Nosné konštrukcie priemyselných stavieb

Špecifiká priemyselných stavieb

Ide o tieto druhy konštrukcií:

• samostatné založenie technologických celkov – vlastná technologická konštrukcia nie je stavebným objektom a vyžaduje si iba samostatný základ (potrubné mosty, silá, základy strojov a zariadení);
• samostatné, technologické, podzemné alebo čiastočne v zemi zapustené objekty, v ktorých sa nevyužíva prefabrikácia (podzemné nádrže, nádrže, nádržové dvory);
• stavby na rozhraní dopravných a pozemných stavieb (výsypky pod železničnou vlečkou v rámci priemyselného areálu);
• železobetónové halové objekty;
• viacpodlažné objekty, ktoré tvoria podpornú konštrukciu pre technológie.

Zakladanie priemyselných objektov

Pri väčšine priemyselných objektov ide o veľké statické, prípadne i dynamické zaťaženia, ktoré treba z vrchnej stavby preniesť do podložia. Rovnako ako pri bežných pozemných stavbách aj v týchto prípadoch sa  tento účel používajú plošné i pilótové základy.

Okrem základnej požiadavky na únosnosť základových konštrukcií treba dodržať aj veľkosť predpísaného výsledného sadnutia. Tá vychádza z technologických požiadaviek, napr. z dôvodu kompenzácií potrubí, nadväzností strojnotechnologických zariadení a pod. Z toho dôvodu musí byť súčasťou návrhu založenia i statikom predpísaný spôsob vnášaného zaťaženia. V sporných prípadoch alebo tam, kde by mohlo dôjsť k výrazným škodám na technologickom zariadení v dôsledku väčšieho sadania, je súčasťou projektovej dokumentácie aj predpísané meranie sadania.

Príklad z praxe

Išlo o návrh založenia veľkoobjemového obilného sila s maximálnou možnou náplňou 8 000 t obilia. Vlastná oceľová plášťová konštrukcia sila (hmotnosť približne 80 t) je technologickou dodávkou. Sústavu tvoria štyri silá, ktoré sú vzájomne prepojené dopravníkmi obilia (obr. 1). Vzhľadom na automatické napĺňanie a vyprázdňovanie síl pomocou dopravníkov, technológ predpísal maximálne rozdielne sadnutie dvoch susedných síl 10 mm. Základ pre každé silo tvorila železobetónová konštrukcia – železobetónová doska hrubá 600 mm s nabetónovanými prevzdušňovacími kanálmi v ďalšej betónovej konštrukcii hrubej 400 mm. Doska bola podporená sústavou veľkopriemerových pilót s priemerom 900 a 1 200 mm (obr. 2).

Základové pomery boli zložité. Do hĺbky 4 m tvorili základovú pôdu neuľahnuté navážky, do 6 m sa vyskytovali výsypky tvorené ílmi s úlomkami ílovca, uhlia a uhľového prachu s prímesou škvary a s únosnosťou len 120 až 150 kPa. Pod výsypkami boli dvoj- až trojmetrové vrstvy spraší. Približne v hĺbke 10 m sa začínali únosné vrstvy piesčitých až kamenitých štrkov, do ktorých sa pilóty, navrhnuté na celkové sadanie 20 mm, votkli. Súčasťou návrhu pilót bol predpísaný spôsob plnenia síl po približne 25 % objemu s mesačnou prestávkou, za súčasného merania sadania.

Na každom sile sa osadili značky, ktoré sa geodeticky zameriavali z pevných bodov mimo sila. Výsledky meraní boli priaznivejšie ako výpočtové predpoklady. Celkové sadnutie sila bolo 10 mm a rozdielne sadnutie dvoch susedných síl bolo maximálne 5 mm.

V prípade založenia stavebných objektov, ktoré tvorí iba zastrešenie strojového vybavenia bez špeciálnych statických nárokov, je snaha o rýchly spôsob realizácie spodnej stavby. Stavebný objekt sa zakladá súčasne so založením technológií, vlastná montáž vrchnej stavby prebieha v prípade veľkorozmerných strojov a zariadení až po ich osadení.

Pri železobetónových montovaných skeletoch sa využíva najmä pilótové založenie s vŕtanými kalichmi, do ktorých sa osadzujú montované stĺpy. Pri vŕtaných kalichoch odpadá výkop a ich vonkajšie debnenie. Požadovanú únosnosť pláne pod podlahou haly mimo kalichov možno dosiahnuť pomocou vápennej alebo cementovej stabilizácie.

Plošne zakladané nádržové dvory a havarijné nádrže, ktoré sú dimenzované napr. na havarijné plnenia, odstávky zariadení s vypúšťaním a pod., si vyžadujú použitie špeciálnych betónov a vystužení. Ide o konštrukcie vystavené nielen agresívnemu (podľa účelu špecifikovaného technológom), ale často aj vonkajšiemu prostrediu. Statický návrh týchto konštrukcií sa počíta na medznú šírku trhlín prierezu, ktoré nevznikli v dôsledku zaťaženia, ale zmrašťovania a objemových zmien. Statik musí predpísať i kvalitu betónu.

V súčasnosti sa pri návrhu vychádza z normy STN EN 206-1 Betón – špecifikácie, vlastnosti, výroba a zhoda. Minimálna trieda betónu pre tieto konštrukcie je C 30/37, pri vysoko agresívnom chemickom prostredí dokonca C 35/45. Konštrukcie vystavené striedavému pôsobeniu mrazu (vonkajšie konštrukcie) podľa nasýtenia vodou a obsahu rozmrazovacích prostriedkov sa v chemicky agresívnom prostredí XA2-XA3 navrhujú v stupni XF1-XF4. Korózia vplyvom karbonatácie je špecifikovaná stupňami XC1-XC4. Ďalšou požiadavkou je odolnosť proti priesaku vody (súvisí s návrhom šírky trhlín a krytia). Pri masívnych konštrukciách treba betón dôkladne ošetrovať (zakrývať, kropiť), aby z dôvodu veľkého vývinu hydratačného tepla nedošlo k jeho zmrašteniu.

Stavebné konštrukcie s veľkým alebo pohyblivým zaťažením

Ide napr. o konštrukcie zaťažované ťažkými nákladnými vozidlami alebo železničnou vlečkou mimo komunikácie, v rámci priemyselného areálu. Na transport materiálu z nákladného vlaku na ďalšie spracovanie slúžia výsypky, na ktoré vlak vchádza, a spodným dopravníkom sa materiál ďalej dopravuje mimo vlaku. Zaťaženie vyvodené na konštrukcii výsypky, ktorá je zaťažovaná dopravou, sa stanovuje podľa modelu SW/0 – 99,48 kN/m koľaje pri rýchlosti do 40 km/h v súlade s STN P ENV 1991-3 Zaťaženie mostov dopravou. Stavebná nadväznosť koľajového zvršku na výsypku sa musí riešiť dilatáciou, pričom aj v tomto prípade treba zabezpečiť rovnaké sadanie oboch častí (obr. 3 a 4).

Pre konštrukcie zaťažované cestnou dopravou (napr. otvorený tunel krytý pororoštami alebo podzemný tunel pod komunikáciou) sa podľa požiadaviek technológa uvažuje zaťaženie vozidlom s predpísanou celkovou hmotnosťou, napr. 60 t. Nápravové sily sú v tomto prípade 4 × 100 kN a náhradné rovnomerné zaťaženie je 28,57 kN/m².

Halové objekty

Nosné konštrukcie halových objektov vychádzajú z optimálnej voľby medzi požiadavkami na zaťaženie, požiarnu odolnosť, rozpätie a rýchlosť montáže. Železobetónové skelety sa uplatňujú najmä do rozpätia 24 m (železobetónové väzníky) až 30 m (predpäté betónové väzníky). Väzníky spravidla neumožňujú veľké priťaženia podvesnými žeriavmi.

To znamená, že v prípade požiadavky sa žeriavová dráha osadzuje na konzoly stĺpov. Betónové konštrukcie halových objektov sa väčšinou využívajú tam, kde sú zvýšené požiadavky na požiarnu odolnosť konštrukcie (viac ako 30 minút). Častou požiadavkou pri týchto stavbách sú vstavby s obslužnými schodiskami alebo plošinami, ktoré nie sú súčasťou ťažkej betónovej montáže.

V tomto prípade musí projektant zapracovať do jednotlivých prefabrikátov kotevné prvky, alebo predpísať miesta dodatočného kotvenia pomocou chemických kotiev. Všeobecne možno konštatovať, že pri stĺpoch sa dá vŕtať vo vnútornej tretine šírky stĺpa, po celej výške. Neodporúča sa vŕtať pozdĺž hrán stĺpov v šírke 1/3 rozmeru, po celej výške. Pri nepredpätých tyčových prvkoch možno vŕtať po celej hornej ploche, na bočných plochách iba v hornej polovici výšky a v dĺžke vnútornej tretiny dĺžky prvku. Nemožno vŕtať v ťahanej oblasti pri spodnom povrchu prvku, v celej dĺžke prvku a v bočných hranách vo vzdialenosti 1/3 od podpory (obr. 5).

Viacpodlažné objekty

V prípade technologických stavieb nejde o klasické domy, ale o plošiny a platformy usporiadané v niekoľkých výškových úrovniach nad sebou. Tieto konštrukcie sa navrhujú ako oceľové. Objekty môžu byť opláštené alebo bez opláštenia, vystavené vonkajšiemu prostrediu. Konštrukčné riešenie podlieha technologickým požiadavkám a konštrukčný systém z hľadiska priestorovej tuhosti sa odporúča voliť so stužujúcimi prvkami priehradového typu (diagonálne stužovadlá prenášajúce iba osové sily). Vhodný krížový tvar stužovadiel prechádzajúcich po celej výške objektu však často naráža na prechádzajúce technologické zariadenia. To znamená, že ak je to z hľadiska účinnosti stužovadiel možné, nahrádzajú sa tvarovo podobnými stužovadlami (obr. 6). Robustnejšie a náročnejšie riešenie týchto konštrukcií z hľadiska výroby i spotreby materiálu je s tuhými rámovými styčníkmi. Montážne dielce s rámovými rohmi sa vyrábajú v dielni a montážne spoje sa umiestňujú v menej namáhaných častiach prvkov. Projektant musí pri ich návrhu rešpektovať nielen umiestnenie montážnych spojov z hľadiska priebehu vnútorných síl, ale napr. aj dopravné možnosti, pretože ide o priestorové prvky (obr. 7).

Obr. 6 Tvar diagonálnych stužovadiel oceľového skeletu		Obr. 7 Kombinácia rámového a priehradového stuženia oceľového skeletu

Estetika priemyselných stavieb

Hoci v súvislosti s týmto typom stavieb nemožno bežne hovoriť o ich estetike, projektant i dodávateľ by mali dbať na čistotu detailov, ktoré nepochybne prispievajú k estetickému vnímaniu stavby ako celku.

Pri betónových konštrukciách sa odporúča sledovať kvalitu povrchov pohľadových betónov. Skosenie hrán tak prefabrikovaných, ako aj monolitických konštrukcií by malo byť samozrejmosťou. Detaily stykov oceľových konštrukcií by nemali mať ostré rohy styčníkových a okrajových plechov. Koncept farebného riešenia vychádza buď z firemných farieb priemyselného závodu, alebo zvýrazňuje technologické médiá a konštrukcie samostatnými farbami. Ak priemyselný objekt rešpektuje svojím využitím ďalšie požiadavky, predovšetkým z hľadiska ochrany životného prostredia, možno i takúto stavbu vnímať ako estetickú (obr. 8).

doc. Ing. Hana Gattermayerová, CSc.
Foto: autor a archiv Chemoprag

Autorka je absolventkou Fakulty stavebnej ČVUT v Prahe, odbor pozemné stavby. Pôsobí ako docentka na katedre konštrukcií pozemných stavieb, je autorizovanou inžinierkou v odbore statika a dynamika stavieb. Zároveň je hlavným statikom v projektovej spoločnosti Atelier P.H.A., s. r. o., kde vedie profesijnú skupinu betónových a oceľových konštrukcií. Špecializuje sa na staticko-konštrukčné návrhy viacpodlažných i halových budov vrátane ich rekonštrukcií. Je viceprezidentkou združenia SCIA ESA User group – užívatelia statického softvéru.