] [kg] [kn/m2] [Kč/ks] [kn/m] [kn] Základové patky z recyklovaného betonu Základová patka ZP1 pro malá zatížení základová patka mezilehlá ZP1_M-2200/2200 2200 1050 2200 X X X základová patka mezilehlá obvodová ZP1_MO-2000/2000 2000 1050 2000 X X X základová patka rohová ZP1_R-1800/1800 1800 1050 1800 X X X Základová patka ZP2 pro střední zatížení základová patka mezilehlá ZP2_M-2800/2800 2800 1050 2200 X X X základová patka mezilehlá obvodová ZP2_MO-2600/2600 2600 1050 2000 X X X základová patka rohová ZP2_R-2400/2400 2400 1050 1800 X X X Základová patka ZP3 pro velká zatížení základová patka mezilehlá ZP3_M-3600/3600 3600 1050 2200 X X X základová patka mezilehlá obvodová ZP3_MO-3200/3200 3200 1050 2000 X X X základová patka rohová ZP3_R-3000/3000 3000 1050 1800 X X X 28
4.6 Doplňky systému Prvky Určení a typ prvku Název Označení Rozměry Hmotno st Únosnos t Cena [mm] [mm] [mm] [mm] [kg] [kn/m2] [Kč/ks] [kn/m] [kn] Doplňky systému Prvky prostorového ztužení: ztužující stěny ztužující táhla ztužující rámy Základ pod ztužující stěnu Průvlak podélný střední podélný střední PR1_Po/St 470 200 1200 5900 podélný střední PR2_Po/St 470 300 1200 5900 podélný střední PR3_Po/St 470 400 1200 5900 Balkony a markýzy Schodiště Pozn: Doplňkové prvky jsou navrženy individuálně. 29
30