Návrhy a požadavky na kotvení různých druhů zábradlí
Zábradlí tvoří bezpečnostní prvek v budovách. Zábradlí musí zabránit pádu osob do volného prostoru za zábradlím. Požadavky na něj kladené jsou tedy nejen architektonické, dispoziční a estetické, ale především požadavky mechanické odolnosti a stability. Součástí návrhu konstrukce zábradlí je i jeho kotvení do přilehlých konstrukcí, na které jsou kladeny stejné statické požadavky jako na vlastní konstrukcí zábradlí.
Požadavky na zábradlí
Při architektonickém návrhu zábradlí musí být přihlíženo k ustanovením normy ČSN 74 3305 Ochranná zábradlí (1.1.2008). Norma stanoví technické požadavky na zřizování ochranných zábradlí, jejich výšku, provedení a vybavení (členění výplně, zarážka, madlo). V přílohách uvádí pravidla pro měření volného prostoru za okrajem pochůzné plochy, pravidla pro provádění rázové zkoušky zábradlí a pro skleněná zábradlí a zábradelní výplně ze skla.
Zde bývá zpravidla velký střet mezi architektem a statikem, protože v mnoha případech se architektonická představa míjí jak s požadavky normy Ochranná zábradlí, tak i s dimenzemi jednotlivých nosných prvků a kotvení zábradlí navržených statikem. Příkladem - je otázka zda kladným a nebo záporným - může být zábradlí u schodiště v administrativní budově, které získalo první cenu Grand Prix obce architektů, sekce Interiér za rok 2008 a z výše uvedených předpisů nesplňuje prakticky nic.
Obr. 1 - Interiérové zábradlí neodpovídající statickým požadavkům
Základní požadavky na výšku zábradlí stanoví tab. 2, ČSN 743305. Zábradlí se přitom musí instalovat všude, kde je nejmenší hloubka volného prostoru za zábradlím více než 3 m. Případy měření volné hloubky jsou uvedeny v příloze A, ČSN 743305, což je příloha normativní.
Z hlediska požadavků na kotvení zábradlí má výška zábradlí spolu s formou výplně (plná výplň nebo s mezerami nebo otvory) rozhodující vliv na výpočet sil v kotevních prvcích.
Zatěžovací účinky a dimenzování
Vzhledem ke svému účelu musí být zábradlí včetně kotvení schopno přenášet požadovaná zatížení. V současné době přecházíme na systém evropských norem pro navrhování konstrukcí (Eurocody - EC). Evropské normy by měly platit od 1.3.2010. Do této doby je možno použít i dosud platné odstavce z normy ČSN 73 00 35 Zatížení stavebních konstrukcí.
Zatížení podle EC, která se vztahují na požadované zatěžovací účinky na zábradlí, jsou v dílu ČSN EN 1991-1-1 Obecná zatížení - Objemové tíhy, vlastní tíha a užitná zatížení pozemních staveb. Pokud je zábradlí vystaveno i zatížení větrem, je nutno postupovat podle ČSN EN 1991-1-4 Obecná zatížení - Zatížení větrem. Toto zatížení je nutno uvažovat např. u venkovních zábradlí s plnými výplněmi.
Pro vlastní dimenzování nosných prvků zábradlí je nutno použít příslušné dimenzační normy, např. ČSN EN 1992 - 1 -1 Betonové konstrukce - Obecná pravidla a pravidla pro pozemní stavby, ČSN EN 1993 - 1 -1 Ocelové konstrukce - Obecná pravidla a pravidla pro pozemní stavby, ČSN EN 1995 - 1 -1 Dřevěné konstrukce - Společná pravidla a pravidla pro pozemní stavby.
Rozbor zatížení a porovnání ČSN a EC
Nejběžnějším zatížením na zábradlí je užitné vodorovné zatížení. To se podle článku 6.4 z ČSN EN 1991-1-1 uvažuje jako přímkové zatížení působící ve výšce zábradlí, nikoliv však výše než 1,2 m. Tento článek platí zároveň i pro zatížení na dělící stěny (příčky).
Charakteristická hodnota zatížení závisí na typu zatěžované plochy (Kategorie A až G). Zatížení v kN/m je udáváno v rozmezích s doporučenou hodnotou. Např. pro plochy spadající do kategorií A, B, C1 - obytné budovy, kancelářské prostory, učebny škol, místnosti se stoly - může být uvažováno 0,2 - 1,0 kN/m, doporučeno 0,5 kN/m. Ve srovnání s předchozí ČSN 73 00 35 Zatížení stavebních konstrukcí je tato hodnota obdobná. Zvyšují se však hodnoty zatížení na zábradlí v místech, kde dochází ke koncentraci osob, jako jsou tribuny, nástupiště apod., ke je rozmezí zatížení 3,0 - 5,0 kN/m oproti původním 1,5 kN/m. Co však v ČSN EN 1991-1-1 není oproti původní české normě uvedeno, je požadavek toto zatížení uvažovat i ve směru svislém.
Zatěžovací schéma zábradlí dle ČSN
Dále v ČSN EN 1991-1-1 není zmínka o nahodilém soustředěném zatížení ve staticky nejnepříznivějším místě zábradlí, opět ve směru vodorovném i svislém, které pro některý typ zábradlí může být rozhodující. Chybí též specifikace zatížení na dolní vodorovnou tyč zábradlí, na tyčové prvky zábradelní výplně a na zábradelní zarážky. Evropská norma je tedy v tomto ohledu obecnější a je na statikovi, aby dle svého uvážení nadimenzoval zábradlí na účinky, které vyvodí maximální vnitřní síly nebo deformace.
Požadavky na kotvení
Konstrukčně vytvořené kotevní prvky zábradlí musí odpovídat zvolenému statickému schématu
Výpočetní model zábradlí
Kotvení může být tvořeno pevnými klouby nebo vetknutím. Vetknuté prvky bývají přímo zabudované do přilehlé nosné konstrukce, zpravidla se jedná o zabetonované kotevní desky, na které je potom prvek zábradlí přivařen. V současnosti jsou preferována dodatečná kotvení pomocí chemických nebo mechanických kotev, kde podporu tvoří spíše pevný kloub. U vodorovných kotvení venkovních zábradlí na balkonech a lodžiích se můžeme setkat i s posuvným kotvením, umožňujícím vlastnímu zábradlí dilatační pohyby způsobené teplotními zatěžovacími účinky.
obr. 3 - Dodatečné kotevní s oválnými otvory umožňujícími dilataci
havarijního stavu betonového zábradlí
Někdy je v kombinaci s dalším ukotvením záměrně volená i jednoduchá podpora pouze ve svislém směru. Vodorovné účinky potom musí přenést boční kotvení.
obr. 4 - Montáž zábradlí - rektifikace svislé podpory
U dodatečného kotvení zábradelních prvků je nutno dodržet konstrukční předpisy výrobců kotev. Jedná se jak o rozteče mezi jednotlivými kotevními šrouby, tak především o jejich vzdálenosti od okraje nosné konstrukce. U chemických kotev jsou tyto distance obecně menší než u kotev mechanických, které vyvozují v základním materiálu příčné tahy. Tyto konstrukční zásady spolu s výpočtem únosnosti kotveních prvků jsou nutnou podmínkou k vytvoření funkčního kotvení. Dodržení vzdálenosti cca 45 - 60 mm od okraje, která je pro běžně navrhované kotvy minimální, je často v architektonickém detailu obtížně uskutečnitelné a je nutno hledat jiné pozice ukotvení.
Kotvení ocelových zábradlí na lodžiích a balkonech panelových budov
Specifickým problémem je posuzování kotvení zábradlí u rekonstrukcí panelových budov. Zábradlí je nedílnou součástí fasády. Na to je pamatováno i v podmínkách Programu na podporu bytových domů postavených panelovou technologií (program Panel 2013+). Oprava lodžií nebo balkonů včetně zábradlí tvoří součást základní skupiny předepsaných úkonů, které je nutno provést k získání bonusu dotace. Tyto úkony jsou nutné i v případě, kdy je žádáno o souběh s dotací programu Nová zelená úsporám, kde podmínkou pro podání žádosti je též splnění výše uvedených úkonů. Kotvení zábradlí má totiž dopad na konstrukční detaily nejen při výměně nášlapných vrstev na podlaze lodžií, ale i na zateplení fasády, kterým se navždy zakrývá boční kotvení zábradlí. Před provedením zateplení je tedy nutno kotvení staticky zhodnotit a případně navrhnout příslušné úpravy - buď celkovou výměnu zábradlí, nebo pouze staticky účinnou repasi.
Výměna zábradlí
K výměně zábradlí se přistupuje tehdy, když jeho jednotlivé prvky včetně kotvení vykazují takové statické závady, jejichž repase by byla finančně náročnější, než celková výměna. U zábradlí tvořeného tenkostěnnými uzavřenými profily (oblíbené tenkostěnné profily Jäckely - profily 40/40 nebo 20/60), je nejslabším místem kotvení do podlahy lodžie. U většiny typů panelových soustav je tento detail proveden tak, že sloupek zábradlí je jen přivařen ke kotevní desce zabudované do podlahy. Kotevní deska bývá zabetonovaná v prohlubni obruby lodžiového panelu (novější konstrukční soustavy, např. VVÚ ETA, Larsen-Nielsen) a nebo je sloupek zábradlí přímo zabetonovaný do krajní podélné dutiny stropního lodžiového panelu (T0 8B). Ve všech těchto případech je kotvení skryto v betonové zálivce, avšak bez možnosti údržby a revize. Při prohlídce kotvení je tedy nutné provést nejen vizuální průzkum, ale i poodhalit zabetonovanou část kotvení. Havarijních případů, jako je na obr. 5., nebývá málo, jsou však při průzkumu snadno zjistitelné. Kotvení, u něhož je koroze v zabetonované části, je bohužel většina. Na první pohled je kotvení vizuálně v pořádku, ale po provedení sondy se teprve odhalí jeho skutečný stav.
obr. 5 - Totální koroze ocelového sloupku zábradlí
 obr. 6 - Kotvení před provedenou sondou |
 obr. 7 - Totální koroze kotvení v zabudování do podlahy - stav po vyjmutí sloupku |
Výměna zábradlí v těchto případech obnáší nejen statický návrh jeho profilů, ale i řešení stavebních detailů. Při zachování stejného statického schématu, tj. sloupky pevný kloub nebo vetknutí, boční kotvení pevné klouby, je možnost kotvení sloupků zdola na spodní líc stropního panelu. Předejde se tak obtížnému detailu průniku sloupku hydroizolací. Příklady statického schématu a detailů stavebního řešení jsou uvedeny na obr. 2, 8, 9
obr. 2 - Výpočetní model konstrukce zábradlí
 obr. 8 - Nově provedená zábradlí u balkonu panelového domu |
 obr. 9 - Detail kotvení sloupku zábradlí zespoda stropního panelu |
Při změně statického schématu, kdy sloupky jsou pouze opřeny o hotovou dlažbu a veškeré vodorovné zatížení přenáší horní madlo a jeho kotvení do bočních stěn lodžie, není opět narušená hydroizolace - viz též obr. 4. Tento model zábradlí však vzhledem ke svému statickému působení vyžaduje masivnější profily horního madla a kotvení prvky navržené i na posouvající sílu
obr. 10 - Detail kotvení horního madla zábradlí
Výhodou tohoto kotvení je možnost kotvit madlo ve větší vzdálenosti od okraje stěny, kde je zpravidla kvalitní beton nepoškozený karbonatací. Kotvení se snadno zabuduje do zateplovacího systému. Mělo by být preferováno bezúdržbové provedení s povrchovou úpravou žárovým zinkováním.
Repase zábradlí
V případech, kdy je poškozeno pouze kotvení do podlahy a jak boční kotvení, tak vlastní profily zábradlí jsou staticky vyhovující, je možno provést i tzv. repasi zábradlí
obr. 11 - Koroze pouze u kotvení sloupku zábradlí, ostatní prvky v pořádku
Nemění se ani statické schéma, ani stavební detaily. Toto řešení je vhodné tam, kde nejsou prováděny další investice, např. změna nášlapných vrstev podlah. Jedná se pouze o prodloužení životnosti konstrukce za zachování stávajících vlastností konstrukce. Zábradlí vyžaduje pravidelnou údržbu - životnost nátěrů je podle typu a provedení 4 - 6 let, potom by měly být obnovovány. V případě repase je odstraněna pouze zkorodovaná část sloupku a nahrazena novým profilem. S ohledem na životnost zabudovaného sloupku se doporučuje použít ne tenkostěnný, ale plný profil. Výsledný "face - lift" zábradlí může být povýšen i přidanou barevnou makrolonovou deskou
obr. 12 - Repasované zábradlí s plnostěnnými sloupky
Kotvení betonových zábradlí na lodžiích panelových budov
Betonová zábradlí jsou typickým prvkem u některých variant konstrukčních soustav T0 8B a VVÚ ETA. Zábradlí tvoří prefabrikovaný dílec skladebných rozměrů 1,1m x 6 x 0,1m, váha dílce je více než 1 500 kg. Zábradlí má boční kotvení do lodžiových stěn. Ve stěnách i v zábradelním dílci byly zabudovány kotevní desky, ke kterým se pomocí ocelových úhelníků zábradlí přivařilo. Vlastní kotvení profily i svary ve většině případů jsou masivní a i přes zanedbanou údržbu a montážní nepřesnosti jsou schopny plnit svou statickou funkci. Nejslabším místem je však upevnění kotevní desky do betonu. Deska byla chycena sponkami profilu 5 - 6 mm zakotvenými v betonu s kotevní úpravou háků. Vlivem karbonatace betonu a zatékání pod kotevní desky po dobu více než 40 let (soustavy T0 8B) dochází ke korozi této kotevní výztuže. V několika případech došlo již k pádu celého zábradelního dílce
naštěstí zatím pouze se způsobenými menšími nebo většími materiálními škodami, ne se zraněním osob. V případě průzkumu je nutné odhalení kotevních desek, které bývají často nepřístupné, opatřené omítkou apod. Nutná je zkouška hloubky karbonatace betonu, ze které lze nepřímo usoudit na postupující korozi kotevní výztuže
obr. 16 - Silná karbonatace betonu v okolí kotevních desek betonového zábradlí
V případě, kdy je beton stěny lodžie i zábradlí relativně v dobrém stavu, je možné stávající kotvení nahradit nově přidaným kotevním prvkem a původní kotvení poté odstranit (viz též obr. 3). S ohledem na obtížnou údržbu těchto původních kotevních desek je vhodnější jejich odstranění, aby pokračující korozí esteticky neznehodnocovaly opravený povrch betonu. Staticky se původní kotvení stává nefunkčním. V případě, kdy je beton zábradlí silně zkarbonatovaný a vlastní výztuž prefabrikátu je zkorodovaná, je ekonomičtější odstranění celého zábradlí a jeho nahrazení novým. Náhrada se provádí běžným zábradlím z ocelových profilů s vnějším obkladem z desek napodobujících původní povrch, např. Cetris.
Závěr
Návrh kotvení zábradlí musí být podložen statickým výpočtem. Musí odpovídat zvolenému statickému schématu a musí respektovat souvislosti navazujících stavebních detailů. Od 1.3.2010 vstoupí v platnost Evropské normy pro navrhování konstrukcí, jejichž aplikace bude mít dopad na určení zatížení a návrh konstrukčních prvků zábradlí a jeho kotvení.
V případě rekonstrukcí stávajících zábradlí musí být proveden pečlivý průzkum, protože kotvení bývá nepřístupné a jeho viditelné části ještě nemusí signalizovat selhání statické účinnosti.
Autorka je absolventkou Stavební fakulty ČVUT, obor pozemní stavby. Působí jako docentka na katedře konstrukcí pozemních staveb, je autorizovaným inženýrem v oboru statika a dynamika staveb. Kromě toho je hlavním statikem v projektové společnosti Atelier P.H.A., a.s., kde vede profesní skupinu betonových a ocelových konstrukcí. Specializuje se na staticko-konstrukční návrhy vícepodlažních i halových budov včetně jejich rekonstrukcí. Je Vicepresidentem sdružení SCIA ESA User group - uživatelé statického softwaru.
Partneři projektu TZB-info 2010 - Regenerace bytových domů
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
Railings are a safety feature in buildings. They should prevent the fall of people. Their requirements are not only architectural and aesthetic, but also of mechanical resistance and stability. The current designs for the construction of railings include their anchoring to adjacent structures, which have the same requirements as the very structure of the railings. The tests on heat pumps are connected to an article on the tests of solar collectors. The basic operating principles of a heat pump is that it gathers heat from the surrounding environment and then transfers it to a higher temperature level and supplies to according the whether it will be used for heating or hot water. The advantage over collectors is that it works even if the sun is not shining.