Zvýšení odolnosti zděných nízkopodlažních objektů

Zvýšení odolnosti zděných staveb je aktuálním požadavkem pro snížení škod při zejména živelních pohromách, nadlimitních účincích větru a mimořádných situacích. Konstrukce jsou dnes běžně navrhovány podle platných norem a na základě empirické zkušenosti. Na mimořádné účinky jsou dimenzovány pouze v případech, kdy je toto vyžadováno předpisy, zejména požárními. U zděných konstrukcích je dnes často postupováno podle zaběhnutých postupů a katalogových doporučení a řešení těchto konstrukcí je mnohdy považováno za banální. Co když však poškození překročí účinky stanovené normami...

1. Nízkopodlažní zděné stavby

Vymezení nízkopodlažní zděné stavby

Obr. 1 – Schématické znázornění jednopodlažních zděných objektů s rozdílnými vodorovnými konstrukcemi (autor)

Nízkopodlažní zděné objekty, tj. objekty s jedním nebo dvěma podlažími, popřípadě doplněné půdou pod střechou či podkrovím, představují velkou část obytných a účelových staveb menšího charakteru. Najdeme je na venkově, v průmyslových a zemědělských areálech a na předměstích nebo v městských čtvrtích. Charakteristickým představitelem této kategorie jsou rodinné domy, malé bytové domy nebo provozovny se sklady různých podnikatelských subjektů. Můžeme je rozdělit na dvě kategorie – vícepodlažní stavby a jednopodlažní halové stavby pouze se střešní konstrukcí.

Konstrukce nízkopodlažních zděných staveb

Mezi stavby zařazujeme v tomto rozdělení stavby dvoupodlažní až třípodlažní většinou s podkrovím. Stavby jsou konstrukčně řešeny jako jednotraktové nebo vícetraktové objekty. Jednotraktové přízemní stavby mají charakter halových staveb s volným vnitřním prostorem anebo staveb s pouze s nosnými obvodovými stěnami a vnitřními nenosnými příčkami.

Přečtěte si také Tornádo rok poté, díl I. Přečíst článek

Výška zděných stěn u běžných podlaží se pohybuje obvykle mezi 2,50 až 3,50 metru, přičemž častá výška zdiva vychází 2,75 m nebo 3,00 metru. U halových objektů je výška často vyšší, mezi 3 až 6 metry. Výšku stěn je vhodné vázat na násobek výšky použitých cihel, což obvykle činí 250 mm. Při výšce nad 3,50 metru musíme již ve zvýšené míře se v návrhu věnovat tuhosti stěny a jejímu ztužení v její hlavě.

Použité zdivo je třeba podle svojí tloušťky rozdělit na tři kategorie. Uvažována je tloušťka jen nosné konstrukce z cihel. První kategorií je zdivo o tloušťce do 300 mm při výšce 2,5 až 3 metry. Druhou kategorií je užití masivních stěn tlouštěk 375 až 500 mm. Třetí kategorii tvoří zdivo o větší tloušťce jak 500 mm, k použití zejména na vysoké halové stavby. Zde již narážíme na neefektivitu zdění ze současných zdících prvků a na ekonomii tohoto řešení. Historické a starší stavby vkládaly pro zajištění dostatečné tuhosti a stability do stěny masivní pilíře.

Obr. 2 – Ukázka poškození dvoupodlažních zděných objektů – fotografie domu před a po přechodu tornáda, zdroj: internet Tornádo Morava – Google obrázky

2. Účinky na stavby

Účinky zatížení na zděné stavby můžeme rozdělit na běžné, čili provozní, návrhové a nadlimitní. Kromě toho existují ještě účinky mimořádné a seismické.

Běžné účinky

Běžné účinky odpovídají obvyklému provozu stavby. Jsou takové účinky, které na stavbě působí po většinu její funkce bez dosažení normativních, tj. charakteristických hodnot.

Návrhové účinky

Tyto účinky vycházejí z charakteristických hodnot zatížení určených v normách pro zatížení. Sledujeme nejnepříznivější účinek všech zatížení odpovídající tzv. základní kombinaci podle platné normy pro zásady navrhování – ČSN EN 1990. Jedná se o stanovení stálých a proměnných zatížení podle platných norem řady ČSN EN 1991-1 a jejich návrhovou kombinaci stanovenou podle rovnic 6.10 nebo 6.10a a 6.10b v národní příloze ČSN EN 1990.

Mimořádné účinky

V tomto případě jsou zděné stavby namáhány mimořádnou kombinací zatížení, kde mimořádnou složku vytvářejí účinky od požáru, nárazu nebo výbuchu. Hodnoty mimořádného zatížení se stanovují v hodnotách podle platných norem. Samostatnou kombinací je uvažování seismického zatížení.

Nadlimitní účinky

Tyto účinky na stavby jsou vyšší jak hodnoty, které jsou stanovené platnými normami. Představují například vyšší účinky, než pro stavby uvažujeme v návrhových hodnotách. Proto na ně nejsou stavby běžně dimenzovány a z ekonomických důvodů nelze prokazovat spolehlivost konstrukcí na tyto účinky.

Zvýšení odolnosti zděných staveb

Je však možné, že vhodnou konstrukční úpravou můžeme odolnost stavby zvýšit a posunout tak její hodnotu nad rámec platných norem. Tohoto účinku lze dosáhnout konstrukčním řešením, zvýšením robustnosti některých prvků, ztužením, přikotvením, zvýšením tuhosti prvků nebo prostorovým roznesením účinku.

Pro zděné stavby jsou nepříjemným účinkem především vodorovná zatížení. Ta jsou přestavována nejen nárazem, výbuchem, větrem, seismickými silami, ale i účinky vlastní konstrukce budovy.

Účinky extrémního větru

Obr. 3 – Místa poškození nízkopodlažních zděných objektů tornádem (autor)

Účinky extrémního větru lze chápat jako podstatné zvýšení jeho rychlosti a dynamičnosti formou nárazů. Dochází k výraznému zvýšení jeho tlaku a sání na svislé, sklonité a vodorovné plochy stavby.

Na základě zkušeností s extrémním větrem včetně vysoce nadlimitních účinků tornáda je pro stavbu velmi nebezpečné působení sání a tlaku větru a jeho nevyrovnané a rozdílné lokální účinky. A ty se stavbu vedle stavby liší. Pro výpočty běžně uvažujeme s ustálenými náhradními a jednoduššími modely zatížení. Těmi jsou rovnoměrná, trojúhelníková nebo lokální zatížení. Zde ale dochází k velkým změnám zatížení v poloze a v čase. Jen u tornáda na jižní Moravě docházelo k rychlosti větru až 350–400 kilometrů za hodinu. To je až 75 m/s. To je třikrát více nežli základní rychlost větru 25 m/s uvažovaná pro výpočet jako nejvyšší v dané oblasti. Při užití součinitelů vnějšího tlaku a postupu podle platné normy bude násobek i vyšší.

Poškození zděných staveb sledovaná po zásahu tornáda na jižní Moravě

V důsledku účinků tornáda s působením větrného víru-tlaku anebo sání větru o různé intenzitě byly pozorovány následující poruchy zděných konstrukcí:

• Destrukce a poškození nezatížených a neztužených zděných stěn
• Poškození až vypadnutí neukotvených vyzdívek, volných neztužených štítů budov
• Poškození stropních konstrukcí sáním vzhůru, tj. opačnými účinky nežli ne něž jsou navrhovány
• Poškození vyzdívek destrukcí či posunem střešní konstrukce

Obr. 4 – Štít poničený sáním větru s ponechanou částí zdiva v okolí zesilujícího pilířku a ukotvení krovu, dále je zřetelné narušení štítové stěny svislou a diagonální trhlinou v prvním podlaží (4)

3. Navrhovaná opatření

Otázkou nyní je, jaká opatření pro snížení negativních účinků zvolit. Základní opatření pro zděné stavby je možné přirovnat k doporučením a požadavkům stanovených pro zděné objekty v normě pro navrhování zděných konstrukcí řady ČSN EN 1996 a v normě pro účinky a navrhování v seismických oblastech ČSN EN 1998-1.

Technická opatření je možné shrnout do několika principů a bodů, které jsou na přiložených obrázcích. Důležité je správné a důsledné propojení a ztužení jednotlivých konstrukcí stavby ve všech třech směrech.

Obr. 5 – Možnosti ztužení a minimální zvýšení odolnosti konstrukce zděných budov s využitím údajů v platných normách (autor)

Možnosti řešení pro stěny, příčné stěny, stropní konstrukce a pozední věnce jsou ukázány v doporučení na obrázku č. 5. Základem pro uvedené údaje jsou pokyny v normě pro navrhování zděných konstrukcí EC 6 a pro konstrukce navrhované podle normy pro stavby v oblastech se seismicitou EC 8. Bylo využito i zkušeností autora textu v projektové a posudkové činnosti.

Další problematikou je řešení styku vodorovné konstrukce a zděné stěny. Jedná se o dostatečné uložení stropních konstrukcí na zdivu, svázaní se zdivem a omezení užití podkladních asfaltových pásů pro dosažení větší tuhosti spoje. Tato, zdá s jednoduchá tématika, je velmi důležitá pro co nejúčinnější spojení zdiva a tropu a zajištění větší odolnosti budovy. Vhodné je konstrukčním řešením a uložením stropu omezit excentrické působení svislé výslednice sil na zdivo a využít tak více jeho účinnou plochu. Pro tento případ je připravován samostatný text přesahující rozsah tohoto příspěvku.

Možné úpravy půdorysů staveb jednopodlažních staveb se ztužujícími prvky jsou ukázány na obrázku č. 6. Naznačeny jsou ztužení dlouhých štíhlých stěn vnitřními stěnami nebo stěnami krátkými o délce nejméně 20 % jejich výšky, což ukazuje norma pro navrhování zděných konstrukcí.

Obr. 6 – Možnosti ztužení dlouhých stěn nízkopodlažních objektů (červeně nosné stěny, zeleně příčky)

To znamená například, že pro výšku stěn h = 3 metry, bude příčná stěna dlouhá alespoň 600 mm. Bude zavázána do obvodové stěny a bude míst vlastní základ spojený se základy stavby. Příčné krátké stěny lze nahradit pilíři nebo železobetonovými či ocelovými sloupky vetknutými do základu. Tuhost obvodové stěny lze také zvýšit jejím zalomením s rozměry odpovídajícími uvedeným krátkým stěnám. Jedná se o jednoduché úpravy, které může znát každý projektant. Úpravy je možné aplikovat i na nízkopodlažní stavby se dvěma a třemi podlažími.

Zvýšení odolnosti zděných nízkopodlažních staveb je možné dosáhnout vhodnou volbou konstrukčního systému spojenou s uváženým užitím rozpětí vodorovných konstrukcí nad 6 metrů a doplněním půdorysu příčnými stěnami a vodorovně tuhými stropními a případně i střešními konstrukcemi. Vzdálenost příčných vazeb a stěn je doporučena mezi 5,5 až 7,5 metry a závisí na tloušťce, výšce, materiálu a otvorech, tj. tuhosti zděných stěn. Pro stěny od tloušťky 375 mm lze volit vzdálenost větší. Základem je vždy statické posouzení a rozvaha o působení a tuhosti celé stavby včetně možnosti opření zhlaví zdiva do vodorovně tuhé konstrukce.

Stropní a střešní konstrukce je potřeba provázat se stěnami a užít minimálně pozedních věnců a kotev odpovídají požadavkům eurokódu 6 pro zděné konstrukce a eurokódu 8 pro zemětřesení. Doporučují se větší dimenze konstrukcí a výztuže nežli pro běžné stavby. Je třeba počítat se zvýšeným účinkem sání a tlaku větru.

4. Závěr

Máme-li doporučení shrnout do jedné věty, tak platí, že všechny použité konstrukce včetně těch zděných musí dobře zajistit prostorovou tuhost budovy a spolupůsobit. Je vhodné mít v konstrukci určitou rezervu pro nadlimitní působení zejména klimatických účinků. Toho lze dosáhnout vyšším využitím zděných průřezů a úpravami konstrukce.

Další a podrobnější doporučení jsou uvedena v textu příspěvku a na připojených obrázcích. Celá problematika by si vyžádala podrobnější popis a rozbor. Lze ji doplnit podrobnějšími údaji a texty, které pro svůj rozsah nebyly pro tuto konferenci použity. Téma částečně navazuje na příspěvky o účincích tornáda na konferenci ČKAIT v září tohoto roku s názvem Statika staveb 2022 Plzeň. Propojení stěn a stropů bylo předmětem i příspěvků na konferenci Statika staveb 2022 Plzeň.

Literatura

1. Vejvara L.(2015) Zděné konstrukce 1, vydavatelství ZČU v Plzni, ISBN 978-80-261-0578-7
2. Norma ČSN EN 1996-1-1
3. Norma ČSN EN 1998-1
4. Podklady a sborníky konference ČKAIT – Statika staveb 2021 Plzeň a Statika staveb 2022 Plzeň
5. Vejvara L. (2021) Zděné konstrukce II, vydavatelství ZČU v Plzni