Zpět 7 fotografií

Užití předpětí při sanaci stropní konstrukce novostavby

V rámci výstavby prodejny došlo k nadměrným průhybům při betonáži stropní konstrukce. Po provedeném šetření bylo zjištěno poddimenzování nosníků ocelo-betonové stropní konstrukce na účinky zamýšleného zatížení. Proto bylo nutné nosnou konstrukci zesílit. Zvýšení únosnosti se provedlo předpětím.

Publikováno: 29.07.2010
Rubrika:
Autor: (red)

ÚVOD
Během výstavby obchodních prostor byla investorem požadována změna způsobu jejich užívání. V důsledku toho pak došlo k navýšení zatížení na stropní konstrukci, která přestala vyhovovat na mezní stav únosnosti. Jednalo se tedy o rekonstrukci novostavby která ještě nebyla v provozu Bylo nezbytné dodatečně zesílit vodorovné nosné prvky.

STRUČNÁ CHARAKTERISTIKA STAVBY
Novostavba přízemní prodejny je situována ve dvorním traktu měšťanského domu v historickém centru města. Jedná se o přízemní nepodsklepenou budovu půdorysných rozměrů cca 7,5 x 10,0 m s plochou střechou, funkčně navazující na stávající dům.

Obvodové nosné zdivo je z tepelně-izolačních bloků Porotherm tl. 400 mm, původní střešní konstrukce byla navržena z ocelových nosníků IPE 240 s osovou vzdáleností 1550 mm na rozpětí 6,65 až 7,5 m (obr. 1) a nepochůzího střešního pláště. Původní skladba pláště byla navržena z trapézových plechů, přelitých betonovou deskou tl. 80 mm, vyztuženou svařovanými sítěmi. Spád pro odtok vody měl být zajištěn tepelnou izolací proměnné tloušťky. V rámci finančních úspor došlo k vytvoření spádu pomocí proměnné tloušťky betonové desky, nahrazující pěnový polystyrén, přičemž s rostoucím rozpětím I-nosníků se zvyšovala i tloušťka betonu (obr. 2). Nosník s rozpětím 6,65 m byl přitížen betonovou deskou tloušťky 100 mm, nosník délky 7,5 m podepírá desku tl. 210 mm. Dále se investor rozhodl využívat nově vzniklou plochu jako terasu pro společenská setkání. V rohové části se ještě měl zřídit bazén.

ZHODNOCENÍ STÁVAJÍCÍHO STAVU A NÁVRH ZESÍLENÍ
Přepočet ocelových I-nosníků prokázal jejich využití na 94% mezní únosnosti pro přenos vlastní tíhy a tíhy betonu. Zamýšlené pochůzí vrstvy a užitné zatížení bylo nepřípustné bez dodatečného zesílení nosníků. Jako možné varianty zesílení bylo navrženo snížení rozpětí vložením vnitřních sloupků, zesílení stávajících nosníků navařením přídavných válcovaných profilů ke spodním pásnicím a dodatečné předepnutí. Dodatečné podepření se neslučovalo s požadavkem na zachování volných vnitřních prostor. Pro zesílení průřezu přivařením dalšího válcovaného nosníku ke spodní pásnici nepostačoval ani profil 2 x U100. Při použití větších profilů se zvyšovaly náklady na materiál souběžně s pracností. Pro realizaci byla vybrána poslední varianta.

STATICKÝ PRINCIP
Princip zesílení spočíval ve vnesení rovnovážné soustavy sil od předpínacího lana, působícího proti směru stálého a užitného zatížení. Návrh řešení vycházel ze skutečnosti, že deska s ocelovým nosníkem není spřažena (nedostatečné připojení trapézových plechů k horní pásnici nosníků pomocí TEKS šroubů nelze považovat za spřažení). Normálové složky síly P jsou přenášeny pouze betonovou deskou, radiální účinky v podobě svislých sil působících v uzlech polygonu ohýbají konstrukci směrem vzhůru. Ocelové nosníky jsou tak od účinků předpětí namáhány pouze ohybovým momentem. Výpočet byl rozdělen na dva celky: namáhání samotného I-nosníku od zatížení čerstvým betonem a posouzení nespřažené konstrukce. Účinky od předpínacích sil a užitného zatížení se tak uvažovaly pro posouzení jednotlivých prvků pouze dílčími hodnotami podle poměru jejich vzájemných tuhostí.

KONSTRUKČNÍ ŘEŠENÍ
Lana byla vedena polygonálně přes náhradní kabelové kanálky profilu Ø 25 mm. Pro zakotvení lan byly v atikách vysekány kotevní sklípky, kotevní objímky se opírají přes roznášecí desky do betonu s kontaktní plochou seříznutou kolmo k ose lana.

Zalomení lan bylo provedeno pomocí deviátorů ve vzdálenosti přibližně ¼ rozpětí od líce podpory. Lana se rozmístila do svislých rovin podél boků I-nosníků. Přenos vertikálních sil z deviátorů do zesilovaných nosníků zajišťují příčníky z profilu U120. Tyto příčníky byly umístěny v každém lichém poli společně s lany pro dva sousední I-nosníky (obr. 3).

Pro největší rozpětí, kde působí největší radiální účinky od předpětí, byly příčníky zesíleny přivařenou stojinou tak, aby tvořily uzavřený průřez. Volné prostory mezi spodním lícem desky a horní plochou věnce bylo nutno dozdít v polích s kotevními sklípky takovým způsobem, aby nedošlo k usmyknutí desky vlivem svislé složky od předpínací síly. Na konstrukci byla použita obalovaná lana Ø 15,7 mm 1570/1770 MPa, typu MONOSTRAND.

POSTUP NAPÍNÁNÍ
Lana byla napínána v pořadí 2-1-4-3-6-5 ze strany s maximální tloušťkou desky. Pro stanovení předpínacích sil v jednotlivých lanech se upřednostnilo vyrovnání napjatosti v posuzovaných prvcích. Proměnné tloušťky desky a rozdílná rozpětí nosníků by byly příčinou rozdílů v dosažených napětích u I-nosníků i již tuhé betonové desky při snaze o vyrovnání průhybu.

Lana se napínala vždy ve třech nebo čtyřech krocích, po každém přírůstku síly se změřilo protažení lana a odečetl tlak v hydraulickém okruhu. Následně se porovnaly předpokládané a skutečně dosažené hodnoty protažení všech lan.

ZÁVĚR
Užití předpínacích lan se u konstrukcí s nutností zesílení jeví jako vhodná alternativa ke konvenčním způsobům statického zajištění (vkládání dodatečných svislých podpor, zvyšování počtu nosníků jejich dodatečným vkládáním mezi původní, atd.). Díky okamžitému působení již během aplikace lze kontrolovat krátkodobým měřením správnost návrhu, eventuelně provést vhodné korekce pro dosažení optimálního stavu původní konstrukce.

Tento výsledek byl získán za finančního přispění MŠMT ČR, v rámci výzkumného záměru MSM 0021630519 „Progresivní spolehlivé a trvanlivé nosné stavební konstrukce“.

LITERATURA
[1] Bažant Z., Klusáček L.: Statika při rekonstrukcích objektů, CERM s.r.o.Brno 2007, ISBN 978-80-7204-509-9

Tento článek byl publikován ve sborníku SANACE BETONOVÝCH KONSTRUKCÍ 2010.