Zkušenosti se zpracováním kotevních plánů plochých střech
Přesto, že od okamžiku zrušení „starých“ technických norem pro stanovení zatížení a dimenzování stavebních prvků a konstrukcí uplynuly již takřka dva roky, stále nejsou určité části naší odborné veřejnosti zřejmé všechny dopady plného zavedení systému Eurokódů do oblasti mechanicky kotvených pružných hydroizolačních povlaků střech. Stále poučenější stavební dozory a v neposlední řadě i pojišťovny odmítají převzít popř. pojistit mechanicky kotvené střešní pláště, které nejsou řádně provedeny – tedy i kvalifikovaně a prokazatelně správně kotveny.
Tento stav je částečně zapříčiněn neochotou technického personálu dodavatelských a realizačních firem měnit stávající postupy a v důsledku sílícího ekonomického tlaku i nedostatkem času pro další vzdělávání. Na vině je ale nesporně i poměrná komplikovanost norem a souvisejících předpisů, neustálená a nejednotná terminologie.
Celkově nepevný legislativní rámec jejich správné aplikace je dále umocněn řadou výjimek pro termín plného přechodu některých států, kde sídlí výrobci materiálů pro střešní pláště, na systém Eurokódů a faktickou nevymahatelností souvisejících povinností. To má za následek, že řada výrobců nemá do dnešního dne vydánu harmonizovanou technickou specifikaci (ETA nebo jiný ekvivalentní dokument), prokazující vhodnost výrobku k určenému použití.
Tím je ale znemožněno našim subjektům, ve smyslu Stavebního zákona (§160) a ČSN EN 1990 (čl. 4.2), nezpochybnitelně prokázat mechanickou stabilitu a odolnost kotvené střešní konstrukce, což je jeden z nejdůležitějších požadavků kladených na stavby (viz Vyhl.č. 268/2009 Sb., §9).
Uvážíme-li tento neutěšený stav a uvědomíme si, že od vydání Řídícího pokynu pro ETA (ETAG 006) přitom uplynulo již 12 let, vznikají vážné pochybnosti, že se situace po tolik očekávaném nahrazení Směrnice Rady 89/106/EHS (CPD) přísnějším Nařízením EP a Rady 305/2011 (CPR) změní, natož pak zlepší nebo dokonce napraví.
Hlavní změny po plném zavedení Eurokódů
Stanovení hodnoty dovoleného zatížení kotevního prvku
Největší změnou, jejíž nerespektování přináší nejvážnější problémy a pochybení, je zcela odlišný způsob posuzování stavebních výrobků – v tomto případě stanovení hodnoty dovoleného namáhání resp. dovoleného zatížení kotevního prvku.
Dříve byli poskytovateli a garanty této veličiny většinou výrobci kotev a pro výpočet se doporučovala hodnota 0,40-0,50 kN/kotevní místo. Je zřejmé, že tato (víceméně empiricky nebo různými způsoby zkoušení) stanovená hodnota neodrážela skutečnou odolnost kotevního prvku ve spojení s konkrétním hydroizolačním povlakem – neodrážela totiž rozdílnou kvalitu povlaku.
Řídící pokyn ETAG006, který je podkladem pro technické posouzení, proto zavedl pojem systému sestávajícího z jednoho nebo více pružných hydroizolačních povlaků, spojených s nosnou konstrukcí kotevními prvky (tzv. sestava).
Výsledkem pokynem předepsaných zkoušek je potom nejčastěji schválení celé sestavy, dodávané držitelem ETA, přičemž tento za ni nese plnou odpovědnost. Z toho plyne, že garantem hodnoty dovoleného namáhání kotevního systému je (většinou) výrobce hydroizolace a nikoliv jako dříve výrobce kotev.
Pro realizované střešní souvrství však není nutno použít pouze kotevní systém, pro nějž byly provedeny zkoušky (tzv. původní kombinace). Za podmínek, podrobně popsaných ve směrnici ETAG 006, lze použít jakýkoliv jiný systém střešních kotev (tzv. nová kombinace), který nese označení CE, aniž by bylo nutno náročné zkoušky opakovat. Příslušným způsobem upravenou hodnotu dovoleného zatížení kotevního prvku v nové kombinaci lze potom použít pro vlastní výpočet.
Hodnoty odolností kotev odzkoušených nebo interpolovaných podle metodiky ETAG 006 se pohybují pro různé povlaky a různé typy kotev v rozsahu 0,28 – 0,97 kN/kotvu (!!), za optimální lze považovat průměrnou hodnotu pro nejčastěji používaný typ kotvy (tj. kombinace plastového teleskopu se šroubem) 0,50 – 0,60 kN/kotvu.
Pro jiné než zkoušené typy kotev potom platí určité omezení:
Pro jeden konkrétní typ (značku) hydroizolace smí interpolovaná odolnost kotevního prvku dosahovat 50 – 100% reprezentativní (zkoušené - původní) kombinace, nikdy více nebo méně.
Naopak návrhová odolnost jednoho konkrétního typu (značky) kotev se může pro různé typy hydroizolace měnit až o 170% (tj. téměř trojnásobně!!).
Použití nesprávné hodnoty dovoleného zatížení kotvy je nejčastější chybou při výpočtu kotevního plánu, vyplývající někdy z neznalosti problematiky, často však také (bohužel) z komerčních důvodů – prodej vyššího počtu kotev je ekonomicky nesporně zajímavý. Takový výpočet není platný.
Výpočet kotvení bez uvedení konkrétního typu hydroizolace a kotevního systému je také nutno považovat za neplatný a ve svém důsledku může mít pro zpracovatele (v případě havárie) fatální důsledky.
Je překvapivé, že se stále lze setkat s doporučením na kotvení podle „zjednodušeného návodu“ – u nízkých objektů 3-4-6 ks/m2, u vyšších 3-6-9 ks/m2. Tyto „vzorce“ neplatily ani v době platnosti ČSN 73 0035 a daly se snad uvažovat pouze pro předkalkulace ceny zakázky.
Z jednoho protokolu o provedení výtažných zkoušek (mimochodem s velmi dobrým výsledkem) se zadavatel dokonce dozvěděl, že „Firma … doporučuje použít šroub v počtu 5 ks/m2 , okraj 6 ks/m2 a roh 9 ks/m2“ – pochopitelně bez jakékoliv spojitosti s použitým hydroizolačním povlakem.
Argument o vyšší bezpečnosti střechy při „předimenzování“ kotevního systému použitím co nejnižší hodnoty odolnosti kotev však neobstojí. Cena kotev je při současném trendu co největších tlouštěk tepelných izolací určitě nezanedbatelnou položkou, ale také zcela zbytečný je nárůst délky svárů (přelepení vložených řad kotev terči nebo páskou z hydroizolace) – negativně to ovlivní spolehlivost hydroizolace zvýšením rizika výskytu vadných svárů.
Správným výběrem materiálů a postupem výpočtu lze naopak dosáhnout významné optimalizace jak na straně nákladů tak i výsledné kvality střešní konstrukce.
Obdobně jako u poměrně již zažitého zvýšení zatížení sněhem došlo se zavedením ČSN EN 1991-1-4 k úpravě výpočtové (návrhové) hodnoty zatížení větrem. O míře tohoto zvýšení a možných důsledcích chyb při výpočtu kotevního plánu nám mohou dát bližší představu následující příklady:
Jedná se o běžnou halu s plochou střechou bez atiky, rozměru 25x86 m, výšky 10,50 m nad terénem. Nosná konstrukce střechy je tvořena trapézovým profilem TRP 150/280. Stavba je umístěna nedaleko Prahy, v průmyslové zóně (otevřená krajina).
| Oblast | Zatížení [kN/m2] | Nárůst | |
|---|---|---|---|
| Podle ČSN 73 0035 | Podle ČSN EN 1991-1-4 | ||
| Vnitřní | 0,273 | 0,279 | + 2 % |
| Návětrná | 0,383 | 1,676 | + 338 % |
| Okrajová | 1,094 | 2,793 | + 155 % |
| Rohová | 1,641 | 3,491 | + 113 % |
Takové zvýšení výpočtových účinků působení větru však neznamená automaticky i odpovídající navýšení počtu kotev.
Podle zrušené ČSN 73 0035 bylo pro zvolený příklad třeba při uvážení Fdov=0,40 kN celkem 6 930 kusů kotev.
V tabulce 2 je možno vidět, jaký dopad má pro uvedený objekt výběr správné hodnoty dovoleného zatížení kotvy resp. výběr celého systému:
| Celkový počet kotev | Hodnota dovoleného zatížení Wadm [kN/ks] | ||
| 0,40 1) | 0,60 2) | 0,76 3) | |
| Podle ČSN 73 0035 | 6 930 | ||
| Počet kotev [ks] | 13 170 | 9 620 | 6 970 |
| Nárůst oproti ČSN 73 0035 | + 90 % | + 39 % | + 1 % |
1) často používaná hodnota při absenci platného technického schválení
2) orientační – střední hodnota systému střední kvality
3) hodnota „značkového“ systému
Vliv výběru správné kategorie terénu
Vedle změny mapy větrných oblastí je nutno věnovat větší pozornost určení správné kategorie terénu. Ve stejné obci může mít stejný objekt různou hustotu kotvení podle toho, kde konkrétně se nachází. Je to častá chyba hlavně u regenerovaných panelových domů, které je nutno kotvit odlišně, nacházejí-li se uprostřed rozlehlého sídliště nebo na jeho okraji u rozlehlého lánu. Často to končí tak, že realizační firma si nechá zpracovat jeden – „typový“ výpočet kotevního plánu, podle nějž realizuje několik objektů, bez ohledu na jejich skutečnou polohu.
V tabulce 3 jsou vyčísleny rozdíly v hodnotách zatížení větrem na střechu našeho vzorového objektu v běžně se vyskytujících kategoriích terénu. Nárůst velikosti zatížení mezi kategoriemi terénu IV a I činí +132 %. Dopad do potřebného počtu kotevních prvků je zjevný:
| Kategorie terénu | IV | III | II | I | |
|---|---|---|---|---|---|
| Oblast | Vnitřní | 0,141 | 0,204 | 0,279 | 0,328 |
| Návětrná | 0,849 | 1,224 | 1,676 | 1,967 | |
| Okrajová | 1,415 | 2,040 | 2,793 | 3,279 | |
| Rohová | 1,769 | 2,550 | 3,491 | 4,098 | |
Vliv výšky atiky
Určitou roli hraje ve výpočtu kotevního plánu i výška případné atiky. Přímý dopad to má sice pouze pro okrajovou a rohovou zónu, které nejsou co do plochy rozhodující, ale každé snížení nákladů a zvýšení spolehlivosti je užitečné.
V tabulce 4 je proveden výpočet hodnoty zatížení, pokud by náš vzorový objekt byl opatřen atikou. Nárůst hodnoty zatížení dosahuje cca. 40 %.
| Výška atiky [mm] | 0 | 500 | 1000 | |
|---|---|---|---|---|
| Oblast | Okrajová | 2,793 | 2,234 | 1,955 |
| Rohová | 3,491 | 2,793 | 2,514 | |
Poznámka:
Je důležité si uvědomit, že zatížení větrem se prostřednictvím kotevního systému přenáší do nosné konstrukce objektu. Často se podceňuje správná dimenzace upevnění např. trapézových profilů k vaznicím – rozmístění a počet šroubů provedené podle konstrukčních principů je většinou nedostatečné a často dochází k haváriím nejen střešního pláště, ale i nosné vrstvy střechy a to hlavně po okrajích. Použití atiky rozumné výšky dokáže snížit zatížení větrem o cca. 25 %, což již hraje dost velkou roli.
Možnosti optimalizace
Vliv šířky pásu hydroizolace
Většina výrobců fólií se snaží nabízet co nejširší pásy s argumentem rychlosti zakrytí střešní plochy. Předpokládejme, že pro objekt z našeho příkladu je k dispozici hydroizolace šířky 2050 mm i pás šířky 1360 mm.
Byla provedena optimalizace s cílem úspory počtu kotev, snížení pracnosti při přelepování vložených řad kotev, a tím i zvýšení spolehlivosti vodotěsnící funkce hydroizolačního povlaku střechy. Výsledek je uveden v tabulce 5:
| š = 2050mm | š = 1360mm | Úspora | |
|---|---|---|---|
| Počet kotev [ks] | 9 460 | 8 450 | 11 % |
| Délka svárů [bm] | 3 840 | 2 530 | 34 % |
Vliv výběru výrobců komponent sestavy střechy
Jak velký vliv má výběr materiálů střešní sestavy na celkové náklady a očekávanou spolehlivost konstrukce střechy, lze usoudit z tabulky 6, pro niž byly použity kombinace běžně používaných hydroizolačních materiálů a kotev od renomovaných výrobců, které mají předepsaná technická schválení a působí na českém trhu.
Poznámka:
Pojem „kvalita“ je nutno brát s rezervou – hodnoty použité pro výpočet byly získány z oficiálně vydaných dokumentů ETA (dlužno podotknout, že některá schválení ETA obsahují nepochopitelné chyby, které mohou způsobovat zkreslení výsledku výpočtu).
Cílem výpočtu je pouze vytvořit představu o dopadech, které dává možnost použití „papírově“ kvalitnějšího, i když někdy dražšího, materiálu.
Vysvětlivky:
| H1 – méně kvalitní hydroizolace š=2 m | H2 – kvalitnější hydroizolace š=2 m |
| K1 – méně kvalitní kotva | K2 – kvalitnější kotva |
| Kombinace sestavy | Počet kotev | Délka svárů | ||
|---|---|---|---|---|
| [ks] | Nárůst | [bm] | Nárůst | |
| H1 + K2 | 9 400 | + 35 % | 3 841 | + 11 % |
| H1 + K1 | 17 130 | + 146 % | 8 172 | + 136 % |
| H2 + K2 | 6 970 | 0 % | 3 470 | 0 % |
| H2 + K1 | 9 620 | + 38 % | 3 943 | + 14 % |
Většina realizačních firem zvolí pravděpodobně nejlevnější variantu, tj. nejlevnější fólii s nejlevnějšími kotvami (H1+K1).
Budeme-li uvažovat průměrnou cenu kotvy 15,- Kč/ks, dá se ušetřit přechodem ke kvalitnější hydroizolaci s týmiž kotvami 52,- Kč/m2.
Při současném přechodu na kvalitnější (nebo alespoň výpočtově výhodnější) kotvy se ušetří dokonce 70,- Kč/m2.
Část těchto prostředků sice bude stát kvalitnější (průměrně o 10-20,- Kč/m2 dražší) fólie, zbytek ale může tvořit zisk, nehledě na ušetřenou pracnost a vyšší spolehlivost celé konstrukce střechy.
Podmínky pojišťoven
V poslední době se již i u nás projevuje obecný trend, kdy pojišťovny dbají na odpovídající kvalitu stavebních děl, která mají pojistit a kladou si často podmínky, které jsou nad rámec platných normativních hodnot.
Lze to dokladovat na jednom ze skutečně realizovaných objektů stavby nedaleko Prahy, kdy bylo nutno kotvení dimenzovat podle podmínek FM Global.
Pikantní na tom bylo to, že tento požadavek byl uplatněn až po uzavření výběrového řízení – tedy po uzavření smluv o dílo s dohodnutou cenou. Fatální chybou projektanta (snad špatným překladem podmínek v angličtině a záměnou pojmů charakteristická a výpočtová hodnota zatížení) byly navíc specifikovány takové podmínky, které vyvolávaly potřebu neuvěřitelně hustého kotvení (244 x 250 mm).
Až po vleklém několikanásobném jednání bylo dosaženo dohody, odsouhlasení kotevních plánů a mohlo se přistoupit k realizaci.
Jednalo se o objekt rozměru 53,50 x 72,40 m, výšky 8,50 m nad terénem, nosná konstrukce střešního pláště byla z trapézového profilu 50/250.
| Podle požadavků | |||
|---|---|---|---|
| ČSN EN | FM Global | projektanta | |
| Počet kotev [ks] | 13 260 | 17 570 | 41 100 |
| Hustota kotvení [ks/m2] | 3,424 | 4,538 | 10,620 |
| Nárůst | 0 % | + 33 % | + 210 % |
Despite the fact that since the abolition of the "old" technical standards for determining loads and dimension of structural elements and structures already passed almost two years, still a part of our professional community doesn’t know all the impact of the introduction of Eurocodes in the field of mechanically anchored flexible roof waterproofing layers. More knowledgeable construction supervisors and also the insurance companies refuse to accept or insure mechanically anchored roof layers that are not properly constructed - including demonstrably and properly anchored.