BALKÓNOVÉ TEPELNĚ IZOLAČNÍ NOSNÍKY BALCONY THERMAL INSULATING ELEMENTS

BALKÓNOVÉ TEPELNĚ IZOLAČNÍ NOSNÍKY BALCONY THERMAL INSULATING ELEMENTS 1 Jan Margold Článek uvádí historii a důvody používání tepelně izolačních prvků v obvodových konstrukcích železobetonových budov. Jsou popsány jednotlivé skupiny prvků dle jejich statického namáhání v konstrukci a je upozorněno na skutečnosti, které je třeba mít při projektu použití jednotlivých typů na zřeteli. The history and reasons for usage of thermal insulating elements in reinforced concrete structures are introduced in the article. Different groups of elements classified according their straining in the structure are described and facts, which designer should be aware, are emphasized. 2 OBECNÝ POPIS S přechodem na stále větší tepelně izolační odpor obvodových plášťů budov, zejména s přechodem na sendvičové zdivo s tepelnou izolací na vnějším líci stěny, vyvstal problém s tepelnými mosty na průchodu železobetonové konstrukce z interiéru do exteriéru. Typickým příkladem tohoto problému je, ale týká se to i atik, říms a podobných prvků. Dnes u nás už obecně známé výrobky pro odstranění tohoto jevu byly vyvinuty počátkem osmdesátých let minulého století a na náš trh přišly v roce 1994, kdy je uvedla firma MEA Meisinger, s. r. o., jako tehdy známé MEA-nosníky. Principem těchto prvků je přerušení železobetonové konstrukce vrstvou tepelné izolace, kterou prochází jenom ocelové pruty přenášející tahové, tlakové a smykové síly z připojené vnější části. Původně byly veškeré tyto pruty z korozivzdorné oceli a delší kotevní železa z běžné žebírkové betonářské oceli byla k tahovým prvkům na obou stranách izolace přivařena. Pod tlakem na zlevnění a zjednodušení výroby nabízejí dnes někteří výrobci tahová železa v celé délce z betonářské oceli B500 a v průchodu izolací pouze chráněná proti korozi např. převlečnou nerezovou trubičkou zainjektovanou pryskyřicí, nebo pouhým poplastováním. Smykové dráty jsou u většiny prvků z žebírkové korozivzdorné oceli v plné délce a přenos tlakových sil je zajišťován tlačeným trnem z korozivzdorné oceli s hlavami na koncích nebo nověji ložisky z vysokopevnostního betonu. V současné době se vyrábí řada typů prvků pro připojení různých konstrukcí i pro přenos různých kombinací sil. Nejznámější jsou prvky pro připojení jednosměrně působícího konzolového deskového u k vnitřní stropní desce v jedné úrovni (obr. 1). Tento základní typ má mnoho modifikací pro různé podmínky vetknutí u vnitřní deska výškově uskočená dolů, nahoru, vetknutí do stěny s ukotvením nahoru, dolů (obr. 2 až 5) nebo skládané prvky pro použití ve filigránových stropních konstrukcích. Pro méně vyložené a více zatížené konzoly se vyrábějí prvky se silnější smykovou výztuží. Pro rohové y se dodávají prvky se zesílenou momentovou i smykovou výztuží a se zvětšeným krytím v jednom směru, aby výztuže na rohu zapadly do správných vrstev. S běžným či zvětšeným krytím se vyrábějí i všechny předchozí jmenované prvky. Pokud ová deska není konzolou působící v jednom směru, je nutno přenášet i síly v jiných směrech, a tak jsou ve vyráběném sortimentu i prvky s obousměrnou smykovou 3 4 5 stěna stěna výztuží (obr. 6), prvky schopné vzdorovat momentu i posouvající síle v obou směrech (obr. 7), prvky pouze na smykovou sílu (obr. 8 a 9), či na smykovou sílu v obou směrech (obr. 10). Prvky pro deskové konstrukce dodávají výrobci standardně pro tloušťky desek od 160 do 250 mm. Vyrábějí se i prvky pro připojení tepelně oddělených atik (obr. 11), zábradlí, parapetů, či předsazených atik (obr. 12), konzol pro vynesení přizdívky (obr. 13). Tepelně izolačně je možno připojit i trámy (obr. 14), stěny (obr. 15), ocelové nosníky k betonové konstrukci, či ocelové nosníky k ocelové vnitřní konstrukci. 14 BETON technologie konstrukce sanace 2/2011

6 7 8 9 atika 10 parapet 11 konzola 12 Obr. 1 Základní typ nosníku pro jednosměrně konzolově působící, přenáší moment a posouvající sílu Fig. 1 A basic version of beam for one-way functioning balcony transferring a bending moment and a shear force Obr. 2 Nosník přenášející moment a posouvající sílu s výškovým odskokem stropní desky, vnitřní deska níže Fig. 2 A balcony beam transferring a bending moment and a shear force with a vertical set-off of a floor slab, an interior slab is lower Obr. 3 Nosník přenášející moment a posouvající sílu s výškovým odskokem stropní desky, vnitřní deska výše Fig. 3 A balcony beam transferring a bending moment and a shear force with a vertical set-off of a floor slab, an interior slab is higher Obr. 4 Nosník přenášející moment a posouvající sílu s kotvením do stěny, kotevní železa vzhůru Fig. 4 A balcony beam transferring a bending moment and a shear force with an anchoring into a wall, upward oriented anchoring bars Obr. 5 Nosník přenášející moment a posouvající sílu s kotvením do stěny, kotevní železa dolů Fig. 5 A balcony beam transferring a bending moment and a shear force with an anchoring into a wall, upward oriented anchoring bars 13 Obr. 6 Nosník přenášející nadpodporový moment a posouvající sílu v obou směrech Fig. 6 A balcony beam transferring a negative bending moment and a shear force in both directions Obr. 7 Nosník do desky přenášející moment i posouvající sílu v obou směrech Fig. 7 A balcony beam transferring a bending moment into a floor slab in both directions and a shear force too Obr. 8 Nosník přenášející pouze posouvající sílu Fig. 8 A balcony beam transferring only a shear force Obr. 9 Nosník přenášející pouze posouvající sílu se svislými železy Fig. 9 A balcony beam transferring only a shear force with vertical bars Obr. 10 Nosník přenášející pouze posouvající sílu, ale v obou směrech Fig. 10 A balcony beam transferring only a shear force in both directions Obr. 11 Nosník pro připojení atiky Fig. 11 A beam for joining an attic (roof parapet) Obr. 12 Nosník pro připojení zábradlí, parapetu, přesazené atiky Fig. 12 A beam for joining a balusters, parapet or a overhanging attic Obr. 13 Nosník pro připojení konzoly pro přízdívku Fig. 13 A beam for joining a cantilever for an external leaf 2/2011 technologie konstrukce sanace BETON 15

Obr. 14 Nosník pro připojení konzolového trámu Fig. 14 A beam for joining a cantilever girder konzola vnitřní stěna Obr. 15 Nosník pro připojení stěny Fig. 15 A beam for joining a wall Obr. 16 Schéma max. délky dilatačního celku jednosměrně působící konzola, max. vzdálenost od rohu Fig. 16 A scheme of a thermal expansion unit limit length for an one-way functioning cantilever, limit distance from a cornet 14 Obr. 17 Schéma max. délky dilatačního celku lodžie Fig. 17 A scheme of a thermal expansion unit limit length a loggia vnější stěna vnitřní stěna Obr. 18 Schéma max. délky dilatačního celku ve vnitřním rohu Fig. 18 A scheme of a thermal expansion unit limit length an inner corner balcony 15 17 16 18 Konkrétní nabídka s bližším popisem nosníků je dostupná na webových stránkách výrobců nebo dovozců do České republiky [1 až 9]. Početní návrh jednotlivých nosných prvků ového nosníku byl u nás popsán v roce 2004 [11]. Síly v tažených, tlačených a smykových prutech se určí z příhradového modelu a posuzují se tažené a diagonální pruty na tah a tlačené trny na vzpěr. Dále je nutno posoudit otlačení betonu hlavami tlačených trnů a betonový průřez bezprostředně navazující na tepelně izolační spáru na ohyb a smyk. Podle okolností je případně nutno vypracovat další posudky (protlačení stěny tlačeným trnem, roztržení kotevní oblasti atd.). Pro běžný návrh jsou hodnoty hromadně vyráběných ových izolačních nosníků spočítány a uspořádány do tabulek, které výrobci pro navrhování svých prvků poskytují. Uváděné únosnosti však platí pouze za dodržení všech konstrukčních zásad, které jsou součástí technických podmínek výrobce. Tj. dodržení minimálních tloušťek konstrukcí a předepsaného vyztužení konstrukcí kolem tepelně izolační spáry. S výhodou je pro jednoduché tvary ů možno využít návrhových programů, které výrobci nabízejí na svých webových stránkách zdarma ke stažení [5, 8, 9]. Pomocí těchto programů je možno navrhovat běžné případy pravoúh- 16 BETON technologie konstrukce sanace 2/2011

Obr. 19 Schéma u o dvou různých vyloženích, upozornění na velikost posouvajících sil na rohu podpory Fig. 19 A scheme of a balcony with two different overhangs, an attention on an amount of shear forces in the corner of a support Obr. 20 Schéma u přesahujícího podporu, upozornění na velikost posouvajících sil u hrany podpory Fig. 20 A scheme of a balcony overhanging a support, an attention is focused on an amount of shear forces at the edge of support 19 Obr. 21 Schéma u ve vnitřním rohu Fig. 21 A scheme of a balcony in an inner corner Obr. 22 Schéma u ve vnitřním rohu připojeného pouze po jedné straně s vyznačením poruch povrchových úprav Fig. 22 A scheme of a balcony in an inner corner joined only along one side with highlighted locations of finishing defects Obr. 23 Schéma u s nutností připojení pomocí táhel mezi smykovými nosníky Fig. 23 A scheme of a balcony with necessity to join it through ties between shear beams 20 21 22 23 lých ů jednosměrně působící konzoly, zapuštěné y (lodžie), případně zapuštěné y částečně vyčnívající jako konzola před fasádu, y v koutě, případně s podporou na rohu, y na rohu, případně s podporami na některém z rohů nebo y podepřené při vnější hraně, ať již dvojicí podpor, nebo průběžně. POZNÁMKY K NÁVRHU K návrhu prvků je nutno připomenout několik skutečností, které bohužel bývají někdy opomenuty. Z důvodů omezení namáhání prvků rozdílnou teplotní roztažností vnitřní a vnější konstrukce je nutno dodržovat maximální délky dilatačních celků vnějších konstrukcí, a to jak běžných jednosměrně působících konzol, tak vzdálenosti od rohu (obr. 16) v rohových ech, délky lodžií (obr. 17) nebo délky od vnitřního rohu (obr. 18). Maximální délky udává výrobce v závislosti na typu použitých prvků. Běžně je maximální délka jednosměrně působící konzoly 11 až 14 m. Lodžie mohou být délky i větší než ½ L, pokud jsou oba konce uloženy na lodžiových stěnách pomocí smykových prvků se svislými železy (typ podle obr. 9). Jednotlivé dilatace musí být spojeny pomocí jednoduchých kluzných dilatačních trnů, aby byl vynucen stejný průhyb hran obou přilehlých dílů. Často bývají nosníky navrhovány tak, že jsou modelovány zároveň s běžnou stropní deskou bez toho, že by spára byla modelována jinak než pouze dvěma různými deskami navzájem tuze spojenými. Prvky jsou potom navrhovány na velikost vnitřních sil na spáře mezi deskou a em, a to pouze na maximální moment a není přihlédnuto k velikosti či smyslu působení posouvající síly. Přitom v místech, kde do u vyčnívá roh fasády, jsou zpravidla posouvající síly rozhodující a běžně navržené prvky pro přenos momentu a posouvající síly nevyhovují, protože jejich smyková únosnost je nedostačující (obr. 19 a 20). Uvedený postup návrhu v jednom celku s vnitřní deskou bez modelování spáry mezi em a deskou, které by respektovalo vlastnosti ových nosníků, je obecně nepříliš vhodný. Uvědomíme-li si rozdíl v ceně běžné výztuže a v ceně ových nosníků, je nutno se nad modelem zamyslet a modelovat konstrukci tak, aby vedla k použití levnějších prvků. Např. v mnoha místech tvarově složitých ů je možno využít ových nosníků pouze pro přenos smykových sil. 2/2011 technologie konstrukce sanace BETON 17

24 26 Obr. 24 Fasáda domu s havárií ů způsobenou nedostatečným připojením Fig. 24 Facade of the house with the balcony damage caused due to insufficient fastening Obr. 25 Pohled na spadlý na zem Fig. 25 View of the collapsed balcony Obr. 26 Bližší pohled na místo havarovaného přikotvení u Fig. 26 Detailed view of the broken down fastening of the balcony 25 Balkón ve vnitřním rohu, v koutě, bývá v návrzích chybně připojen v obou styčných hranách nosníky přenášejícími ohybové momenty a posouvající síly působící pouze shora dolů. Přitom takový je obecně možno připojit pouze smykovými prvky u vnitřního rohu obousměrně působícími. Pouze u ů s jednou stranou výrazně delší je vhodné použít i momentové nosníky (obr. 21). Nevhodné je rovněž připojit ve vnitřním rohu pouze na delší straně momentovými nosníky. A to nejen vzhledem k možné úspoře, ale hlavně kvůli poruchám povrchových úprav, které vzniknou průhybem u, když je jeho hrana těsně přisazena ke stěně (obr. 22). Podobné poruchy vznikají, pokud je na okraji u betonové zábradlí a to není ve své hlavě přikotveno ke stěně. Betonové zábradlí musí být buď od stěny odsazeno s takovou mezerou, aby se v ní daly provést povrchové úpravy fasády a jejich opravy, nebo musí být u horního líce přikotveno. Tam, kde jsou tepelně oddělené konstrukce připojené pouze pomocí smykových prvků, je nutno mezi ně vložit táhla (obr. 23). Táhla musí zajistit stabilitu připojované konstrukce v závislosti na statickém schématu vnějšího podepření, tj. případně musí být i šikmá, aby zajistila nejen tah v tepelně izolační spáře, ale i posun podél úložné hrany. Někteří výrobci již dodávají taková táhla včetně izolace jako systémové prvky. Literatura: [1] www.basys.ch [2] www.bronze.cz [3] www.gblweite.ch [4] www.h-bau.de [5] www.halfen.cz [6] www.pbferrflex.sk [7] www.psbrno.cz [8] www.schoeck-wittek.cz [9] www.maxfrank.com [10] Viták V., Löwitová O., Náprstková S.: Výrobky pro řešení dilatačních spár a balkonové izolační prvky pro betonové konstrukce, Beton TKS 6/2002, str. 34 37 [11] Löwitová O., Viták V.: Navrhování balkonových izolačních prvků HIT podle ČSN, Halfen-Deha, 2004 ZÁVĚR Návrhu ových izolačních nosníků je třeba věnovat potřebnou pozornost. Při návrhu pomocí běžného programu MKP je třeba respektovat na styčné spáře vnitřní desky a u nejen průběh momentů, ale i průběh posouvajících sil. Většinou je ovšem ekonomičtější upravit ve statickém modelu podmínky uložení u tak, aby byly prvky lépe využity. Tj. v místech očekávaných minimálních sil nechat v modelu nepodepřený a do konstrukce v těchto místech vložit pouze tepelnou izolaci. V místech, kde není nutné momentové připojení, je vhodné modelovat pouze kloubové připojení a do konstrukce potom vložit pouze smykové prvky. Přestože jsou ové nosníky významnou položkou v nákladech hrubé stavby, není vhodné pokoušet se nahrazovat průmyslově vyráběné prvky vlastními levnějšími náhradami, nemá-li projektant dostatečně hluboké znalosti k návrhu a dodavatel potřebnou pracovní kázeň k provedení (obr. 24 až 26). Ing. Jan Margold Pernerova 11, 180 00 Praha 8 tel.: 224 814 748, mob.: 603 868 275 e-mail: margold.statik@iol.cz 18 BETON technologie konstrukce sanace 2/2011