Změny v navrhování zděných konstrukcí podle nové evropské normy z pohledu statika

1. Úvod

Již v listopadu 2022 vyšla novela zmíněné české technické normy ČSN EN 1996-1-1, Eurokód 6: Navrhování zděných konstrukcí – Část 1-1: Obecná pravidla pro vyztužené nevyztužené zděné konstrukce. Norma byla vydána v angličtině. Na konci června obdrželi členové normalizační komise TNK 37 český text normy a zároveň započali práce na konečné verzi národní přílohy normy. Nová norma nahradila původní normu ČSN EN 1996-1-1 +A1. Myslím, že je třeba upozornit na některé změny.

Nová norma zahrnuje celkem 11 kapitol a 11 příloh. Oproti původní normě je rozšířena o 2 kapitoly. Sleduje rozsah původního textu normy pro nevyztužené, předpjaté a vyztužené zdivo. Velká část textu nové normy je obdobou textu a požadavků původní normy. Zavádí ale některá další zpřesnění a doplnění a zejména mění a upravuje většinu příloh.

Uváděna je skupina zdicích prvků označená 1S pro prvky s maximálním objemem všech otvorů 5 %. Jde např. o plné pálené cihly. Rozšiřuje se kapitola pro sevřené a vyztužené zdivo. Zavádí se i zpřesněné postupy ve statickém navrhování stěn jako je výpočet výstřednosti svislé síly anebo účinků momentů na konstrukci. U statických výpočtů bohužel dochází ke změně vzorců pro stanovení svislé únosnosti svislých zděných konstrukcí. Jedná se o výraznou změnu při výpočtu zmenšovacího součinitele Φ_m vlivu štíhlosti a výstřednosti v polovině výšky stěny, uvedenou v příloze F. Mění se rovněž některé definice a tabulky s výpočetními hodnotami, konkrétně např. body stanovující druhy malt či tabulka s hodnotami pevnosti v tahu za ohybu f_xk,1 pro rovinu porušení rovnoběžnou s ložnými spárami. Zde je pro statický návrh podstatné zvýšení hodnoty pevnosti pro zdivo z pálených zdicích prvků podle skupin z 0,10 a 0,15 na 0,15 a 0,20 MPa.

2. Navrhování zdiva

Zásady navrhování

Základní požadavky pro navrhování zděných konstrukcí jsou uvedeny v části 4 normy. Navrhování musí být provedeno podle obecných pravidel uvedených v EN 1990 a podle specifických návrhových opatření uvedených v EC 6. Základní uspořádání konstrukce, interakce a spojení jejich jednotlivých částí musí zajistit odpovídající stabilitu a robustnost při provádění a užívání konstrukce.

U zděných konstrukcí se musí ověřit mezní stavy únosnosti a použitelnosti pro všechny případy konstrukcí, včetně pomocných prvků použitých ve zdivu. Využije se výběr návrhových situací podle EN 1990. Musí se ověřit všechny v úvahu přicházející návrhové situace včetně posloupnosti odpovídajících stavů konstrukce.

K návrhu zděné konstrukce na zatížení pocházející z jejího běžného užívání se navíc musí zajistit, že existuje opodstatněná pravděpodobnost, že konstrukce nebude poškozena nesprávně použitými nebo mimořádnými účinky neodpovídajícími původním případům zatížení. Tím je myšlen především správně zvolený model fungování zděné konstrukce pro její výpočet a návrh, který odpovídá výkresům a technickému provedení na stavbě. Důležité je doplňující tvrzení, že u žádné konstrukce se nemůže očekávat odolnost proti nepřiměřeným silám a zatížením, odolnost při ztrátě nosného prvku nebo části konstrukce, které by mohly vyvolat extrémní případy.

Spolehlivost a trvanlivost

Pro návrh zděné konstrukce je důležité, že norma uvádí postup k dosažení požadované spolehlivosti. Toho se pro zděné konstrukce se dosáhne tak, že se projekt provede podle této normy a ostatních relevantních Eurokódů. Další podmínkou je provedení konstrukce na stavbě v souladu s návrhem.

V kapitole 6 je uvedeno, že zdicí prvky i malty musí být dostatečně trvanlivé, aby po dobu požadované životnosti konstrukce odolaly konkrétním podmínkám prostředí.

Zdicí prvky

Zdicí prvky jsou uvedeny v normě v části 5 nazvané materiály.

Norma pracuje shodně jako norma předchozí s šesti skupinami zdicích prvků. Zdicí prvky musí splňovat ustanovení těchto norem:

• pálené zdicí prvky podle EN 771-1;
• vápenopískové zdicí prvky podle EN 771-2;
• betonové tvárnice s hutným nebo pórovitým kamenivem podle EN 771-3;
• pórobetonové tvárnice podle EN 771-4;
• zdicí prvky z umělého kamene podle EN 771-5;
• pravidelné zdicí prvky z přírodního kamene podle EN 771-6.

Zdicí prvky se v souladu s EN 771-1 až EN 771-6 deklarují v kategorii I nebo v kategorii II. Zdicí prvky se zařazují do skupin: skupina 1S, skupina 1, skupina 2, skupina 3 nebo skupina 4 pro potřeby použití vztahů a jiných numerických hodnot uvedených v článcích 5.7.1.4(1), (2), (3), (4), (5) a (6) a v článku 5.7.1.5.

Tab. 1 V nové normě ČSN EN 1996-1-1:2022 došlo k přidání sloupce pro skupinu 1S, ostatní údaje zůstávají.

Skupina 1S se používá v EN 1996-1-2. Obvykle výrobce uvádí skupiny a/nebo příslušné geometrické vlastnosti svých výrobků. V normě jsou všechny kapitoly vztažené ke zdicím prvkům skupiny 1 aplikovatelné i pro zdicí prvky skupiny 1S.

Zdicí prvky mimo limity geometrických vlastností uvedených v normě v tab. 5.1 (viz tab. 1) mohou být použity pro zdivo navrhované podle této normy s tím, že jeho mechanické charakteristiky byly získány zkouškami nebo jsou dostupné databáze výsledků zkoušek pro příslušný typ zdiva a projekt.

Vlastnosti zdicích prvků

Pevností v tlaku zdicích prvků, uvažovanou při návrhu, je normalizovaná průměrná pevnost v tlaku f_b.

Normalizovaná průměrná pevnost v tlaku je:

• buď hodnota, kterou deklaruje výrobce podle příslušné výrobkové normy,
• nebo hodnota vypočtená převodem pevnosti v tlaku postupem uvedeným v normě EN 772-1:2011 + A1:2015, příloha A (Přepočet pevnosti v tlaku zdicích prvků na normalizovanou průměrnou pevnost v tlaku).

Jestliže výrobce deklaruje normalizovanou pevnost v tlaku zdicích prvků jako charakteristickou pevnost jinou než průměrnou, převede se na ekvivalentní průměrnou pevnost zdicích prvků. Rovinnost a rovnoběžnost ložných ploch zdicích prvků musí být přiměřená pro použití tenkých spár ve zdivu.

Malty

Malty jsou uvedeny v části 5.2 normy.

Vlastnosti malt pro zdění průmyslově vyráběných a zčásti připravených průmyslově nebo malt staveništních musí vyhovovat EN 998-2. Staveništní malty musí vyhovovat EN 1996-2.

Malty pro zdění se rozdělují do tříd podle své pevnosti v tlaku udané v N/mm². Předpisové malty pro zdění mají popsán poměr svých složek a smí být spojeny s hodnotou jejich pevnosti v tlaku. Obyčejné malty pro zdění mohou být buď jako návrhové malty podle EN 998-2 nebo předpisové malty podle EN 998-2. Malty pro tenké spáry a lehké malty mají být návrhové malty podle EN 998-2. Pevnost v tlaku malty pro zdění f_m se stanoví podle EN 1015-11.

Vlastnosti materiálů a výrobků

Hodnoty vyjadřující vlastnosti materiálů a stavebních výrobků a jejich geometrických údajů, které se používají při navrhování, mají odpovídat hodnotám v příslušných evropských normách EN, v evropských technických specifikacích (TS) nebo podle transparentního a reprodukovatelného posouzení odpovídajícího všem požadavkům evropských dokumentů pro posuzování (EAD), pokud se v normě neuvádějí jiné pokyny. Mechanické vlastnosti zdiva je možno stanovit zkouškami.

Navrhování pomocí zkoušek

Norma v části 4.5 uvádí, že mechanické vlastnosti zdiva je možno stanovit zkouškami. To je prostor pro zkoušky zdiva prováděné výrobci při zavádění výrobků a technologií mimo rámce normy.

3. Statický výpočet nosných prvků

Během statického výpočtu svisle zatížených stěn je třeba přihlížet k těmto skutečnostem:

• ke svislým zatížením přímo působícím na stěny;
• k účinkům II. řádu;
• k výstřednostem vypočteným na základě znalostí o uspořádání stěn, spolupůsobení stropů a ztužujících stěn;
• k výstřednostem pocházejícím z nepřesností provádění a z rozdílných vlastností materiálů v jednotlivých komponentech.

Vnitřní síly lze počítat na základě materiálových vlastností uvedených v kapitole 5, vzít v úvahu chování spár a dle zásad stavební mechaniky, založených buď na lineárním, nebo na nelineárním chování konstrukce. Zjednodušená metoda výpočtu ohybových momentů ve stěnách je uvedena v Příloze C.

Počáteční výstřednost e_init se musí uvažovat po celé výšce stěny, aby se tím přihlédlo k nepřesnostem jejího provádění. Nesmí být menší než h_ef /450, kde h_ef je vzpěrná výška stěny vypočtená podle článku 7.5.1.3. Štíhlostní poměr nosné zděné stěny obdržíme, když vydělíme hodnotu vzpěrné výšky h_ef vypočtené podle 7.5.1.3 hodnotou její účinné tloušťky t_ef vypočtené podle 7.5.1.4.

Při stanovení účinné výšky nosné stěny se musí přihlížet k relativní tuhosti částí konstrukce spojených se stěnou a k účinnosti tohoto spojení. Stěna může být vyztužena prostřednictvím stropů, střechy, vhodně uspořádaných příčných stěn a jiných, stejně tuhých nosných prvků, které jsou se stěnou spojeny.

Pro výpočet zmenšovacího součinitele jsou uváděny v příloze D nové vzorce v závislosti na výstřednosti svislé síly a štíhlosti stěny. Porovnání hodnot původních a nových součinitelů pro převážně svislé zatížení je na obr. 1. Z grafu je vidět, že hodnota zmenšovacího součinitele mírně narůstá od štíhlostního poměru 10 a pro excentricitu po 0,2 t. Naopak, pro vysoké excentricity os 0,3 t se hodnota součinitele výrazně snižuje.

Obr. 1 Porovnání hodnot původních a nových zmenšovacích součinitelů Φ_m pro převážně svislé zatížení při různých poměrech excentricity e_mk a tloušťky zdiva t, resp. t_ef

Mezní stavy únosnosti

Ověření mezních stavů únosnosti se musí provést v souladu s kapitolou 8 normy věnovanou výpočtům únosnosti. Návrhové hodnoty nepřímých účinků pocházejících od spolupůsobících komponentů nebo jiných materiálů se stanoví s použitím příslušné normy a s použitím dílčích součinitelů zatížení. Hodnoty dílčích součinitelů zatížení se stanoví z EN 1990.

Návrhová hodnota vlastnosti materiálu se stanoví jako podíl charakteristické nebo deklarované hodnoty a příslušného dílčího součinitele materiálu γ_M. Hodnoty dílčích součinitelů materiálu γ_M se používají pro mezní stav únosnosti v normálních (buď ve stálých nebo v přechodných) situacích nebo v mimořádných situacích. Hodnoty γ_M jsou uvedeny v tabulce 4.1 (NSP) normy, pokud nejsou v Národní příloze (NP) uvedeny jiné hodnoty.

Dílčí součinitele materiálu pro zděné budovy podle tabulky 4.1 normy jsou následující:

Hodnota součinitele γ_M může být navázána na úroveň kontroly provádění. Doporučení pro výběr hodnot dílčích součinitelů γ_M v návaznosti na úroveň kontroly provádění jsou uvedeny v Příloze A normy.

Mezní stavy použitelnosti

Ověření mezních stavů použitelnosti se musí provést v souladu s kapitolou 9 normy. Hodnota dílčího součinitele spolehlivosti γ_m pro mezní stav použitelnosti je rovna 1,0. V případech mezních stavů použitelnosti, kde jsou dána zjednodušená pravidla, se lze podrobnému výpočtu s využitím kombinací zatížení vyhnout. Pro mezní stavy použitelnosti se uvádějí vynucená přetvoření jako odhadnuté hodnoty.

4. Uspořádání zdiva

Zdicí prvky musí být vhodné pro typ zdiva, jeho umístění a požadavky na jeho trvanlivost. Malta, výplňový beton a výztuž musí být vhodné pro použitý druh zdicích prvků a požadovanou trvanlivost.

Zdicí malty používané v sevřeném a vyztuženém zdivu nemají mít průměrnou pevnost v tlaku f_m < 5 N/mm²; v případě použití prefabrikované výztuže ložných spár nemá být f_m menší než 2 N/mm².

Nejmenší tloušťka stěny zůstává definována jako v původní normě. Musí být navržena taková, aby stěna byla dostatečně robustní. Nejmenší tloušťka nosné stěny t_min musí odpovídat výsledkům statického výpočtu podle této normy.

Pozn.: Hodnota t_min je výsledkem statického výpočtu, pokud v národní příloze není uvedeno jinak. Viz národní příloha NA.2.14. V ČR platí doporučené hodnoty t_min = 140 mm pro nosné stěny a t_min = 90 mm pro přizdívky.

Nejmenší plocha příčného řezu nosné stěny zůstává jako dříve alespoň 0,04 m² po odečtení ploch drážek a výklenků.

Vazba zdiva. Zdicí prvky musí být spojeny maltou v souladu s osvědčenými pravidly. Zdicí prvky ve stěně z nevyztuženého zdiva se musí po vrstvách převázat tak, aby se stěna chovala jako jeden nosný prvek. U nevyztuženého zdiva závisí vzájemné přesahy zdicích prvků (viz obr. 10.1 v normě) na jejich výšce h_u :

• u zdicích prvků o výšce h_u < 250 mm je přesah ≥ 0,4 h_u, nejméně však 40 mm;
• u zdicích prvků o výšce h_u > 250 mm je přesah ≥ 0,2 h_u, nejméně však 100 mm.

Věnce

Návrhová síla pro návrh výztuže pozedního věnce je zvýšena z 45 kN na 50 kN. Není zde již omezení plochou výztuže.

5. Závěr

Pro bližší seznámení s novou normou ČSN EN 1996-1-1, Eurokód 6: Navrhování zděných konstrukcí – Část 1-1: Obecná pravidla pro vyztužené nevyztužené zděné konstrukce s účinnost od 1.4.2024 lze využít internetové stránky Úřadu pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví. Detail normy zde