Možnosti uplatnenia dreva pri vyšších budovách
Donedávna sa drevo uplatňovalo iba pri nižších budovách. Skúšobňa AV ČR v Prahe testovala špeciálny drevený poschodový rám a výsledky potom využila pri vývoji nových riešení konštrukčných systémov. Výsledkom je poschodový rám pripravený na aplikáciu pri šesťpodlažnej budove.
Jednotlivé fázy a výsledky skúšok
Svorníky prechádzajú otvorom v oceľovej spojke a vývrtmi v drevených prvkoch. Možno preto očakávať, že vo väzbe medzi spojkou a priečkou, resp. medzi spojkou a stĺpom, nastane deformácia spôsobená zakrivením drieku svorníka a otlačením steny vývrtu. Deformácia takto upraveného rámu povedie k odchýlkam v statickom pôsobení na monoliticky pôsobiaci rám.
V dôsledku zvislého posuvu konca spojky k priečke, resp. vodorovného posuvu konca spojky k stĺpu pri prenášaní sily P, sa zníži tuhosť rámovej konštrukcie. Ak monolitická zostava vykazuje pri danom zaťažení deformáciu ξ a zostava priečka + spojka + stĺp deformáciu ξ + ∆ξ, možno tento efekt zaviesť do výpočtu zmenšením momentu zotrvačnosti prierezu priečky, resp. stĺpa, súčiniteľom
ψ = ξ/ξ + ∆ξ
V prvej fáze sa skúšali tri prvky so svorníkovými spojmi. Voľný koniec priečky sa postupne zaťažoval zvislou silou v hodnotách 200, 400, 600, 400, 200, 400 kg (atď.) v asi dvojminútových intervaloch v bodoch LVDT3, LVDT2, LVDT1. V päte stojky sa potom zaznamenali posuvy uvedené pre prvok č. 1., resp. 2, resp. 3, a to podľa vzťahu ξ3 = LVDT3 – (LVDT1 – MH) 192/158.
Podobne sa postupovalo v druhej fáze skúšky, kde sa po odstránení svorníkov a zlepení zaťažovali prvky použité v prvej fáze a zaznamenali sa priebehy priečok pri vzorkách 1 až 3 a 4 až 6.
Zaťažovanie vzorky č. 6 až do jej porušenia ukázalo medzné zaťaženie voľného konca priečky 3 400 kg, čo je približne dvojnásobok pracovného zaťaženia kúta rámu pri jeho predpokladanom uplatnení vo výstavbe.
Porušenie spoja sa iniciovalo stratou stability oceľovej spojky – deformáciou v tlačenej oblasti pri líci stĺpa.
Rozobratie vzorky potvrdilo nedokonalé zlepenie dreva s oceľou práve v oblasti zdeformovanej oceľovej spojky (v dolnej oblasti priečky pri stĺpe). Svedčilo o tom, že v prípade dokonalého zlepenia by bola hodnota medzného zaťaženia voľného konca priečky väčšia ako 3 400 kg.
Zaťažovanie vzorky č. 6 až do kolapsu sa robilo pomocou 10-tonového hevera, umiestneného o 155 mm bližšie smerom k stĺpu. Zaťažovanie potvrdilo fungovanie styčníka poschodového rámu na báze dreva pri spájaní lepením i pomocou svorníkov. Fungovanie bolo zrejmé z pružného správania pri stupňovaní a opakovaní zaťažení a z podobnosti výsledkov pri rovnako realizovaných vzorkách.
Svorníkové prvky vykazujú v porovnaní s lepenými asi 80 % tuhosti, hľadaný súčiniteľ je teda ψ = 0,8.
Zníženie tuhosti svorníkového spoja je vyvolané najmä tým, že v oblasti oceľovej spojky pôsobí iba polovica drevenej priečky i stĺpa, pretože pri preplátovaní nepokračuje druhá polovica prierezu. Iba v menšej miere je pokles tuhosti spôsobený eventuálnou deformáciou svorníkov a otlačením stien otvorov pre svorník. Tieto deformácie sa po rozobratí vzoriek nezaznamenali.
Ďalším argumentom za tvrdenie, že tuhosť svorníkového spoja je ovplyvnená predovšetkým nefunkčnosťou jednej polovice prierezu priečky a stĺpa v oblasti oceľovej spojky, je zväčšenie tuhosti (na 93 % tuhosti monolitickej konštrukcie) pri zavedení funkčnosti celého prierezu stĺpa a priečky do výpočtu. Toto zistenie zároveň ukazuje cestu, ako skvalitniť svorníkový spoj – pridať svorník pod voľnú škáru medzi priečky a stĺp.
Skúsenosti zo skúšok
Pri skúšaní tuhosti a únosnosti styčníka sa ukázalo, že najslabším miestom styku je oblasť, kde vzniká voľná škára medzi priečkou a stĺpom. Spojka je tu nedostatočne zovretá (vystužená) voľným koncom pripájaného prvku, a preto dochádza k vybočeniu jej tlačeného okraja. Tento nedostatok možno odstrániť úpravou spomenutou hore. Skúška ďalej ukázala, že medzi svorníkovým a lepeným spojom nie je z hľadiska tuhosti rozdiel, tuhosť je v oboch prípadoch porovnateľná s monolitickou realizáciou styku, t. j. deformácia svorníkov je zanedbateľná (ψ = 1,0).
Tento poznatok potvrdil aj podrobný výpočet styku. Pri prechode na lepené vzorky vznikli problémy s vlepovaním spojok do vybratia v priečkach a stĺpoch. Problém odpadol pri prechode na výrobu zdvojených prvkov zásadne z dvoch rovnako širokých častí. Ukázalo sa, že tento postup značne uľahčí lepenie, a pritom nijako neovplyvní statické pôsobenie styku.
Preto sa naďalej počíta s výrobou stĺpových prvkov z polostĺpov (1), ku ktorým sa pred pripojením druhých polovíc (2) prilepia alebo pomocou svorníkov pripoja oceľové spojky (3). V tomto stave sa v dĺžke niekoľkých podlaží dopravia na stavenisko a osadia sa do základov. Potom sa k nim pripoja polopriečky (4) a nakoniec druhé časti priečok (5), čím sa rám skompletizuje.
Záver
Použitie oceľovej spojky otvára možnosti uplatnenia dreva aj pri vyšších budovách, čo bolo doteraz vyhradené len pre betón a oceľ. Na riešenie bolo vydané osvedčenie ÚPV a prebieha patentové konanie. V súčasnosti sa poschodový rám pripravuje na aplikáciu pri šesťpodlažnej obytnej budove.
prof. Ing. Václav Rojík, DrSc.
Foto: Bondora
Obrázok: autor
Autor založil na Stavebnej fakulte ČVUT v Prahe disciplínu konštrukčné systémy budov a zaviedol tu metódy kvantitatívnej analýzy z hľadiska statiky a stavebnej fyziky. Venuje sa rekonštrukcii stropov a stĺpov pomocou podopretia a v súčasnosti aj uplatneniu drevených konštrukcií pri viacpodlažných budovách. Je súdnym znalcom a autorizovaným inšpektorom.
Článok bol uverejnený v časopise Stavebné materiály.
