Reklama

Montované domy na bázi dřeva (část 4): Zásady navrhování na účinky zatížení

14.4.2014

Ing. Bohumil Koželouh, CSc, autorizovaný inženýr a soudní znalec

Recenzovaný

V pětidílném seriálu představíme vývoj a základní typy montovaných domů na bázi dřeva, základní konstrukční materiály, základní spojovací prostředky, požadavky na nosné prvky a nosné stěnové prvky (panely). Ve čtvrtém díle představujeme zásady navrhování na účinky zatížení.

Reklama

4.1 Úvod

Pro navrhování stavebních konstrukcí jsou zavedeny evropské normy – tzv. Eurokódy (EC), tj. skupina evropských norem, jejichž zpracování bylo iniciováno Komisí Evropského společenství v polovině 70. let minulého století. Po zavedení Eurokódů do národních norem probíhalo tzv. přechodné období, ve kterém se mohly používat odlišné národní normy, a pokračoval vývoj Eurokódů.

Pro dřevěné konstrukce byla vydána výchozí verze EC5 jako předběžná evropská norma ENV 1995-1-1:1993 a byla nahrazena evropskou normou EN 1995-1-1 z listopadu 2004. Protože v tom období EC5 nepokrýval celou problematiku navrhování dřevěných konstrukcí, byly v některých zemích zavedeny národní normy, které jsou z hlediska koncepce výpočtu zcela v souladu se zásadami Eurokódu 5, jejich struktura je však více zaměřena na potřeby praktického navrhování. Ve Švýcarsku to byla norma SIA 265:2003, v Německu DIN 1052:2004-08, kterou později nahradila DIN 1052:2008-12. Tyto normy nejsou konfliktní s Eurokódem 5, ale spíše ho v některých ohledech doplňují. Tento postup se ukázal jako účelný i v České republice, kde je kromě ČSN EN 1995-1-1 (vydána 12.2006) v účinnosti od 11. 2007 ČSN 73 1702, která je modifikovaným překladem německé normy DIN 1052:2004, používá se jako alternativa EC5 a výrazně přispěla k osvojení principů výpočtu dřevěných konstrukcí podle Eurokódů v praxi.

Podle požadavku CEN (Evropská komise pro normalizaci) Eurokódy měly k 1. dubnu 2010 nahradit příslušné existující národní normy, vydané národními normalizačními organizacemi. Pro dřevěné konstrukce byla v rámci tohoto trendu v Německu nahrazena od poloviny r. 2012 národní norma DIN 1052:2008 Eurokódem 5 a německou národní přílohou DIN EN 1995-1-1/NA, která je založena na DIN 1052:2008 (s výjimkou ustanovení shodných s EC5), obsahuje však řadu nových ustanovení. V České republice se předpokládá česká národní příloha k EC5 jako modifikované vydání DIN EN 1995-1-1/NA:2013 a po jejím zavedení by byla pro navrhování dřevěných konstrukcí v účinnosti ČSN EN 1995-1-1 a ČSN EN 1995-1-1/NA.

Při zavádění Eurokódů do ČSN byly revidovány některé vžité odborné termíny: dřívější název „výpočtový“ (např. výpočtové zatížení, výpočtová pevnost) byl změněn na „návrhový“ (návrhové zatížení, návrhová pevnost). Podmínky působení konstrukce s ohledem na relativní vlhkost a teplotu prostředí jsou v ČSN EN 1995-1-1 (článek 2.3.1.3) definovány jako třídy provozu, zatímco v ČSN 73 1702 a souvisící odborné literatuře se používá termín třídy použití. Oba termíny jsou ekvivalentní a v tomto příspěvku se používá první termín.

Platné zásady navrhování stavebních konstrukcí jsou obecně uvedeny v ČSN EN 1990 (s komentářem v Příručce IC ČKAIT). Pro stanovení zatížení jsou pro dřevěné konstrukce směrodatné zejména tyto části ČSN EN 1991 (s komentářem v Příručce IC ČKAIT):

ČSN EN 1991-1-1 (73 0035)
Eurokód 1: Zatížení konstrukcí – Část 1-1: Obecná zatížení – Objemové tíhy, vlastní tíha a užitná zatížení pozemních staveb

ČSN EN 1991-1-2 (73 0035)
Eurokód 1: Zatížení konstrukcí – Část 1-2: Obecná zatížení – Zatížení konstrukcí vystavených účinkům požáru.

ČSN EN 1991-1-3 (73 0035)
Eurokód 1: Zatížení konstrukcí – Část 1-3: Obecná zatížení – Zatížení sněhem

ČSN EN 1991-1-4 (73 0035)
Eurokód 1: Zatížení konstrukcí – Část 1-4: Obecná zatížení – Zatížení větrem

ČSN EN 1991-1-6 (73 0035)
Eurokód 1: Zatížení konstrukcí – Část 1-6: Obecná zatížení – Zatížení během provádění.

4.2 Stanovení návrhových hodnot materiálových vlastností podle Eurokódu 5

Návrhová hodnota X_d pevnostní vlastnosti je dána vztahem

X_d = k_mod

(4.1)

kde je

X_k: – charakteristická hodnota pevnostní vlastnosti, která je pro rostlé dřevo stanovena v ČSN EN 338 a pro lepené lamelové dřevo v ČSN EN 1194;
γ_M: – dílčí součinitel vlastnosti materiálu;
k_mod: – modifikační součinitel zohledňující vliv trvání zatížení a vliv vlhkosti

U dřevěných prvků namáhaných ohybem nebo tahem lze uvážit vliv rozměrů na pevnost.

Pro prvky z rostlého dřeva obdélníkového průřezu s charakteristickou hustotou ρ_k ≤ 700 kg/m³ je referenční výška v ohybu nebo šířka (větší rozměr průřezu) v tahu 150 mm. Pro výšky v ohybu nebo šířky v tahu menší než 150 mm se dovoluje zvětšit charakteristikou pevnost v ohybu f_m,0,k, nebo v tahu f_t,0,k součinitelem k_h ˃ 1.

Pro prvky z lepeného lamelového dřeva obdélníkového průřezu je referenční výška v ohybu nebo šířka (větší rozměr průřezu) v tahu je 600 mm. Pro výšky v ohybu nebo šířky v tahu menší než 600 mm se dovoluje zvětšit charakteristikou pevnost v ohybu f_m,0,k, nebo v tahu f_t,0,k součinitelem k_h ˃ 1.

Hodnoty součinitele k_h pro zvýšení návrhové pevnosti v ohybu případně v tahu jsou uvedeny v tabulce 4.1 pro rostlé dřevo a v tabulce 4.2 pro lepené lamelové dřevo.

Tabulka 4.1 – Hodnoty součinitele `k`_h pro zvýšení pevnosti v ohybu nebo v tahu průřezů z rostlého dřeva
`h` / `b` / max {`h`; `b`} [mm]	20	0	40	50	60	70	80
`k`_h,y / `k`_h,t	1,300	1,300	1,300	1,246	1,201	1,65	1,134

`h` / `b` / max {`h`; `b`} [mm]	90	100	110	120	130	140	≥ 150
`k`_h,y / `k`_h,t	1,108	1,084	1,064	1,040	1,029	1,014	1,0

Tabulka 4.2 – Hodnoty součinitele `k`_h pro zvýšení pevnosti v ohybu nebo v tahu pro nosné prvky z lepeného lamelového dřeva
`h` / max {`b`, `h`} [mm]	≤ 230	240	260	280	300	320	340	360	380	400
`k`_h,y / `k`_h,t	1,1	1,096	1,087	1,079	1,072	1,065	1,058	1,052	1,047	1,041

`h` / max {`b`, `h`} [mm]	420	440	460	480	500	520	540	560	580	≤ 600
`k`_h,y / `k`_h,t	1,036	1,032	1,027	1,023	1,018	1,014	1,011	1,007	1,003	1,0

V dále uvedených příkladech je návrhová hodnota pevnosti f_d stanovena na základě referenční návrhové pevnosti pro třídu provozu 1 + 2 a třídu trvání zatížení střednědobé a převodního součinitele pro jinou třídu trvání zatížení.

Hodnoty referenční návrhové pevnosti včetně převodního součinitele a odpovídající hodnoty charakteristické pevnosti jsou uvedeny v tabulce 4.3 pro rostlé dřevo a v tabulce 4.4 pro lepené lamelové dřevo.

Pro třídu provozu 3 je třeba postupovat podle vztahu (4.1).

Přetvoření (průhyb) sestává z těchto složek:

w_c: – nadvýšení v nezatíženém stavu
w_inst: – počáteční (okamžitý) průhyb
w_creep: – průhyb účinkem dotvarování
w_fin: – konečný průhyb
w_net,fin: – konečný průhyb po odečtení nadvýšení

Viz též ČSN EN 1995-1-1, 2.2.3

Pro výpočet počátečního (okamžitého) průhybu w_inst se používá průměrná hodnota modulu pružnosti E_0,mean.

w_inst = w_G,inst + w_Q,i,inst +

(4.2)

Konečný průhyb s uvážením dotvarování se stanoví podle vztahu

w_fin = w_G,inst ∙ (1 + k_def) + w_Q,1,inst +

(4.3)

Součinitele ψ₀ viz ČSN 1991-1 a kdef viz ČSN EN 1995-1-1.

Tabulka 4.3 – Charakteristické hodnoty a referenční návrhové hodnoty v N/mm² rovnoběžně a kolmo k vláknům pro často používané rostlé jehličnaté dřevo
Namáhání	Charakteristické hodnoty podle ČSN EN 338			Referenční návrhové hodnoty pro třídu provozu 1+2 a třídu trvání zatížení střednědobé
Namáhání		C24	C30		C24	C30
Ohyb ¹⁾	`f`_m,k	24	30	`f`_m,d	14,8	18,5
Tah rovnoběžně s vlákny ¹⁾	`f`_t,0,k	14	18	`f`_t,0,d	8,62	11,1
Tah kolmo k vláknům	`f`_t,90,k	0,4		`f`_t,90,d	0,246
Tlak rovnoběžně s vlákny	`f`_c,0,k	21	23	`f`_c,0,d	12,9	14,2
Tlak kolmo k vláknům	`f`_c,90,k	2,5	2,7	`f`_c,90,d	1,54	1,66
Smyk a kroucení ²⁾	`f`_v,k	2,5		`f`_v,d	1,23
Valivý smyk	`f`_R,k	1,0		`f`_R,d	0,615
1) Hodnoty pevnosti pro ohyb a tah se dovoluje při `h` < 150 mm popř. `b` < 150 mm násobit součinitelem `k`_h, viz tabulka 4.1. 2) Hodnota pro smyk a kroucení je založena na redukované hodnotě podle NDP 6.1.7(2) v ČSN EN 1995-1-1/NA. Pro jiné třídy trvání zatížení se referenční návrhové hodnoty vynásobí součinitelem stálé: 0,75; dlouhodobé: 0,875; krátkodobé: 1,125

Příklad 4.2.1: Má se stanovit návrhová pevnost v ohybu průřezu z jehličnatého rostlého dřeva C24 b / h = 100/140 mm pro třídu provozu 2 a krátkodobé zatížení.

Řešení: součinitel k_h = 1,014 (tabulka 4.1) a f_m,d = 1,014 ‧ 14,8 ‧ 1,125 = 16,88 N/mm²

Kontrola podle vztahu (4.1): f_m,d = k_h ‧ k_mod ‧ = 16,8 N/mm²

Tabulka 4.4 – Charakteristické hodnoty a referenční návrhové hodnoty v N/mm² rovnoběžně a kolmo k vláknům pro homogenní lepené lamelové dřevo
Namáhání	Charakteristické hodnoty podle ČSN EN 14080				Referenční návrhové hodnoty pro třídu provozu 1+2 a třídu trvání zatížení střednědobé
Namáhání		GL24h	GL28h	GL32h		GL24h	GL28h	GL32h
Ohyb ¹⁾	`f`_m,k	24	28	32	`f`_m,d	15,4	17,9	20,5
Tah rovnoběžně ¹⁾	`f`_t,0,k	19,2	22,4	25,6	`f`_t,0,d	12.3	14,3	16,4
Tah kolmo	`f`_t,90,k	0,5			`f`_t,90,d	0,32
Tlak rovnoběžně	`f`_c,0,k	24	28	32	`f`_c,0,d	15,4	17,9	20,5
Tlak kolmo	`f`_c,90,k	2,5			`f`_c,90,d	1,6
Smyk a kroucení ²⁾	`f`_v,k	2,5			`f`_v,d	1,6
Valivý smyk	`f`_R,k	1,0			`f`_R,d	0,64
¹⁾ Hodnoty pevnosti v ohybu a v tahu se dovoluje zvýšit součinitelem `k`_h, viz tabulka 2.4.1-2 ²⁾ Hodnoty pevnosti v ohybu se dovoluje zvýšit součinitelem `k`_l = 1,2, pokud je průřez vytvořen ve směru šířky nejméně ze 4 lamel. ³⁾ Hodnota pro smyk a kroucení je založena na redukované hodnotě podle NDP 6.1.7(2) v ČSN EN 1995-1-1/NA. Pro jiné třídy trvání zatížení se referenční návrhové hodnoty vynásobí součinitelem stálé: 0,75; dlouhodobé: 0,875; krátkodobé: 1,125

Příklad 4.2.2: Má se stanovit návrhová pevnost v tahu průřezu z lepeného lamelového dřeva GL28h b / h = 500/150 mm pro třídu provozu 1 a dlouhodobé zatížení.

Řešení: součinitel k_h = 1,018 (tabulka 4.2) a f_m,d = 1,018 ‧ 14,3 ‧ 0,875 = 12,74 N/mm²

Kontrola podle vztahu (4.1): f_md = k_h ‧ k_mod ‧ = 12,77 N/mm²

4.3 Řezivo

ČSN 73 2824-1, ČSN EN 338, ČSN EN 1912, ČSN EN 384, ČSN EN 1995-1-1

Příklad 4.3.1: Pro rostlé jehličnaté dřevo (smrk) třídy S10 podle ČSN 73 2824-1 s výškou průřezu 120 mm se má stanovit návrhová pevnost v ohybu a hodnota modulu pružnosti v ohybu pro třídu provozu 2 a užitné (tj. střednědobé) zatížení.

Řešení: třídě S10 odpovídá podle ČSN EN 1912 třída pevnosti C24 podle ČSN EN 338 s charakteristickou pevností v ohybu 24 N/mm² a referenční návrhovou hodnotou podle tabulky 4.3 f_m,d,r = 14,8 N/mm².

Se součinitelem k_h = 1,04 podle tabulky 4.1 dostaneme výslednou návrhovou hodnotu pevnosti v ohybu
f_m,d = 14,8 ∙ 1,04 = 15,4 N/mm²

Modul pružnosti podle ČSN EN 338 je E_0,mean = 11 000 N/mm² (průměr) a E_0,05 = 7 400 N/mm² (5% kvantil). Součinitel deformace podle ČSN EN 1995-1-1, tabulka 3.2 k_def = 0,8.

4.4 Lepené lamelové dřevo

ČSN 73 2824-1, ČSN EN 1912, ČSN EN 1995-1-1, ČSN EN 14080

Příklad 4.4.1: Pro průvlak z lepeného lamelového dřeva (smrk) průřezu 120 × 500 mm se má stanovit návrhová pevnost v ohybu a hodnota modulu pružnosti v ohybu pro třídu provozu 2 a dlouhodobé zatížení. Skladba průřezu: homogenní lepené lamelové dřevo GL28h. Součinitel deformace podle ČSN EN 1995-1-1, tabulka 3.2 k_def = 0,8 (třída provozu 2).

Řešení: podle tabulky 4.4 je charakteristická pevnost v ohybu f_m,k = 28 N/mm² a referenční návrhová hodnota f_m,d,r = 17,9 N/mm²

Se součinitelem k_h = 1,018 podle tabulky 4.2 a součinitelem 0,875 podle tabulky 4.4 (dlouhodobé zatížení) je výsledná návrhová pevnost v ohybu f_m,d = 17,9 ∙ 1,018 ∙ 0,875 = 15,9 N/mm²

Modul pružnosti podle ČSN EN 14080, tabulka 5: E_0,mean = 12 000 N/mm² (průměrná hodnota) a E_0,05 = 10 100 N/mm² (5% kvantil). Součinitel deformace podle ČSN EN 1995-1-1, tabulka 3.2 k_def = 0,8.

Příklad 4.4.2: Pro nosník z lepeného lamelového dřeva (smrk) průřezu 180 × 200 mm vytvořený ve směru šířky z 5 lamel (tj. svisle lamelovaný nosník) se má stanovit návrhová pevnost v ohybu a modul pružnosti pro třídu provozu 3 a střednědobé zatížení. Skladba průřezu homogenní lepené lamelové dřevo GL24h.

Řešení: podle tabulky 4.4 je charakteristická hodnota pevnosti v ohybu f_m,k = 24 N/mm² a návrhová hodnota je podle vztahu (4.1) s uvážením, součinitele k_mod = 0,65 a součinitele γ_M = 1,25 podle ČSN EN 1995-1-1 a součinitele k_l = 1,2 podle tabulky 4.4, poznámka 2)
f_m,d = k_mod ∙ = 0,65 ∙ = 15 N/mm²

Modul pružnosti podle ČSN EN 14080, tabulka 5: E_0,mean = 11 500 N/mm² (průměrná hodnota) a E_0,05 = 9 600 N/mm² (5% kvantil). Součinitel deformace podle ČSN EN 1995-1-1, tabulka 3.2 k_def = 2,0 (třída provozu 3).

4.5 Prutové prvky z vrstveného dřeva

Vrstvené dřevo podle EN 14374 se smí používat ve třídách provozu 1 a 2. Pro použití ve třídě provozu 3 je potřebné posouzení použitelnosti autorizovanou zkušebnou.

Pro vrstvené dřevo se stanoví charakteristické vlastnosti pevnosti, tuhosti a hustoty na základě schválení autorizovanou zkušebnou.

4.6 Desky na bázi dřeva

Charakteristické hodnoty pro navrhování podle EC5 jsou uvedeny v:

ČSN EN 12369-1 pro desky OSB, třískové desky a vláknité desky;
ČSN EN 12369-2 pro překližované desky;
ČSN EN 12369-3 pro desky z rostlého dřeva (SWP)
nebo jsou charakteristické hodnoty stanoveny výrobcem na základě zkoušek podle EN 789, EN 1058 a ČSN EN 1156.

Charakteristické hodnoty pevnosti, tuhosti a hustoty pro některé třídy překližovaných desek podle ČSN EN 636 jsou uvedeny v tabulkách 4.5 a 4.6. (podle ČSN EN 73 1702).

Tabulka 4.5 – Charakteristické hodnoty pevnosti, tuhosti a hustoty pro překližované desky tříd pevnosti v ohybu (F) a tříd modulu pružnosti v ohybu (E) F20/10 E40/20 a F20/15 E30/25 podle ČSN EN 636 s charakteristickou hustotou nejméně 350 kg/m³
	1	2		3
1	Třída	F20/10 E40/20		F20/15 E30/25
2	Namáhání	rovnoběžně^a	kolmo^a	rovnoběžně^a	kolmo^a
Charakteristiky pevnosti N/mm²
Namáhání kolmo na rovinu desky
3	Ohyb `f`_m,k	20	10	20	15
4	Tlak `f`_c,90,k	4
5	Smyk `f`_v,k	0,90	0,60	1,0	0,70
Namáhání v rovině desky
6	Ohyb `f`_m,k	9	7	8	7
7	Tah `f`_t,k	9	7	8	7
8	Tlak `f`_c,90,k	15	10	13	13
9	Smyk `f`_v,k	3,5		4
Charakteristiky tuhosti N/mm²
Namáhání kolmo na rovinu desky
10	Modul pružnosti `E`_mean^b	4000	2000	3000	2500
11	Modul pružnosti ve smyku `G`_mean^b	35	25	35	25
Namáhání v rovině desky
12	Modul pružnosti `E`_mean^b	4000	3000	4000	3000
13	Modul pružnosti ve smyku `G`_mean^b	350
Hustota kg/m³
14	Hustota `ρ`_k	350
^a Se směrem vláken vnějších dýh. ^b Pro charakteristické tuhosti `E`₀₅ a `G`₀₅ platí výpočtové hodnoty: `E`₀₅ = 0,8 `E`_mean a `G`₀₅ = 0,8 `G`_mean.

Tabulka 4.6 − Charakteristické hodnoty pevnosti, tuhosti a hustoty pro překližované desky tříd pevnosti v ohybu (F) a tříd modulu pružnosti v ohybu (E) F40/30 E60/40, F50/25 E70/25 a F60/10 E90/10 podle ČSN EN 636 s charakteristickou hustotou nejméně 600 kg/m³
		1		2		3
1	Třída	F40/30 E60/40		F50/25 E70/25		F60/10 E90/20
2	Namáhání	rovnoběžně^a	kolmo^a	rovnoběžně^a	kolmo^a	rovnoběžně^a	kolmo^a
Charakteristiky pevnosti N/mm²
Namáhání kolmo na rovinu desky
3	Ohyb `f`_m,k	40	30	50	25	60	10
4	Tlak `f`_c,90,k	9			10
5	Smyk `f`_v,k	2,2			2,5
Namáhání v rovině desky
6	Ohyb `f`_m,k	29	31	36	24	36	24
7	Tah `f`_t,k	29	31	36	24	36	24
8	Tlak `f`_c,90,k	21	22	36	17	26	18
9	Smyk `f`_v,k	9,5			11
Charakteristiky tuhosti N/mm²
Namáhání kolmo na rovinu desky
10	Modul pružnosti `E`_mean^b	6000	4000	7000	2500	9000	1000
11	Modul pružnosti ve smyku `G`_mean^b	150			200
Namáhání v rovině desky
12	Modul pružnosti `E`_meanb	4400	4700	5500	3650	5500	3700
13	Modul pružnosti ve smyku `G`_mean^b	600			700
Hustota kg/m³
14	Hustota ρk	350
^a Se směrem vláken vnějších dýh. ^b Pro charakteristické tuhosti `E`₀₅ a `G`₀₅ platí výpočtové hodnoty: `E`₀₅ = 0,8 `E`_mean a `G`₀₅ = 0,8 `G`_mean.

Charakteristické hodnoty pevnosti, tuhosti a hustoty pro cementotřískové desky technických tříd 1 a 2 podle ČSN EN 13986 jsou uvedeny v ČSN EN 1995-1-1/NA, tabulka NA.8.

Charakteristické hodnoty pevnosti, tuhosti a hustoty sádrokartonových desek podle ČSN EN 520 jsou uvedeny v ČSN EN 1995-1-1/NA, tabulka NA.10.

Charakteristické hodnoty pro pevnost a tuhost sádrovláknitých desek FERMACELL a hodnoty pro modifikační součinitele kmod a kdef a další charakteristiky jsou uvedeny v Evropském technickém schválení ETA-03/0050.

4.7 Kovové spojovací prostředky

Únosnost hlavních typů kovových spojovacích prostředků dřevěných konstrukcí viz ČSN EN 1995-1-1 a ČSN EN 1995-1-1/NA.

4.8 Zatížení nosných prvků montovaných domů na bázi dřeva

Na nosné prvky dřevěných domů mohou působit zatížení podle obr. 4.1 nebo jejich kombinace.

Obrázek 4.1 Způsoby zatížení nosných panelů (podle [8]). a), b), c): stěnové prvky, d), e): stropní (střešní) prvky

a) svislé zatížení vyvozené horním stropem nebo střechou;
b) vodorovné zatížení v rovině stěny vyvozené horní střešní nebo stropní výztužnou tabulí nebo ztužidly;
c) vodorovné zatížení větrem kolmo k rovině obvodové stěny;
d) svislé zatížení vyvozené stálým a užitným/nahodilým zatížením;
e) vodorovné zatížení v rovině stropní nebo střešní výztužné tabule vyvozené střešní konstrukcí nebo venkovními stěnami

4.9 Nosné stěnové prvky / panely

4.9.1 Obecně

Obrázek 4.2a Typická konstrukce stěnového prvku na bázi dřeva

Obrázek 4.2 Typická konstrukce stěnového prvku na bázi dřeva

Typická konstrukce stěnového prvku montovaných domů na bázi dřeva je tvořena dřevěným rámem (pozůstávajícím ze spodního prahu, svislých sloupků a horního vodorovného rámového prvku), ke kterému je připojen jednostranný nebo oboustranný plášť z desek na bázi dřeva, popř. jiných deskových materiálů (obr. 4.2). Tyto stěnové prvky mohou být prefabrikovány nebo zhotoveny přímo na staveništi.

Ze statického hlediska je pro tyto nosné prvky s dřevěnými žebry (sloupky) charakteristické spolupůsobení sloupků s pláštěm. Přitom alespoň jeden plášť je staticky účinný, tj. zajišťuje tvarovou určitost nosného rámu a vyztužení sloupků proti vybočení v rovině stěny, je schopný zajistit společně s dřevěným rámem výztužnou únosnost a tuhost stěny zatížené v její rovině (viz obr. 4.1b), případně spolupůsobit se sloupky při přenosu zatížení panelu tlakem a/nebo ohybem. Materiál a způsob připojení nosného pláště (plášťů) k prvkům dřevěného rámu musí proto vyhovovat příslušným konstrukčním a statickým požadavkům.

POZNÁMKA Nosné stěny s dřevěnými sloupky bez staticky účinného pláště (spolupůsobícího nebo alespoň výztužného) nejsou předmětem dalších úvah. Výklad je tedy zaměřen na tzv. rámové domy.

Na pláště se běžně používají tyto desky na bázi dřeva: třísková deska, OSB, překližka a také tvrdá vláknitá deska a cementotřísková deska; vhodné jakosti. Z dalších deskových materiálů se na pláště používá sádrovláknitá deska a sádrokartonová deska.

třísková deska, OSB	8 mm (4,5 `d`)
vodovzdorná překližka	6 mm (3 `d`)
tvrdá vláknitá deska	4 mm (2 `d`, pro sponky 6 mm)
cementotřísková deska	8 mm
sádrovláknitá deska	10 mm
konstrukční deska FERMCELL HD	15 mm
sádrokartonová deska	12,5 mm

Tloušťka deskových materiálů použitých na pláště musí vyhovovat stanoveným nejmenším hodnotám, které závisejí také na použitých spojovacích prostředcích. Dále uvedené hodnoty (podle [9]) odpovídají německé literatuře (v závorce jsou hodnoty určené průměrem d použitých hřebíků při d ≤ 4,2 mm, popř. nejmenší tloušťky platné při použití sponek):

Zapuštění hlavy hřebíku (krčku sponky) pod povrch se dovoluje ≤ 2 mm; v tomto případě se nejmenší tloušťka desky zvětší o 2 mm. Z konstrukčního hlediska (pro zamezení deformací pláště vlivem vlhkostních změn) má být tloušťka pláště ≤ 1/50 světlé vzdálenosti žeber.

Řezivo pro prvky dřevěného rámu musí vyhovovat nejméně třídě S 10 podle ČSN 73 2824-1, avšak s přísnějším omezením oblin (jako pro třídu S 13) vzhledem k požadavku neredukované plochy pro spojovací prostředky. Nejmenší šířka žeber/sloupků z řeziva nebo lepeného lamelového dřeva je 24 mm. Probíhá-li dřevěný sloupek pod stykem pláště připojovaného hřebíky nebo sponkami, musí být na každé straně styku šířka (bez oblin) nejméně 24 mm.

Pláště se zpravidla připojují ke sloupkům kovovými spojovacími prostředky (sponkami, hřebíky); lepený spoj, který je ze statického hlediska nejúčinnější, se u stěnových panelů používá spíše výjimečně. Přitom je třeba dodržet největší osové vzdálenosti spojovacích prostředků a nejmenší vzdálenosti od okraje.

Při běžném konstrukčním řešení stěny svislé sloupky dosedají na spodní (a horní) vodorovný rám, který je v dosedací ploše sloupku namáhán soustředěným tlakem kolmo k vláknům dřeva. I přes určité odlehčení účinkem nosného pláště je toto namáhání často kritické z hlediska dimenzování sloupků.

Šířka stěnových prvků zpravidla vychází ze standardního šířkového modulu desek používaných na pláště (≈ 1,2 m); v tomto šířkovém modulu jsou dva vnější sloupky a zpravidla jeden popř. dva vnitřní sloupky s osovou vzdáleností ≈ 0,6 m popř. 0,4 m). Výška stěnových prvků / panelů zpravidla odpovídá výšce podlaží. Stěnové prvky mohou být plné nebo s otvory (okenními, dveřními apod.).

4.9.2 Stěnové prvky / panely namáhané tlakem nebo tlakem a ohybem

Stěnové prvky namáhané tlakem nebo tlakem a ohybem (viz zatížení podle obr. 4.1a nebo kombinace zatížení podle obr. 4.1a a 4.1c) se zpravidla uvažují jako kloubově uložené na obou koncích. Toto neposuvné uložení musí být konstrukčně zabezpečeno (zakotvením prvku do spodní konstrukce a připojením horního okraje prvku k stropní výztužné tabuli apod.).

Obrázek 4.3 K posouzení stěnového prvku/panelu (podle [9] a [10])
a) působící zatížení (F – tlakem; w – ohybem);
b) průřez prvku;
c) průřez pro zjednodušené posouzení;
d) průřez pro posouzení s uvážením spolupůsobení plášťů (R – žebro, B nebo BP – plášť)

Při posuzování stěnových prvků namáhaných tlakem nebo tlakem a ohybem jsou v zásadě možné dva postupy (viz obr. 4.3):

s uvážením spolupůsobení plášťů s žebry (tento postup se zpravidla používá u lepených panelů a v případě spojení plášťů a žeber mechanickými spojovacími prostředky spíše výjimečně, např. při mimořádné výšce a zatížení stěnového prvku);
bez uvážení spolupůsobení plášťů s žebry (u stěnových prvků běžných rozměrů a zatížení spojovaných mechanickými spojovacími prostředky tento zjednodušený postup zpravidla umožňuje – na rozdíl od vodorovných stropních prvků – vyhovující únosnost bez zvýšení spotřeby materiálu [9]).

Při zjednodušeném postupu se při posouzení stability stěnového prvku pro zatížení (F_V + w) popř. (F_V + F_H) počítá pouze s průřezem sloupků. Pláště však zajišťují tyto funkce:

vyztužení sloupků proti vybočení v rovině stěny. U panelů s oboustranným pláštěm se toto vyztužení dovoluje předpokládat bez dalšího posouzení; u panelů s jednostranným pláštěm pouze pro sloupky s poměrem průřezových stran h / b ≤ 4/1;
u panelů s jednostranným pláštěm vytvoření tahové diagonály pro přenos vodorovného zatížení F_H;
stejnoměrné rozdělení svislých zatížení F_Vi jednotlivých sloupků na spodní práh;
odlehčení tlakových sil sloupků v oblasti spodního prahu při zatížení panelu vodorovným výztužným zatížením F_H v rovině výztužného stěnového prvku.

4.10 Překlady nad otvory v stěnových prvcích

Pokud jsou ve stěně otvory (např. okna, dveře), musí být překryty překlady patřičně dimenzovanými z hlediska únosnosti i použitelnosti; zejména u delších překladů je posouzení použitelnosti důležité, aby vlivem průhybu nedocházelo k sevření oken nebo dveří. Zatížení z překladů musí být přeneseno do spodní stavby stěnovými sloupky. Překlady mohou mít plný průřez z rostlého nebo lepeného dřeva (obr. 4.4), složený průřez spojovaný mechanickými spojovacími prostředky (nízká statická účinnost) nebo nejčastěji skříňový průřez (obr. 4.5) jehož pásy odpovídají prvkům dřevěného rámu stěny a stojina (na obrázku 4.5 není znázorněna) odpovídá nosnému plášti stěnového prvku nebo se na stojinu použije deskový materiál vyhovující pevnosti (např. OSB, třísková deska nebo překližka).

Obrázek 4.4 Překlady z rostlého dřeva (podle [11])

Obrázek 4.5 Překlady skříňového průřezu (podle [11])

Pozornost vyžaduje návrh mechanických spojovacích prostředků mezi pásy a stojinou skříňového průřezu (obr. 4.6). Při použití sponek nemá být průměr dříku menší než 1,83 mm.

Obrázek 4.6 Konstrukční řešení překladu skříňového průřezu
(podle [11])

1 – stojina má přesahovat přes krajní sloupek, není to však nutné;
2, 3 – rozmístění hřebíků;
4 – výztuhy s kolmo seříznutými čely v místech soustředěného zatížení;
5 – pásy nesmí být nastavovány;
6 – stojina

4.11 Výztužné tabule a výztužné stěny

Nosné prvky (panely) montovaných budov na bázi dřeva se zpravidla vyšetřují i vyhotovují jako rovinné. V hotové stavbě však vytvářejí prostorovou kostru budovy, která musí zabezpečovat tuhost a stabilitu celého objektu, zejména s ohledem na účinky vodorovných zatížení.

Obrázek 4.7 Zabezpečení prostorové tuhosti budovy pomocí stropních tabulí a výztužných stěn (podle [12])

Při zabezpečení prostorové tuhosti budov s nosnými dřevěnými konstrukcemi lze rozlišovat dva základní principy:

vytvoření tuhých vazeb (rámů), schopných přenášet účinky vodorovného zatížení jednom (zpravidla příčném) směru budovy. V druhém (zpravidla podélném) směru budovy se přenáší vodorovné zatížení pomocí příčných (zavětrovacích) a podélných ztužidel;
vodorovné zatížení, působící na povrchové plochy budovy, se přenáší do spodní stavby prostřednictvím horizontálních výztužných tabulí v rovině střechy nebo stropů a obvodových nebo vnitřních výztužných stěn, které jsou schopné přenášet reakce horizontální výztužné tabule (tj. vodorovné síly působící v rovině stěny).

Prostorová tuhost montovaných domů na bázi dřeva se zpravidla zabezpečuje druhým postupem (viz obr. 4.7). Stropní a stěnové prvky a jejich spoje se tedy vedle jejich primární nosné funkce využívají také na zabezpečení tuhosti a únosnosti výztužného systému. Statický systém takto řešených budov je tento:

svislé síly od účinku stálého a užitného/nahodilého zatížení jsou přenášeny konstrukcí střechy a vodorovnými stropními prvky do svislých nosných stěn a těmito do základů;
vodorovné zatížení (od účinku větru, působícího na povrchové plochy budovy, apod.) je přenášeno prostřednictvím horizontálních výztužných tabulí v rovině stropu popř. střechy do svislých výztužných stěn a těmito do základů.

Stropní a střešní deskové konstrukce a zjednodušená analýza stěnových deskových konstrukcí (výztužných stěn) jsou předmětem ČSN EN 1995-1-1, kap. 9.2.3 a 9.2.4.

Závěr

Únosnost a použitelnost nosných konstrukcí montovaných domů na bázi dřeva se musí posoudit podle příslušných norem. Uvedený výklad je vzhledem k omezenému rozsahu zaměřen pouze na hlavní zásady a aspekty navrhování na účinky zatížení pro získání přehledu o namáhání a statickém působení.

Další příspěvek je zaměřen na požadavky na konstrukční prvky a na příklady jejich skladby.

Citované prameny

[8] DIN 1052-1:1988 Holzbauwerke – Berechnung und Ausführung (Dřevěné konstrukce – Výpočet a provádění).
[9] Horst Schulze: Holzbau – Wände – Decken – Dächer. B.G. Teubner Stuttgart 1996.
[10] Holzbauwerke: eine ausführliche Erläuterung zu DIN 1052, Teil 1 bis 3, Ausg. April 1988. Vydal: DIN, DGfH. Beuth Verlag GMBH ∙ Berlin ∙ Köln, Bauverlag GMBH ∙ Wiesbaden ∙ Berlin, 1989.
[11] Timber frame housing structural recommendations. TRADA Publication CI/SfB 81 UDC 69.02 Hughenden Valley, TRADA, England.
[12] Koželouh, B., Najdekr, M.: Zabezpečení prostorové tuhosti montovaných domů na bázi dřeva. Drevo 37 (1982), č. 10, 289–292.

English Synopsis

Prefabricated wooden houses, Part 4

An overview of the development and standard types of the prefabricated wooden houses, their basic structural materials, basic mechanical timber joints, design practice for loads effects and requirements for structural elements is presented in the five-part series. The fourth part develops an understanding of the design practice for loads effects.