Achillova pata kotvených plochých střech
Stabilizace vrstev plochých střech kotvením je osvědčenou a bezpečnou technologií, pokud je prováděna v souladu s normami, předpisy a zdravým rozumem. Pokud dojde k poruše kotvené střechy, velmi často je důvodem podcenění kotvení obvodového detailu, nejvíce namáhaného silami větru. Jaké materiálové a technologické defekty vedou k selhání klíčového detailu ploché střechy? Na to odpovídá odborný příspěvek.
1. Nesprávně provedené kotvení detailů – příčina havárií střech
Spolehlivost každé střechy je přímo závislá na správném provedení střešních detailů. Je tomu tak i u plochých střech, stabilizovaných kotvením proti destruktivním účinkům větru. Mělo by být samozřejmostí, že realizátor střechy bezchybně upevní dané střešní vrstvy k podkladu pomocí kvalitních kotev, jejichž počet a rozmístění v ploše střechy odpovídá kotevnímu plánu, předem zpracovanému podle platných norem a předpisů. Proč však i některé takto na první pohled správně provedené kotvené ploché střechy selhávají? Příčinou je často nesprávně provedené kotvení detailu okraje střechy a také zanedbání zdánlivého detailu, spočívajícího v nedodržení správné geometrie kotvy v přesahu upevňované hydroizolace. Pro velkou četnost poruch a havárií právě z těchto příčin se příspěvek věnuje zejména selhání střech s hydroizolační vrstvou z plastových fólií.
2. Výskyt větrných jevů na našem území
Každá budova je vystavena námaze vyvolané větrem, sání větru působí jak na fasády budov, tak i na jejich střechy. Významnou složkou silného větru je nárazovitý vítr, který bývá častým impulzem při destrukci chybně provedených střech. Než se budeme podrobně věnovat tomuto tématu, je dobré si připomenout, jak silně u nás fouká. Zde je několik příkladů:
1994: 45 m/s (162 km/h) Praha-Ruzyně
2002: 43 m/s (156 km/h) Praha-Karlov
Orkán KYRILL:
2007: 60 m/s (216 km/h) Sněžka
2007: 47 m/s (168 km/h) Praha-Ruzyně
Vichřice EMMA:
2008: 46 m/s (166 km/h)
Vichřice HERWART:
2017: 50,5 m/s (182 km/h) Luční bouda
2017: 34,5 m/s (125 km/h) Přibyslav
Sílu větru klasifikuje a charakterizuje například Beaufortova stupnice, která určuje celkem 12 stupňů intenzity větru. Pro účel tohoto textu přináší tabulka charakteristiky 7. až 12. stupně, při kterých dochází k častým problémům střech od částečných defektů až po likvidaci částí nebo celků střešních konstrukcí.
| stupeň BS | charakteristika | rychlost km/h | rychlost m/s |
|---|---|---|---|
| 7 | prudký vítr, vítr pohybuje celými stromy; chůze proti větru je obtížná | 50–61 | 13,9–17,1 |
| 8 | bouřlivý vítr, vítr ulamuje větve, chůze proti větru je normálně nemožná | 62–74 | 17,2–20,7 |
| 9 | vichřice, vítr způsobuje menší škody na stavbách (strhává komíny, tašky a plechy ze střech) | 75–88 | 20,8–24,4 |
| 10 | silná vichřice; vyvrací stromy; přináší škody bydlištím | 89–102 | 24,5–28,4 |
| 11 | mohutná vichřice, vyskytuje se velmi zřídka, působí rozsáhlá zpustošení | 103–117 | 28,5–32,6 |
| 12 | orkán; ničivé účinky | >117 | >32,6 |
Beaufortova stupnice: v roce 1805 ji vytvořil kontraadmirál britského loďstva sir Francis Beaufort. Původně byla tato stupnice určena pro vhodnost plavby po moři s určitým typem lodních plachet, pro nenámořní účely byla upravena v roce 1850, kdy byla také určena rychlost různých typů větru pomocí anemometru. Beaufortova stupnice byla mezinárodně standardizována v roce 1923.
Ze statistik meteorologů i energetiků vyplývá, že větrné kalamity trápí Českou republiku v průměru jednou za deset let. Ničivé vichřice tu škodily například v letech 1929, 1955, 1967, 1976, 1984, 1990, naposledy v letech 2007 orkán Kyrill, v roce 2008 vichřice Emma a roku 2017 vichřice Herwart. V návaznosti na tuto datovou řadu lze očekávat podobně ničivé vichřice v horizontu pěti až deseti let, přesně však nelze příchod orkánu předpovědět. Každopádně by měly být střechy svojí konstrukcí a provedením na tento meteorologický jev připraveny.
3. Co dokáže vítr
Obr. 1: schéma působení větru na okraj střechy
Vítr namáhá plochou střechu v jejích sektorech s různou intenzitou, která navíc vzrůstá spolu s rychlostí větru. Podstatná je skutečnost, že právě okraj ploché střechy je nejvíce namáhán působením větru, zde hledejme pověstnou Achillovu patu kotveného systému. Mnoho havárií kotvených plochých střech má svůj počátek právě v nesprávném provedení detailu u obvodu střechy při přechodu hydroizolace z plochy na atiku nebo na přilehlou stěnu. Když se vlivem větrné námahy uvolní upevnění hydroizolace na okraji střechy a navíc dojde k podfouknutí hydroizolační vrstvy, nastává vážná destrukce střešního pláště. Působení větru na okraj střechy ukazuje schéma na obr. 1 a shodnou situaci snímky 2 a 3.
Obr. 2 a 3: působení větru na okraj střech a selhání upevnění hydroizolační vrstvy
4. Teorie a praxe v provedení klíčového detailu
Pokud dojde i jen k částečnému uvolnění upevnění kotvené hydroizolace u okraje střechy (nejčastěji koutového profilu, ale i ukončovacího profilu na atice či stěně), záleží pak již jen na intenzitě a trvání namáhání větrem, zda selhání upevnění tohoto detailu přispěje i k větší destrukci ploché střechy. Nastává dominový efekt a postupně selhává i kotvení v ploše, k čemuž přispívá i časté nerespektování další důležité montážní zásady, a tou je správné umístění kotvy v přesahu (o tom až v závěru textu). Teoreticky je opracování detailu přechodu z plochy střechy na atiku uvedeno v montážních předpisech většiny výrobců včetně grafického znázornění, v kvalitních montážních návodech nechybí ani podrobný popis pracovního postupu. Poplastovaná lišta tvaru „L“ má být upevněna minimálně čtyřmi kotvami na běžný metr buď do svislé atiky (stěny), nebo do vodorovného podkladu skrz ostatní střešní vrstvy. Zdánlivě prosté, v praxi však příliš často dochází k uvolnění lišty z podkladu a tím i k uvolnění upevněné hydroizolace z plastové fólie.
5. Příčiny selhání detailu
Detail s koutovou lištou v praxi selhává zejména ze dvou příčin. První příčinou kolapsu je uvolnění upevnění, aplikovaného do svislé konstrukce atiky. Uveďme dva velmi časté a problematické materiály, u kterých nejčastěji dochází k vytržení upevnění. Jedná se především o sendvičový fasádní panel, který u halových staveb zároveň vytváří atiku. Plech panelu, do kterého se aplikuje upevnění, je velice tenký, nejčastěji 0,4, popřípadě 0,5 mm, zcela výjimečně 0,6 mm. Upevnění lišty z poplastovaného plechu do takto tenkého ocelového plechu pomocí subtilních samovrtných šroubů je velmi rizikové. Jiným častým rizikovým podkladem z hlediska vytržení kotvení lišty je i dutinová a voštinová cihla. Zde se převážně používají běžné natloukací hmoždinky, určené do masivních materiálů, jejichž aplikace v tenkém cihlářském materiálu je technologicky nesprávné, upevnění nedosahuje potřebné parametry.
Obr. 4 a 5: typický obrázek selhání detailu u atiky a detail vytrženého kotvení z tenkého plechu sendvičového fasádního panelu
Obr. 6 a 7: nevhodně použité hmoždinky ke kotvení koutového profilu, vytržené po větší námaze střechy větrem
Druhou příčinou kolapsu detailu koutové atikové lišty je fakt neznalosti a nerespektování ustanovení platné normy. Zásadní informaci k tomuto střešnímu detailu uvádí ČSN 73 1901:2011 Navrhování střech – Základní ustanovení, kde se v bodě 8.26.8 dočteme: „Připevňovací prostředky použité k tvarovému řešení hydroizolačního povlaku v konstrukčním detailu se obvykle nezapočítávají do mechanického připevnění povlaku proti účinkům zatížení větrem.“ Připevňovacím prostředkem je zde právě koutová lišta z poplastovaného plechu, kterou většina firem považuje za dostatečné zajištění obvodového kotvení ploché střechy. Tento předpoklad je však chybný, absentuje zde funkční, staticky účinné zajištění okraje střechy. První staticky účinná linie kotev je až v prvním přesahu dvou pásů fólie v ploše střechy, většinou ve vzdálenosti 1 až 2 metry od atiky. Kombinace rizikového podkladu, částečně nebo zcela nefunkčního kotvení a výrazného sání větru, namáhajícího okraj střechy, vede k selhání detailu, klíčového pro stabilitu ploché střechy.
Obr. 8 a 9: chybná praxe na reálné střeše a ve schématu – přechodová koutová lišta u paty atiky upevněna v nedostatečně nosném materiálu (tenký plech sendvičového panelu), u paty atiky chybí staticky účinná linie kotvení, první účinné kotvení je 1 m od paty atiky. Výsledkem je vytržení lišty a deformace střešní fólie.
6. Princip správného provedení detailu
Pro funkční provedení popisovaného detailu je kromě volby vhodného upevnění a jeho bezchybné aplikace do podkladu nutné respektovat výše uvedené ustanovení normy a provést ve vzdálenosti cca 150–250 mm od paty atiky první linii staticky účinného kotvení proti účinkům větru (v případě podkladu z trapézového plechu se vzdálenost odvíjí od rozteče horních vln, do kterých je kotveno). Tato linie kotvení se při zpracování detailu následně překryje buď fólií přecházející po stěně atiky, nebo se volí samostatné překrytí kotev pruhem fólie, popřípadě samostatnými přířezy. Je tak provedena staticky účinná linie kotvení co nejblíže atiky, která na sebe přebírá zatížení větrem a upevnění vlastního koutového profilu nebo ukončovací lišty je mnohem méně namáháno. Je tak do značné míry eliminováno riziko selhání upevnění na okrajích ploché střechy.
Obr. 10 a 11: správné provedení detailu paty atiky – funkční statické upevnění v blízkosti přechodové lišty, na přechodový profil se nepřenášejí dynamické síly sání větru z plochy střechy
7. Upevnění po obvodu střechy v kotevních plánech
Obr. 12: ukázka části kotevního plánu, který správně znázorňuje staticky účinnou linii kotvení podél atik a po obvodu střešních prostupů (autor: ing. Aleš Oškera)
Kotevní profil z poplastovaného plechu by v souladu s ustanovením normy neměl být využíván pro staticky účinné upevnění hydroizolace v detailu atiky, tuto skutečnost by měly zohledňovat i statické výpočty (kotevní plány), které by měly vždy uvádět i potřebný počet kotev po obvodu střechy. Některé kotevní plány tuto skutečnost vůbec neuvažují a budí tak v uživatelích dojem, že k zajištění obvodu střechy postačí pouze profil z poplastovaného plechu.
8. Geometrie kotvy v přesahu
Selže-li jeden prvek kotvené střechy, může nastat dominový efekt. Po uvolnění kotvení v detailu atiky se zatížení větrem přenáší dále na plochu střechy, a pokud je v ploše nesprávně provedená geometrie kotvy v přesahu, dojde k vytržení fólie v těchto místech a rozsáhlé destrukci. Toto chybné provedení výrazně snižuje odolnost kotvené střechy vůči větru. Od nepaměti platí, že kotva v přesahu musí být umístěna tak, aby okraj talířku (podložky, teleskopu) byl vzdálen minimálně 10 mm od okraje upevňované hydroizolační fólie. Je s podivem, jak časté je selhání střech právě z důvodu neznalosti a nedodržení této jednoduché zásady, kterou obsahuje většina prováděcích manuálů výrobců střešních fólií.
Obr. 13 a 14: havárie ploché střechy v důsledku zatížení větrem, podstatnou příčinou selhání bylo chybné kotvení u paty atiky a nedodržení geometrie kotev v přesahu
Obr. 15 a 16: detail vytržené fólie v důsledku nesprávného umístění kotvy, ukázka správného postupu kotvení, kdy okraj kotev je vzdálen od okraje fólie nejméně 10 mm
9. Závěr
Vzhledem k častým defektům kotvených střech, které mají – mimo jiné – počátek i v nesprávném provedení kotvení v detailu atiky, ale i v nesprávné geometrii kotvy v přesahu upevňované plastové fólie, lze doporučit, aby při zpracování aplikačních manuálů výrobci výrazněji upozornili na tuto problematiku. Zajisté by bylo vhodné, aby i autoři prováděcích projektů uvedli tyto zdánlivé maličkosti například v technických zprávách. V neposlední řadě by měl pracovník technického dozoru ověřit znalost realizační firmy a včas vyjasnit aplikační postupy v popisovaných detailech.
Foto: archiv autora, obrázek č. 12 poskytl ing. Aleš Oškera
Literatura
- ČSN 731901 Navrhování střech – Základní ustanovení, 2011
- Odborné posudky o stavu plochých střech 1999–2019, autor Josef Krupka
- Sborník konference Hydroizolace 2018
Josef Krupka (nar. 1955)
Absolvent SPŠ zeměměřické, od roku 1992 pracoval se střešními materiály, podílel se na zavádění technologie kotvených střech v ČR. Ve své soukromé expertní a konzultační praxi se věnuje posudkové činnosti poruch všech střešních konstrukcí, specializuje se na problematiku plochých střech, nejen kotvených. Je zakládajícím členem České hydroizolační společnosti, odborné společnosti při Svazu stavebních inženýrů (od r. 2012).
The flat roofs of warehouse and production halls show some typical defects. A very common cause of roof problems is incorrect implementation of anchoring detail of the attic. The causes and solutions to these typical defects are described below.