KOMBINOVANÉ KONSTRUKCE ZE DŘEVA, OCELI A BETONU

Petr Kuklík, Anna Kuklíková

Na celém světě se v současnosti podrobně analyzují možnosti ve větší míře realizovat kombinované konstrukce, které by fungovaly na principu optimálního spolupůsobení různých materiálů.

Řešení spojů dřevěných konstrukcí pomocí ocelových spojovacích prostředků a různých ocelových prvků je dnes již běžnou záležitostí. Méně běžná je kombinace dřeva s betonem, která však v současnosti nachází vhodné uplatnění u různých stavebních konstrukcí.

MODERNÍ SPOJE

Řešení spojů konstrukčních prvků je v oboru dřevěných konstrukcí jednou z nejsložitějších úloh. Klíčovým problémem je nejen jejich únosnost, ale též estetické hledisko, náročnost a náklady na jejich provedení. Vedle klasických spojovacích prostředků tzv. kolíkového typu - hřebíky, sponky, svorníky, kolíky a vruty se stále více používají i další spojovací prostředky, jako např. ocelové desky s prolisovanými trny. Ocelové desky s prolisovanými trny byly původně vyvinuty za účelem prefabrikace příhradových nosníků ze dřeva. V současnosti se však používají i na provedení tzv. trámových roštů, (obr. 1), které často nahrazují dražší prvky z lepeného lamelového dřeva.

Konstrukce s ocelovými deskami s prolisovanými trny se hodí na všechny možné druhy zastřešení (obr. 2).

Snaha po snížení pracnosti v oboru dřevěných konstrukcí vede též k tomu, že místo klasických tesařských spojů se stále více používají různé tenkostěnné ocelové úchytky. Únosnost těchto úchytek v kombinaci se dřevem je velmi vysoká. Kombinace dřeva s ocelí nebyly ani v minulosti žádnou zvláštností. Kombinace dřeva s betonem však donedávna byla chápána spíš rozpačitě až odmítavě. Přesto se i u nás podařilo zrealizovat výjimečně konstrukce, jako je např. sportovní hala TJ Olymp v Praze - (obr. 3). Tato hala o rozpětí 50 m má vetknuté železobetonové stojky, ke kterým jsou speciálními kotvami připojeny příčle z lepeného lamelového dřeva. V místě uložení jsou pak dřevěné příčle zpevněny vlepenými ocelovými tyčemi.

SPŘAŽENÉ DŘEVOBETONOVÉ STROPY

Vhodnou kombinací dřeva a betonu jsou spřažené dřevobetonové stropy - (obr. 4). Spřažené dřevobetonové stropy mohou být použity jak v případě starých, tak i nových budov s dřevěnými stropními nosníky. Provedením betonové desky, kterou spřáhneme s dřevěnými nosníky pomocí různých spojovacích prostředků, zvýšíme výrazně jak únosnost, tak tuhost stropní konstrukce. Spřažená dřevobetonová stropní konstrukce má též lepší parametry kročejové a vzduchové neprůzvučnosti a požární odolnosti oproti tradičním dřevěným stropům.

Na únosnost a tuhost spřaženého dřevobetonového stropu má vliv jeho geometrie, beton, spojovací prostředky a dřevo.

Vliv geometrie

Únosnost a tuhost každého spřaženého dřevobetonového stropu je závislá na rozměrech dřevěného nosníku a betonové desky. Z rozměrů těchto konstrukčních prvků též vyplývá poměr, jakým se dřevo a beton podílejí na účinném průřezu spřaženého stropu. V případě velmi tenké betonové desky a velkého průřezu dřevěného nosníku, nebo naopak tlusté betonové desky a malého průřezu dřevěného nosníku není vzájemné spolupůsobení obou konstrukčních prvků efektivní.

Vliv betonu

Na spřažené dřevobetonové stropy jsou vhodné “běžné” betony vyztužené pouze do té míry, aby se předešlo trhlinám od smršťování betonu a od ohybu betonové desky napříč dřevěných nosníků. Výztuž neovlivňuje významně parametry pevnosti a tuhosti betonu z toho důvodu, že se většinou umisťuje do středu tloušťky betonové desky.

Celková tuhost spřaženého dřevobetonového stropu je hlavně závislá na účinnosti spřažení betonu a dřeva a na ohybové tuhosti dřevěného nosníku. Z tohoto důvodu má zvyšování pevnosti betonu v tahu malý vliv na únosnost spřaženého dřevobetonového stropu.

Zvýšíme-li pevnost betonu v tahu např. na dvojnásobek, zvýší se únosnost spřaženého dřevobetonového stropu cca o 5 %.

Vliv spojovacích prostředků

Vliv spojovacích prostředků je určitou měrou ovlivněn rozpětím. Při malých rozpětích je téměř nemožné dosáhnout vysokého spolupůsobení dřeva a betonu bez ohledu na použití tuhých spojovacích prostředků rozmístěných na malé rozteče. Na druhou stranu bude relativně jednoduché dosáhnout vysokého spolupůsobení dřeva a betonu při větších rozpětích s menší potřebou použití tuhých spojovacích prostředků.

Vliv dřeva

Pevnostní a tuhostní parametry dřevěného nosníku jsou nejdůležitějšími faktory, které ovlivňují únosnost a tuhost spřaženého dřevobetonového stropu. Dřevo se totiž vyznačuje vysokou variabilitou svých vlastností v porovnání s betonem a dále je únosnost spřaženého nosníku ve většině případů limitována pevností dřeva v ohybu, nebo v ojedinělých případech ve smyku.

Doporučení

- Spřažené dřevobetonové stropní konstrukce by neměly být používány v prostorách, kde je vysoká vlhkost vzduchu anebo vysoká teplota.

- Nemělo by se na ně používat dřevo napadené dřevokaznými houbami a též dřevo se dření a s vysokou vlhkostí.

- U dřeva by měla být též zvýšená pozornost věnována již existujícím i potenciálně možným výsušným trhlinám. V místech existujících či předpokládaných výsušných trhlin by neměly být umísťovány spojovací prostředky.

- Ocelové spojovací prostředky by měly mít protikorozní povrchovou úpravu.

- Zvýšená pozornost by měla být věnována vyztužení tlustých betonových desek, aby se předešlo ztrátě tuhosti spřaženého průřezu v důsledku trhlin v tažené oblasti betonové desky.

- Při betonování desky by mělo být dřevo chráněno před vodou z betonové směsi např. použitím vodotěsné fólie nebo použitím betonu s nižším vodním součinitelem (bude menší smršťování betonu). Tento požadavek je vhodné zajistit především z estetického hlediska.

- Pozor též na dřeviny, které mohou zpomalovat tuhnutí betonu s ohledem na vyšší obsah cukrů v dřevní hmotě.

- S rostoucím rozpětím nosníků by měla být dána přednost měkčím spojovacím prostředkům.

- Když je to možné, betonová deska by měla být spíše používána především za účelem snížení průhybu stropní konstrukce než za účelem snížení napětí ve dřevěných nosnících.

ZÁVĚR

Rozvoj problematiky spřažených dřevobetonových stropů má velký význam především s ohledem na širší uplatnění dřeva v bytové výstavbě, a to zejména při realizaci vícepodlažních dřevostaveb.

Tento článek vznikl za podpory výzkumného záměru ČVUT JN MSM 210000001 “Funkční způsobilost a optimalizace stavebních konstrukcí”.

Adresa autorů:
Doc. Ing. Petr Kuklík, CSc.;
Ing. Anna Kuklíková
Stavební fakulta ČVUT v Praze
Thákurova 7, 166 29 Praha 6