Zděné konstrukce a zastřešení

Dřevo a zdící prvky představují nejstarší stavební materiály. Oba byly a jsou užívány na nosné konstrukce staveb. Tento příspěvek ukazuje na spojení obou druhů těchto stavebních konstrukcí u zastřešení a jejich použití v současných podmínkách platných návrhových norem. Ukázány jsou také některé nedostatky v návrhu a provedení a stručně uvedena jsou doporučení pro návrh konstrukcí.

Úvodní informace o dřevěných konstrukcích působících na zdivo

U dnešních zděných staveb se setkáváme s dřevěnými nosnými konstrukcemi u stropů, střech, schodišť a různých doplńkových prvků, jako jsou pergoly, terasy, balkóny anebo římsy.

Zděné konstrukce

Zděné objekty sestávají ze vnitřních a obvodových stěn. Pro tyto stěny volíme vhodné technické a materiálové řešení.  Rozlišujeme převážně vnější stěny s tepelně izolační a nosnou funkcí a vnitřní nosné stěny, kde může přibýt i funkce akustická. Nejvíce užívané jsou stěny z běžného, tj. nevyztuženého zdiva.

Současně platné normy zahrnuté v souboru Eurokódu 6 platí pro navrhování konstrukcí pozemních a inženýrských staveb z nevyztuženého zdivo, tj. běžného zdiva ze zdících prvků a malty. Zahrnuje ustanovení pro navrhování konstrukcí pozemních a inženýrských staveb z vyztuženého, předpjatého a sevřeného zdiva.  Tyto postupy dřívější normy neobsahovaly.

Stěny podle spojení zdících prvků maltou rozdělujeme na dvě skupiny. Jedná se o stěny z broušených cihel a bloků na tenkovrstvou maltu a stěny z cihel a dalších zdících prvků na obyčejnou maltu.  Existuje zdivo spojované na pěnu nebo pro tzv. suché zdění, tyto postupy ale citované normy Eurokódu 6 zatím nezahrnují.

Podle postupů uvedených v Eurokódu 6 lze navrhovat zdivo z následujících šesti skupin zdících prvků:

• pálené zdící prvky
• vápenopískové cihly a bloky
• betonové cihly a tvárnice, a to s hutným nebo s pórovitým kamenivem
• pórobetonové tvárnice
• zdící prvky z umělého kamene
• pravidelné zdící prvky z přírodního kamene s vodorovnou ložnou spárou

Kompaktnost stěny a pilíře

Kompaktnost, čili jednolitost zdiva, je dána spojením zdících prvků. Obvyklým jejich spojením a spojením uvedeným v normě je maltování. Rozlišujeme spojení ve vodorovné – ložné spáře a spojení svislé mezi cihlami ve styčné spáře. Aby pilíř působil jako celek, musejí být oba typy spár promaltovány. Pak lze určitě uvažovat s jednotným momentem setrvačnosti celého průřezu. Zůstávají-li styčné spáry nepromaltovány, můžeme spoléhat jen na pevné zaklesnutí zazubení mez cihlami ve styčných sparách, funkční (tenkou) maltu mezi cihlami v ložných spárách přitíženou dostatečným tlakem shora a dostatečnou správnou převazbu cihel k roznesení zatížení vazbou cihel. Při nefunkčnosti uvedených předpokladů, nebude kompaktnost zdiva dostatečně fungovat. Proto je potřeba uvažovat pilíře s maltováním i styčných spár

Vnější stěny

Zdivo je dnes prvotně navrhováno a používáno jako jednovrstvé zdivo, tzn. zdivo se zdícími bloky na celou nosnou tloušťku stěny. Pro takové obvodové stěny používáme v současné době dva druhy zdících prvků.  Jedná se o bloky s cihlami jen pro nosnou funkci a s nutností doplnění tepelné izolace a o cihly a bloky se zároveň nosnou a tepelně izolační funkci. Oba druhy s liší užívanou tloušťkou zdících prvků. Zatímco první typ se pohybuje většinou v tloušťkách nosné vrstvy od 175 do 300 mm, druhý typ má celkovou tloušťku od 300 mm až 375 mm do 500 mm.

Veškeré zdící prvky pro vnější stěny je možno rozdělit na následující typy. Uveden je vždy příklad ze zdících prvků vyráběných v roce 2016.

Tab. 1 – Použití zdiva podle tloušťky na obvodové konstrukce vytápěných budov (autor – 2016)

Působení zastřešení na zděné stěny

Vliv zastřešení na zděnou konstrukci stavby je odvislý od sklonu a provedení vlastní nosné konstrukce střechy. Zásadně rozlišujeme, zda střešní konstrukci vytváří pevná a tuhá desková konstrukce, nosníková konstrukce ztužená deskou, krov anebo jen samostatná střešní vazníková konstrukce s lehkým podhledem.

Pevné deskové konstrukce typu železobetonových desek vytvářejí většinou dostatečné opření stěn v jejich hlavě a ztužení objektu ve vodorovné rovině v obou směrech. Stejnou funkci mohou mít i nosníkové stropy, ale musejí být spojeny s vodorovně tuhou stropní deskou. Naopak samotné vazby krovu nebo vazníky potřebnou vodorovnou tuhost bez dalších úprav nemají. Mohou v lepším případě propojovat hlavy protilehlých zdí anebo zajišťovat spojení zdivo – vazníky jen na základě tření v místě uložení vazníků.

Účinky od krovů

Staré tradiční krovové soustavy byly řešeny jako samostatné stabilní konstrukce, které dokázaly samostatně stát a zajistit svoji prostorovou tuhost bez vlivu zděné konstrukce. Soustavy hambalkových nebo vaznicových krovů vyvozovaly na zdivo především svislé reakce od váhy střechy. Prvky krovu jako vzpěry, kleštiny nebo táhla přenášely vodorovné síly v rámci krovu. Tímto nemusely zděné prvky přenášet výrazné vodorovné síly od krovu.

Dnešní hambalkové nebo vaznicové krovové soustavy využívají jako podpor zděné prvky, jako jsou štíty, pilíře, nadezdívky a stěny půdního prostoru. Soustavy vyvozují od zatížení vodorovné síly, které nejsou povětšinou plně zachycovány vodorovnými prvky krovu a přenášejí se do střešních nadezdívek a stěn. Doplňujeme proto kotvení pozednice ke stropní konstrukci nebo kotvení pozednice do věnců nadezdívky. Nutné je pak propojení těchto věnců se stropní konstrukcí tuhou ve vodorovné rovině

Pro dnešní podkroví je často požadováno provedení vyšší nadezdívky sloužící pro uložení pozednice krovu. Zdivo nadezdívky bývá ukončeno pozedním věncem, do něhož bývá svisle závitovými tyčemi kotvena pozednice. Toto řešení je vhodné pro velmi malé objekty a objekty, kde krov zahrnuje vaznice podporované sloupky nebo stěnami a zároveň vzdálenost mezi vaznicí a pozednicí je malá, nejlépe do 4 metrů. Pro krovy bez vnitřních podpor tvaru A nad 6 metrů šířky, však vzniká od působící vodorovné síly a momentu nebezpečí poškození zdiva jeho vykloněním směrem ven a vznik vodorovné spáry v patě zdiva. Vyšší nadezdívka vytváří větší moment působící na zdivo nadezdívky ve svislém směru. Je si třeba uvědomit, že návrhová hodnota vodorovné reakce od krovu v místě uložení pozednice může dosáhnout i 9 až 11 kN na metr délky pozednice. To je od každé krokve, které jsou od sebe 1 metr, přibližně 1 tuna.

Upozorňujeme proto na dostatečné dimenzování a propojení věnců pod pozednicemi krovu. Věnec musí přenést vodorovné síly od krovu a převést je jako vodorovné reakce do věnců příčných zdí nebo do tuhé stropní konstrukce. Proto navrhujeme propojovat věnce pod pozednicí a věnce v úrovni stropní konstrukce předpjatými táhly, ocelovými svislými válcovanými profily nebo železobetonovými pilířky ukrytými ve zdivu vetnutými do stropní konstrukce. Propojení lze zavázat přes kotevní profily nebo desky přímo do monolitické stropní konstrukce nebo na nosníky stropu. Stropní konstrukce musí přenést další vodorovnou a svislou sílu od krovu. Pro ztužení lze využít tvárnic s otvory dodávanými některými výrobci (například Betonové stavby Klatovy nebo Xella CZ). Tradičním řešením je šikmé táhlo mezi pozednicí a stropem, ale to většinou vadí v podkrovním prostoru.

Vodorovné síly od střešní konstrukce na pozednici vznikají dnes právě proto, že jsou často navrhovány a prováděny krovy bez úplné stolice. Stolice krovu dříve zahrnovaly spodní kleštiny a vzpěry nebo krovy obsahovaly zachycení pozednice šikmými ocelovými táhly do vazních trámů nebo stropních nosníků. Při dnes často užívané soustavě krovu, zahrnující neúplný hambalkový krov, je potřeba nahradit vazný trám, který původně plnil funkci vodorovného táhla, popsaným propojením pozednice do tuhé a únosné stropní konstrukce.

Vazníky

Použití vazníků na zdivu je výhodné, neboť vyvozují převážně pouze svislé síly od váhy střechy a sněhu. Vazníky ale pro svoji malou tuhost ve vodorovné rovině nemohou vytvořit dostatečnou opěru pro zhlaví zděné stěny.  Záleží na výšce a tloušťce stěny, aby tato byla dostatečně masivní a stabilní pro daný účel. Nebezpečí hrozí u vysokých zděných stěn a velkých rozpětí vazníků, kde narůstají účinky zatížení od větru stěny a na střechu.  Nežádoucí je velký průhyb vazníků vyvozující další vodorovné síly v uložení na zdivu.

Pro zatížení stěny je nejvhodnější umístění reakce od střešních konstrukcí do osy stěny nebo s minimální excentricitou od této osy. Používány jsou i uložení na stěnu s možností posunu.

Závěr

Pro správnou statickou funkci stavby je důležitá koordinace při návrhu střešní konstrukce a zděné konstrukce budovy. Zdivo musí přenést vodorovné účinky od střešní konstrukce a jeho provedení je potřeba tomu přizpůsobit a důsledně staticky prověřit. Jedná se zejména o vhodný materiál jeho tloušťku a zajištění potřebné tuhosti a únosnosti zdiva.

Předpokládáme, že celé problematice bude ještě věnován podrobnější článek.

Práce na příspěvku byla začleněna do programu SGS-2016.038 na ZČU v Plzni

Literatura a zdroje

[1] Zděné konstrukce I – Vydavatelství ZČU v Plzni, 2019, ISBN 978-80-261-0578-7
[2] ČSN EN 1996-1-1