Rekonstrukce balkónů a lodžií v bytových a panelových domech – vývoj, navrhování a realita

This contribution analyse problem of building constructions protruded to exterior, concretely protruded loggias of panel buildings, their division according to the way of their connection to the structural system, their typical breakdowns primarily caused by temperature strain, alternative possibilities of redevelopment with the limitation of the cause of breakdowns origin including the limitation of temperature strain.
 
1   Úvod
V příspěvku je rozebrána problematika do exteriéru vystupujících konstrukcí, konkrétně předsazených lodžií panelových domů, jejich rozdělení podle způsobu zapojení do konstrukčního systému stavby, jejich typické poruchy způsobené zejména vlivem teplotního namáhání, variantní možnosti sanace poruch s omezením příčin jejich vzniku včetně omezení teplotního namáhání. Varianty konstrukcí lodžií jsou ukázány na typech panelových soustav realizovaných v Ústeckém kraji.
 
2   Rozdělení typů předsazených lodžií dle zapojení do konstrukčního systému
a) Lodžie součástí vnitřní konstrukce stavby – vnitřní nosné stěny a stropní konstrukce probíhající z interiéru do exteriéru bez přerušení tepelného mostu.
b) Lodžie jako předsazená konstrukce s nedořešenou dilatací vnějších stěn s vnitřní konstrukcí, vyplněnou stykovým betonem, s probíhajícími stropními panely, kotvená věncovou výztuží.
c) Lodžie jako samostatná představená konstrukce založená na společných základech, dilatovaná od konstrukce objektu, kotvená k objektu kotevními prvky různé tuhosti.
 
3   Vývoj typů předsazených lodžií  u panelových stavebních soustav v Ústeckém kraji
V regionu bývalého Severočeského kraje se předsazené lodžie vyskytují u konstrukční soustavy T 06 B a T 08 B. V případě soustavy T 06 B jsou to lodžie na věžových domech nejstarších typů objektů od roku 1966 do roku asi 1973. Stěnové i stropní lodžiové panely procházejí z vnitřního prostoru do vnějšího prostředí zcela bez přerušení tepelného mostu a bez dilatace. Zmenšení tepelného mostu u stěnových panelů je řešeno příložkami umístěnými podélně s nosnými stěnami osazenými od obvodové stěny buď do interiéru nebo exteriéru – typ a ).
U řadových objektů T 06 B byly realizovány předsazené hospodářské lodžie na schodištích s probíhajícími stropními panely mezipodest. Nosné stěny jsou stykovány v úrovni obvodového pláště – přesazené svislé styky jsou vyplněny stykovou maltou – nefunkční styk i nefunkční dilatace, bez přerušení tepelného mostu – typ b).
U všech vývojových variant stavební soustavy T 08 B jsou lodžie koncipovány jako samostatná konstrukce představená vně obvodového pláště – typ c). U nejstarších objektů (1968-1973) jsou do vodorovných spár ve stropní desce nad hlavami vnitřních stěnových panelů osazeny ocelové konzoly. Tyto konzoly, sloužící současně k osazení obvodových dílců, jsou prodlouženy až do vodorovného styku lodžií a slouží k jejich přikotvení k objektu. Lodžie probíhají bez dilatací po celé délce řadového objektu (až 54 m). Je překročena limitní hodnota délky dilatačního úseku tepelně nechráněné konstrukce.
V letech 1973-1975 byla zpracována upravená varianta soustavy T 08 BU. Koncepce lodžií byla částečně změněna. Lodžie jsou kotveny k ocelovým konzolám nesoucím obvodové dílce. Konzoly jsou dvoudílné, umožňující částečný svislý posuv vlivem tepelných objemových změn. Současně byl omezen počet lodžií vedle sebe na dvě u řadových objektů a čtyři u domů věžových pro omezení vlivu objemových změn ve vodorovném směru.
V roce 1978 byl upravený typový podklad přepracován a do soustavy T 08 B – 78 byl zaveden celostěnový zavěšený obvodový plášť. Ocelové kotevní prvky již nepřenášejí tíhu obvodového pláště, slouží pouze ke kotvení lodžií k objektu. Jejich tuhost byla dále snížena.
 
4   Typické poruchy nosných konstrukcí předsazených lodžií a navazujících konstrukcí
Poruchy styků a dílců v exteriéru – důsledkem cyklického působení dilatačních změn účinky teploty a vlhkosti dochází k cyklicky rozvíjejícím se poruchám, drcení, posunům v ložných spárách a rozevírání styků mezi čely stropních dílců. Kotevní ocelové konzoly u staré T 08 B jsou příliš tuhé jak ve svislém, tak i ve vodorovném směru. Brání volné teplotní dilataci, která by při extrémních rozdílech teploty mohla u dlouhých řadových objektů činit až ±12 mm. Tyto pohyby jsou omezeny tuhostí konzol za vzniku nadměrného namáhání v dílcích a stycích. Dalšími příčinami, které urychlují porušování konstrukce, jsou montážní a výrobní vady – malá délka uložení (geometrická nepřesnost montáže), nekvalitní zálivka styků, nezalití dutin stropních dílců v oblasti vodorovných styků, nedostatečné příčné vyztužení zhlaví stěnových dílců, v kombinaci s typickými poruchami železobetonu způsobenými vlivy vnějšího prostředí (při malém krytí výztuže, nízké hutnosti betonu).
Poruchy svislých styků a dílců v interiéru – zejména u typu a ) – vlivem velkých teplotních rozdílů mezi vnějšímu prostředí vystavenou částí stěny a stěnou v interiéru se výrazné poruchy vyskytují u prvních a většinou i dalších styků v interiéru a u nadpraží dveřních otvorů v blízkosti obvodového pláště.
Poruchy vodorovných styků v interiéru – u T 08 B – drcení zhlaví stěn a rozvírání ložné spáry stropních dílců vlivem pootáčení ve styku zabudovaných tuhých ocelových konzol připojujících lodžie (projevuje se často i v exteriéru).
 
5   Všeobecné poruchy železobetonových konstrukcí
Na trvanlivost vyztužených betonových konstrukcí má velký vliv koroze výztuže, neboť snižuje soudržnost, nepříznivě působí na okolní beton a oslabuje vlastní průřez výztuže. V zásaditém prostředí mladého betonu s pH cca 12,6 je výztuž proti korozi chráněna (pasivována). Při korozi ocelové výztuže probíhá elektromechanická reakce v elektrolytickém prostředí vlhkého betonu. Aby mohla koroze probíhat, musí být splněny naráz všechny následující předpoklady: pasivace povrchu oceli musí být narušena neutralizací betonu vlivem průniku CO2 do povrchu betonu (karbonatací betonu), k oceli musí mít přístup kyslík (vliv mikrotrhlin, porézní beton), beton musí být dostatečně vlhký.
Při karbonataci betonu se postupně od povrchu betonu působením CO2 a vlhkosti mění zásaditý hydroxid vápenatý Ca(OH)2 na uhličitan vápenatý CaCO3 a původní pH 12,6 se snižuje až na pH 7. Když tloušťka karbonatované vrstvy dosáhne výztuže a pH klesne pod hodnotu pH 9,3, nastává ztráta pasivace a jsou vytvořeny podmínky pro korozi výztuže.
V průběhu koroze oceli zvětšují korozní produkty svůj objem zhruba 2,6 krát. Tím dochází k tvorbě trhlin, slabá krycí vrstva se odlupuje a korozní jevy se dále urychlují.
 
6   Ostatní poruchy lodžií
Ostatní poruchy lodžií vznikají v závislosti na konstrukčním řešení stropních dílců a zábradlí – ztráta celistvosti dutinových dílců v příčném směru, rozpad betonu, koroze nosné výztuže, poruchy dané nedostatečnou únosností dílců či přetížením, degradace podlah, zatékání do konstrukce a interiéru, koroze a poruchy zábradlí.
Poruchy dílců lodžií se prakticky nevyhýbají žádné konstrukční soustavě, starší i novější, a jsou většinou zapříčiněny chybami v konstrukčním řešení, výrobními či montážními vadami, podceněním účinků vnějšího prostředí.
Několik příkladů:
• Chybně uložená nosná výztuž stropního dílce lodžie T 08 B – 78 byla důvodem výrazného snížení únosnosti dílce, které se projevilo vznikem množství trhlin od přetížení. Při opravě bylo nutno zesílit dílce na požadovanou únosnost nalepením dodatečné lamelové výztuže z uhlíkového laminátu.
• U železobetonových stropních lodžiových dílců soustavy T 08 BU se dvěma nosnými obvodovými žebry a mezi nimi pnutou deskou dochází v místech nevhodného zapuštění sloupků zábradlí do vnějšího nosného žebra k masivnímu zatékání vody k nosné výztuži, ke korozi výztuže a značnému oslabení únosnosti dílce.
• U dutinových stropních lodžiových dílců T 08 B je častou poruchou oslabení krajní výztuže, poruchy přepážek (žeber) mezi dutinami, rozpad betonu urychlený zatékáním vody do dutin opět způsobený nevhodným zapuštěním sloupků zábradlí do krajní dutiny dílce. Tyto poruchy je možno řešit pomocí zesilující výztuže a betonáží. Nosnou výztuž vážně oslabenou korozí je nutno před provedením reprofilace betonu zesílit či nahradit.
Na předsazených typech lodžií se často vyskytují poruchy nosných stěn v uložení stropních dílců, které je možno řešit kromě oprav betonu i dodatečným podepřením dílců.
Vadami a poruchami konstrukcí zajišťujících ochranu nosných konstrukcí proti vlivům prostředí způsobujícím rozvoj poruch jsou například:
• chybějící nebo zkorodované oplechování okapní hrany lodžií a balkónů
• poruchy hydroizolační funkce podlah lodžií a balkónů
• nedostatečný odvod srážkové vody z vodorovných dílců lodžií a balkónů
 
7   Opravy poruch železobetonových konstrukcí
Důležitou součástí správně navržené a provedené opravy lodžiových a balkónových konstrukcí musejí vždy být opatření pro ochranu konstrukce proti všem možným vlivům prostředí, které v maximální míře přispějí k prodloužení životnosti konstrukce bez nutnosti dalších oprav, tj. ochrana proti vodě, škodlivým plynům a pokud možno i výkyvům teploty.
Sanační zásah musí kromě znovuuvedení konstrukce do plné nosné funkce zabránit působení rozhodujících vlivů způsobujících korozi betonu a výztuže:
• Obnaženou výztuž je nutno chránit proti přístupu kyslíku sanačním ochranným povlakem.
• Poškozený a neutralizovaný beton v okolí korodující výztuže nahradit kvalitním sanačním materiálem.
• Zabránit průniku CO2, kyslíku a vody hydrofobizací povrchové vrstvy betonu a opatřit povrch sanačním ochranným povlakem s velkým difúzním odporem proti průniku CO2 a malým odporem proti průniku vodní páry.
• Snížit teplotní namáhání povrchu betonové konstrukce zateplovacím obkladem, který může plnit i předchozí funkci.
 
8   Možnosti sanace typických poruch předsazených lodžií a odstranění příčin jejich vzniku
Spolehlivým a teoreticky správným řešením je pouze úplná rekonstrukce předsazených lodžií, spočívající v demontáži stávající konstrukce a v provedení konstrukce zcela nové s respektováním všech silových a deformačních účinků – například nové samostatné konstrukce kluzně kotvené k objektu nebo provedením nových samostatných balkónů pevně spojených s objektem.
Toto řešení nelze většinou zvolit jak z finančních, tak i z provozních důvodů. U předsazených lodžií typu a) a u ostatních z interiéru do exteriéru přímo probíhajících konstrukcí je to prakticky nemožné.
Nabízejí se i kompromisní způsoby sanace. Rozdělení dlouhých řadových lodžií T 08 B na několik dilatačních úseků demontováním lodžiových stropních panelů ve vybraných modulech a provedením nových kluzně uložených stropních desek nebo k objektu zavěšených balkónů. I toto řešení je finančně a technicky náročnější a nelze ho obvykle realizovat.
Další možností je opatření svislých stěn lodžií tepelnou izolací pro omezení vlivu teplotního namáhání ve svislém směru. Omezení namáhání ve vodorovném směru není možné vzhledem k technickým problémům při tepelné izolaci stropních desek (výška podlah a nadpraží oken).
Pokud bude při opravě předsazených lodžií provedena pouze sanace poruch železobetonu bez omezení vlivu teplotní dilatace, je prokázáno, že provedené opravy budou mít pouze několikaletou životnost.
V praxi autoři vyzkoušeli a aplikují kompromisní variantu sanace. V rámci sanace je řešena reprofilace narušeného betonu nosných stěn a stropních dílců s eventuálním zesílením výztuže, reprofilace narušeného betonu ložných styků, reprofilace narušeného stykového betonu mezi čely stropních dílců včetně náhrady zkorodované spojovací výztuže, zvětšení uložení stropních dílců. Následně jsou svislé vystupující konstrukce opatřeny tepelně izolačním obkladem dle výpočtu optimalizované tloušťky (většinou nejméně 40 mm pěnového polystyrénu). Tím se docílí vyloučení přímého působení srážkové vody a teplotních šoků na konstrukci. Současně díky tepelným ztrátám původními tepelnými mosty dochází k příznivějšímu rozdělení teploty v konstrukci v letním a zimním období, a tím i ke snížení teplotního namáhání a k prodloužení životnosti konstrukce.
 
9   Závěr
Při sanaci a zateplování panelového domu je nutno kromě tepelně technické problematiky řešit i statiku obalových a do exteriéru vystupujících konstrukcí, hodnotit a sanovat (eliminovat) i vliv projektových, výrobních a montážních vad, chemických a vlhkostních vlivů vnějšího prostředí.
Pro řešení sanace je nutno poznat příčiny vzniku poruch a přitom zkoumat vzájemné zapojení obalových a vystupujících konstrukcí do nosné konstrukce.
Je možno hledat nejen radikální (teoreticky správná řešení), ale také kompromisní řešení prodlužující životnost konstrukce za nedostatku finančních prostředků při zachování stejné užitné hodnoty objektu.
 
10   Literatura
[1] Typové podklady stavebních soustav T 06 B, T 08 B, severočeská KMV
[2] Projekty sanací bytových panelových domů, Termo+ s.r.o., 1999 – 2006