Vybrané problémy statickej analýzy panelových budov
Hromadná výstavba bytových domov pomocou technológie veľkoformátových panelových prefabrikátov sa v bývalom Československu trvala približne 40 rokov. Životnosť týchto budov sa blíži k ich plánovanej hodnote. Častým problémom je vytváranie nových otvorov do nosných konštrukcií bez predchádzajúceho odborného posúdenia. Dôležité detaily stykov nosných prvkov sa pritom menili nielen medzi jednotlivými konštrukčnými sústavami, ale aj v priebehu vývoja konkrétnej sústavy. Článok popisuje niektoré problémy nosných konštrukcií panelových budov, s ktorými musia projektanti pri ich posudzovaní uvažovať.
1. Úvod
Rozvoj výstavby montovaných typových bytových domov na Slovensku spadá do roku 1956. Prehľad počtu bytov postavených technológiou prefabrikácie na Slovensku do roku 1990 je zhrnutý v tabuľke 1.
| Roky | Počet bytov |
|---|---|
| Spolu | |
| do 1970 | 322 tisíc |
| 1971–1980 | 300 tisíc |
| 1981–1990 | 231 tisíc |
V posledných rokoch u nás narastá počet postavených bytov, pričom montované systémy výstavby (nielen formou panelových domov, ale napr. i technológiami montovaných skeletov) sa uplatňujú len málo. Výnimku tvoria snáď len moderné spôsoby kombinujúce výhody prefabrikácie a monolitickej výstavby (filigránové steny a stropy, vybrané prvky na objektoch riešené ako prefabrikavané a podobne). Zníženie výstavby montovaných konštrukcií má za následok, že značne poklesol počet odborníkov dôsledne sa venujúcich problematike nielen novej montovanej výstavby, ale i potrebnej údržby realizovaných montovaných stavieb. Súčasní projektanti a realizátori sa v stavebnej praxi orientujú na iné technológie výstavby bytových domov. Takto objektívne dochádza k prerušeniu technickej informovanosti našich stavebných odborníkov v špecifickej oblasti konkrétnych znalostí týkajúcich sa statickej analýzy rôznych v minulosti realizovaných typov panelových domov.
2. Problémy statickej analýzy panelových domov
Montované bytové stavebné sústavy, ktoré sa používali v minulosti na Slovensku, predstavujú väčší počet výrazne odlišných stavebných systémov (pozri tab. 2 a tab. 3). Odlišnosti sa prejavujú v rozdielnych riešeniach prvkov nosných konštrukcií, ich stykov a spojov, v rozdielnych rozpätiach sústav, v rozdielnom usporiadaní obvodového plášťa, v rozdieloch použitých materiálov (rozdielne druhy a kvalita betónu dielcov a zálievok, rozdielne druhy a spôsoby vystuženia dielcov a ich stykov) a nezanedbateľné odlišnosti sú v riešeniach strešných a základových konštrukcií.
| BA | T06B, ZT, ZTB | T08B | MS5, MS11 | G57 | PV-2 | |
|---|---|---|---|---|---|---|
| max. rozpätie | 3,9 m | 3,6 m | 6,0 m | 3,6 m | 3,6 m | 3,9 m |
| podopretie strop. dielcov | na štyroch stranách | na dvoch stranách | na dvoch stranách | na dvoch stranách | na dvoch stranách | na dvoch stranách |
| šírky strop. dielcov | 2,4 m | 1,8 m | 2,4 m | 1,8 m | ||
| hrúbka strop. dielcov | 170 mm | 110, 120, 140, 150 mm | 200 mm | 120 mm | 100 mm | 140 mm |
| odľahčenie prierezu strop. dielcov | kazetové stropné dielce | plné stropné dielce | kruhové otvory d = 80 mm | plné stropné dielce | plné stropné dielce | kruhové otvory d = 80 mm |
| druh výstuže | obyčajná | obyčajná | predpätá | obyčajná | predpätá | obyčajná |
| krytie výstuže | 10 mm | 10 mm | 10 mm | 10 mm | 10 mm | 10 mm |
| materiál nosných stien | predpätý betón. rám, výplň ľahký betón | prostý betón | prostý betón | prostý betón | prostý betón | pórobet. dielce alebo tvárnice |
| hrúbky stenových dielcov | 125 mm | 140 mm | 190 mm | 140 mm | 140 mm | 250 mm |
| hrúbky priečkových dielcov | 60 mm | 40 mm | 60 mm | |||
| hrúbka obvod. plášťa | 240 mm | 280 mm | 240 mm | |||
| druh obvod. plášťa | nosný | samonosný zavesený | samonosný zavesený | samonosný | samonosný | samonosný |
| materiál obvod. plášťa | betón. rám, keramzitob. | ľahký betón podľa lokality | pórobetón | ľahký betón | troskopemzobetón | pórobetón |
| BA NKS neunif.var. | BA BC | P1.14 | P1.15 | PS82 | B70 | |
|---|---|---|---|---|---|---|
| najčastejšie geografické uplatnenie | Bratislava | Trnava, Žilina, B. Bystrica | väčšie mestá | väčšie mestá | v oblasti Západosl. kraja | v oblasti pôsobenia STP Nitra a Prešov |
| približ. časové rozpätie výstavby | 1972–1977 | 1972–1983 | 1975– | 1975– | 1982–1987 | 1976–1984 |
| max. rozpätie | 4,2 m | 4,2 m | 4,2 m | 4,2 m | 3,6 m | 4,8 m |
| podopretie strop. dielcov | na dvoch, na troch stranách | na dvoch, na troch stranách | na dvoch, na troch stranách | na dvoch, na troch stranách | na dvoch, na troch stranách | na dvoch, na troch stranách |
| šírky strop. dielcov | 2,4–3,0 m | 2,4 m | 2,4–3,0 m | 2,4–3,0 m | 2,4 m | 2,4 m |
| hrúbka strop. dielcov | 150 mm | 140 mm | 150 mm | 150 mm | 150 mm | 150 mm |
| odľahčenie prierezu stropných dielcov | plné stropné dielce | plné stropné dielce | plné stropné dielce | plné stropné dielce | plné stropné dielce | plné stropné dielce |
| druh výstuže | obyčajná | obyčajná | obyčajná | obyčajná | obyčajná | obyčajná |
| krytie výstuže | 15 mm | 15 mm | 15 mm | 15 mm | 15 mm | 15 mm |
| hrúbky sten. dielcov | 150 mm | 150 mm | 150 mm | 150 mm | 150 mm | 150 mm |
| hrúbky priečkových dielcov | 80 mm | 70 mm | 80 mm | 80 mm | 80 mm | 80 mm |
Vážnou komplikáciou pri posudzovaní statiky panelových budov je, že v procese vývoja nosných sústav dochádzalo k mnohým zmenám konštrukčného riešenia vystužovania jednotlivých dielcov. Tieto zmeny sa však väčšinou nepremietali do typového označovania samotných dielcov vo výkresovej dokumentácii. Následkom toho je, že rovnako označovaný typový dielec pre konkrétnu panelovú sústavu sa postupne vyrábal s rôznym spôsobom vystuženia. Pri posudzovaní únosnosti stropných dielcov panelových sústav je preto potrebné poznať ich projektové i výrobné označenie. Stropný dielec s určitým projektovým označením obyčajne má v histórii svojho používania niekoľko spôsobov vystuženia.
Mnohými zmenami prešli aj právne predpisy súvisiace s navrhovaním a posudzovaním panelových domov. Staršie panelové konštrukcie boli po statickej stránke navrhované podľa normy ČSN 73 2001 z roku 1958, v ktorej sa riešilo navrhovanie betónových konštrukcií podľa stupňa bezpečnosti. Rozvoj panelových sústav sa hlavne realizoval podľa medzných stavov zavedených v roku 1967 normou ČSN 73 1201 „Navrhovanie betónových konštrukcií“. Postupne sa uskutočnili mnohé zmeny nielen v tejto norme, ale aj v súvisiacich normách. Tieto zmeny znamenali často vo významných podrobnostiach zásadne nový prístup k statickému riešeniu panelových sústav, posúdenia ich stability a k výpočtu únosnosti dielcov a ich stykov. Po vstupe Slovenskej republiky do Európskej únie nastáva harmonizácia noriem pre navrhovanie nosných konštrukcií budov.
Všetky systémy montovaných panelových budov boli navrhnuté pre hromadnú priemyslovú stavebnú výrobu, teda materiálovo úsporne (bez zbytočných rezerv v únosnosti dielcov a ich stykov). Znamená to, že akékoľvek zvýšenie zaťaženia alebo zásah do nosnej konštrukcie, hoci iba zateplením panelového domu alebo vytvorením dodatočného otvoru v nosnej stene, si vyžaduje minimálne posúdenie súčasného stavu stability nosnej konštrukcie objektu, resp. často aj zosilnenie aspoň časti pôvodnej nosnej konštrukcie a jej stykov. V prípade požiadavky na dodatočné zhotovenie otvoru v nosnej stene, je potrebné podľa rozsahu zásahu do nosnej konštrukcie posúdiť statickým výpočtom najmenej celú nosnú stenu aj s jej stykmi. Pritom je potrebné súčasne preveriť skutočný stav dielcov, stykov, spojov a rozsah a polohu doteraz urobených zásahov (napríklad dodatočných otvorov) v nosných stenách v rozsahu všetkých podlaží panelového domu.
Výstavba jednotlivých objektov sa riešila na báze typových pokladov. Z toho dôvodu boli v projektovej dokumentácii stavby dokladované len prípadné zmeny oproti typovému projektu a naviac konkrétne osadzovanie stavby do terénu. Styky, výkresy tvaru a výstuže typizovaných dielcov a ostatných štandardných prvkov sa k projektovej dokumentácii nedokladali, a teda ani dnes nie sú k dispozícii pre jednotlivé postavené objekty. V prípade, že je v súčasnosti potrebné vykonať do nosnej konštrukcie panelového domu nejaký zásah, vychádza sa často len z projektu riešenia dispozície alebo jej približnej schémy a únosnosť nosných dielcov a ich stykov sa berie do úvahy len veľmi hmlisto, ak vôbec sa nejako sa uvažuje.
Kvalita betónu vyrábaných dielcov sa priebežne sledovala vo výrobniach nedeštruktívne Schmidtovými tvrdomermi. V prípade nesplnenia požadovaných technických parametrov sa dielce nelikvidovali, ale skladovali. Keď sa takto získalo dostatočné množstvo dielcov, vybudovalo sa niekde menej podlažné sídlisko. Treba len dúfať, že v týchto sídliskách doteraz nedošlo k nadstavbám nových podlaží bez dostatočného preverenia skutočnej únosnosti dielcov a stykov jestvujúcej konštrukcie.
Pri montovaných sústavách je nutné okrem samotných dielcov venovať náležitú pozornosť aj stykom medzi jednotlivými dielcami. Styky boli riešené väčšinou ako oceľové spoje zaliate betónovou zálievkou. Bežné stavebné oceľové konštrukcie je treba počas ich užívania súbežne kontrolovať a tiež udržiavať. Spoje a styky panelových domov preto odporúčame pravidelne kontrolovať a zápisy o kontrolách archivovať počas užívania objektu.
Pri posudzovaní statiky panelových domov postavených na Slovensku v rámci hromadnej bytovej výstavby do roku 1990 je nutné upozorniť na niektoré možné úskalia:
- Nosné stenové a obvodové panely všetkých montovaných panelových sústav sú riešené pre objekty do 12+1 podlaží len z prostého betónu. Ich výstuž je iba dopravná a montážna (obr. 1).
a)
b)
Obr. 1 Minimálna konštrukčná výstuž stenového panela: a) betónového, b) železobetónového - Styky stropných dielcov sú zvárané iba v niektorých panelových sústavách. Väčšinou sú spájané bez zvárania rôznymi, často málo únosnými konštrukčnými úpravami stykov. Napríklad značne rozšírená panelová sústava P1.14 (obr. 2) má v stykoch stropných dielcov vytvorené vzájomne nepresahujúce slučky, na ktorých sú navlečené iba krátke 150 mm dlhé málo únosné závlačky. Tieto nedostatočne zabezpečujú požadovanú poddajnosť styku susedných stropných dielcov (toto potom spôsobuje častý výskyt trhlín v stykoch stropných dielcov). Len panelová sústava BA NKS – neunifikovaný variant má stropné dielce účinne spájané vhodne presahujúcimi slučkami s priebežne prevlečeným priečnym prútom.
Obr. 2 Vodorovný nepodopieraný styk stropných dielcov v sústave P1.14/15, naľavo: priečny rez, napravo: pohľad zhora na nezabetónovaný styk stropných dielcov - Stropné dielce v sústave BA nie sú vzájomne vodorovne vôbec spojované a sú ukladané len na priebežné betónové konzolky umiestnené pri hornom okraji stenových panelov (teda nie na samotné stenové dielce). Tieto betónové konzolky nie sú len estetickými doplnkami a ich odstránenie je teda veľmi nebezpečným omylom (obr. 3).
Obr. 3 Podrobnosti uloženie kazetového stropného dielca sústavy BA: naľavo na vnútorný stenový panel, napravo na obvodový stenový panel - Stropné konštrukcie starších panelových sústav (T06B, PV-2 a niektorých novších) sa montovali z viacerých druhov stropných dielcov rozdielneho riešenia. Boli to štandardné stropné dielce prenášajúce zaťaženie len od tiaže podlahy a príslušného premenného zaťaženia a zosilnené stropné dielce prenášajúce navyše aj zaťaženie od priečok.
- Strešné dielce panelových sústav boli zásadne riešené najmä ako štandardné. V prípade nadstavieb s ťažšími priečkami je potrebné zohľadniť túto skutočnosť.
- Stenové panely po výške nosných stien panelových domov nie sú vzájomne zvárané, stykovanie zvislej výstuže panelov vo vodorovných stykoch je riešené iba presahom.
Obr. 4 Priečny rez vodorovným stykom stropných dielcov a stenových panelov – naľavo sústava T06B, napravo sústava BA-NKS neunifikovaný variant
3. Záver
Približne pred šesťdesiatymi rokmi sa začala rozvíjať hromadná bytová výstavba na báze panelových domov a jej použitie u nás trvalo približne štyridsať rokov. V praxi to znamená, že vek týchto panelových domov sa v súčasnosti približuje k plánovanej životnosti. Stanovenie technickej životnosti spolu s požiadavkami na zmeny a úpravy bytov kladú extrémne nároky na projektantov z hľadiska ich znalostí z princípov konštrukčnej a statickej funkcie panelových sústav. Medzi vážne zásahy do statiky panelových domov patrí vytváranie nových otvorov v nosných stenových paneloch, nadstavby panelových domov a v niektorých prípadoch tiež dodatočné zateplenie obvodových plášťov kontaktným zatepľovacím systémom.
Poďakovanie
Príspevok vznikol za podpory výskumného projektu VEGA 1/0522/20 Nelineárna analýza betónových konštrukcií vystužených betonárskou, predpínacou výstužou a FRP a Agentúry na podporu výskumu a vývoja na základe Zmluvy č. APVV-15-0658.
4. Literatura
- HORÁČEK, E. & kol. Únosnosť a tuhosť stykov panelových konštrukcií. SNTL Praha, 1983.
- GRAMBLIČKA, Š., HARVAN, I., ABRAHOIM, I. Statická a dynamická analýza nosných konštrukcií panelových domov stavebnej sústavy P1.14 pre rôzne polohy a veľkosti dodatočných otvorov v nosných stenách. Projekt a stavba 3/2000, SKSI Bratislava.
- GRAMBLIČKA, Š., HARVAN, I., ABRAHOIM, I. Statická a dynamická analýza nosných konštrukcií panelových domov stavebnej sústavy T06B pre rôzne polohy a veľkosti dodatočných otvorov v nosných stenách. Projekt a stavba 4/2000, SKSI Bratislava.
- STN 73 1201 Posudzovanie betónových konštrukcií existujúcich panelových budov. SUTN Bratislava, 2011.
The mass construction of apartment buildings using the technology of large-format prefabricated prefabricated elements in the former Czechoslovakia took about 40 years. The lifetime of these buildings is approaching their planned value. A common problem of prefabricated buildings is the creation of new openings in load-bearing structures without prior expert appreciation. The important details of the joints of the support elements have changed not only between the individual assemblies, but also during the development of the particular assembly. The article describes some problems of load-bearing structures of prefabricated buildings, which designers have to consider in their assessment.