Skrutkové spoje ako efektívna náhrada kalicha

Na kotvenie prefabrikovaných stĺpov do základu možno použiť skrutkové spoje. Prezentované riešenie prináša výhody nielen v štádiu montáže, keď urýchľuje a zefektívňuje samotný proces osádzania stĺpov, ale aj pri návrhu, keď možno konkrétny spoj navrhnúť rýchlo a efektívne pomocou softvéru. Skrutkové spoje prinášajú výhody aj z hľadiska celej životnosti stavby, keďže umožňujú opätovné využitie prefabrikovaných stĺpov.

Riešenie skrutkových spojov pozostáva zo stĺpových pätiek (Peikko HPKM® a BOLDA®), ktoré sa osádzajú do prefabrikovaného železobetónového stĺpa, a kotevných skrutiek (Peikko HPM® a PPM®), ktoré sa osádzajú do základovej konštrukcie, prípadne do spodného prefabrikovaného stĺpa.

Samotné umiestnenie kotevných skrutiek do základovej konštrukcie prináša mnohokrát značné úspory. Pri výrobe prefabrikátov sa pri osádzaní stĺpových pätiek používajú tzv. vynechávky, ktoré zabezpečujú potrebný otvor v stĺpe.

Na zabezpečenie správnej polohy skrutiek v základe sa používa montážna šablóna, prípadne montážny rám. Samotné stĺpy sa pri montáži osadia na spodnú maticu kotevných skrutiek a po nastavení horizontálnej a vertikálnej polohy sa stĺp cez stĺpovú pätku dotiahne hornou maticou.

Dotiahnutím matíc je stĺp pre štádium montáže zaistený a nie je potrebné ho následne zavetrovať. Na záver sa skrutkové spoje zalievajú. Zálievka musí byť nezmrašťujúca, minimálne takej triedy, ako je trieda betónu stĺpa. V štádiu užívania budú spoj a kotevné skrutky pôsobiť ako tradičný železobetónový prierez. Po zaliatí je skrutkový spoj rovnako tuhý ako monolitický spoj (obr. 1).

Inovácia stĺpových pätiek s vysokou únosnosťou Efektívnosť kotvenia pomocou skrutkových spojov spočíva nielen v samotnom návrhu riešenia a v následnej realizácii.

Dôležitý je aj výber prvkov a ich predchádzajúci vývoj. Vývoj stĺpových pätiek sa začal už začiatkom 80. rokov. Odvtedy sa vykonalo viac ako 50 rozsiahlych testov v súlade s príslušnými aktuálnymi smernicami a normami. Postupný vývoj jednotlivých stĺpových pätiek je znázornený na obr. 2.

Najnovšia generácia stĺpových pätiek na vysoké zaťaženie (BOLDA®) je optimalizovaná, takže je kompaktnejšia nielen v porovnaní s predchádzajúcou verziou, ale aj s alternatívnymi dostupnými stĺpovými pätkami. Vďaka kompaktnému vyhotoveniu stĺpovej pätky možno dosiahnuť až o 24 % menšie prierezy stĺpov v porovnaní s predchádzajúcou stĺpovou pätkou PEC®.

Menšie prierezy znižujú nároky na potrebu materiálu a zlepšujú využitie priestoru v budovách. Samotná pätka je v porovnaní s jej predchodcom zároveň ľahšia približne o tretinu. Rovnako je výrazne ľahšia aj v porovnaní s alternatívnymi pätkami. Hmotnostné porovnanie je na obr. 3.

Návrh pätky je možný v softvéri Peikko Designer, ktorý spracováva výpočty na základe eurokódov. Posúdiť skrutkové spoje možno v montážnom aj konečnom štádiu. Rovnako možno posúdiť spoj na zadané zaťaženie aj pri požadovanej požiarnej odolnosti. Súčasťou programu je aj návrh prídavnej výstuže.

Najnovšia generácia stĺpových pätiek na vysoké zaťaženie má certifikát ETA, ktorý je založený na rozsiahlych skúškach odolnosti proti ohybu a šmyku, ako aj požiarnej odolnosti. Ide o jediný skrutkový spoj posudzovaný podľa ETA na vysoké zaťaženie.

Výhody použitia skrutkových spojov

Použitie skrutkových spojov prináša viaceré priame aj nepriame úspory – časové i finančné. Na lepšie porovnanie jednotlivých úspor a výhodnosť možno vychádzať zo schémy uvedenej na obr. 4.

Menší objem železobetónu

Najzásadnejší vplyv na cenu samotného spoja má redukcia objemu železobetónu potrebného na zakotvenie stĺpa. Pre lepšiu analýzu sú jednotlivé úspory analyzované samostatne. Na základe projektov realizovaných v praxi sa ukazuje, že so zväčšovaním prierezu stĺpa a zvyšovaním potrebnej únosnosti sa výhodnosť použitia skrutiek ešte násobne zvyšuje.

Vypustenie kalichovej hlavice

Značnú úsporu prináša práve vypustenie kalichovej hlavice. A to v oblasti finančnej, ako aj časovej. Keďže spôsob votknutia stĺpa do základu je iný (pozri schéma na obr. 4), možno kalich vypustiť. Samotný objem vypustenej časti železobetónu spracovaného na stavbe v prípade použitia skrutiek namiesto kalichov možno pomerne jednoducho spočítať a finančne vyčísliť.

Rovnako dôležitý je aj časový parameter. Dodatočné vyhotovenie kalichovej hlavice značne predlžuje čas realizácie základov. Vyviazanie výstuže kalicha, následne debnenie a betonáž predstavujú niekoľko procesov navyše, ktoré okrem predĺženia realizácie zvyšujú aj riziko prestojov na stavbe. Ak sa kalich

realizuje ako súčasť rozšírenej vrchnej časti vŕtanej pilóty (najmä pri halových objektoch), ide síce v porovnaní s tradičným zhotovením hlavíc z časového hľadiska o úsporu, ale finančné nároky na realizáciu samotných pilót sa zvyšujú. V neposlednom rade to predlžuje práve tento (z časového hľadiska) pomerne kritický proces.

Optimalizácia základovej pätky

Ako bolo spomenuté, spôsob votknutia stĺpa do základu je iný, a preto možno optimalizovať aj samotnú veľkosť základovej pätky, keďže rozšírenie pätky na účely kalicha už nie je potrebné. Pri návrhu optimalizovanej pätky na skrutkový spoj je, samozrejme, potrebné dodržať podmienky uvedené v technických manuáloch.

Keďže kalichová hlavica obsahuje často aj základovú pätku, je potrebné posudzovať celkovú úsporu železobetónu v porovnaní s pätkou na skrutky ako celok.

Z praxe vyplynulo, že úspora železobetónu v prípade pätky na skrutky v porovnaní s kalichom nastáva vždy. Pri komplexnom posúdení finančnej výhodnosti skrutkového spoja sa však berú do úvahy aj iné parametre.

Redukcia dĺžky stĺpa

Zámena kotvenia stĺpa z kalicha na skrutky so sebou prináša aj redukciu jeho dĺžky. Hĺbka votknutia je v prípade realizácie do kalicha ľahko preskúmateľná a možno ju jednoducho vyčísliť. So zvýšenou dĺžkou stĺpa je priamo spojená aj zvýšená prácnosť a vyššia hmotnosť, čo sa negatívne prejavuje nielen na stavbe, ale aj na doprave prefabrikátov z výrobne na stavbu.

Rýchlejšia a jednoduchšia montáž

Ďalšou výhodou použitia skrutkového spoja je urýchlenie procesu výstavby. Vztyčovanie, resp. osádzanie stĺpov sa môže realizovať malou montážnou skupinou a rovnako nie je potrebné stĺpy dočasne podopierať. Hneď ako sú matice v spoji utiahnuté, je spoj schopný prenášať momentové zaťaženie a žeriav sa môže presunúť k vztyčovaniu ďalšieho stĺpa.

Použite skrutkových spojov takisto zvyšuje presnosť polohy stĺpa po osadení, znižuje čas potrebný na použitie žeriavu, a tým sa šetria aj náklady. Zároveň sa zvyšuje bezpečnosť a zlepšuje prístupnosť na stavbe. Presné osadenie skrutiek do základu sa môže síce javiť ako určitá bariéra, no presné osadenie skrutiek následne podstatne urýchli proces montáže stĺpov.

Pri osadení do kalicha je tzv. rezerva väčšia, no rýchlosť montáže je v porovnaní s montážou na skrutky rádovo pomalšia. To sa prejaví následne aj na celkovej cene prác, keďže presné zameriavanie sa realizuje súbežne s osádzaním stĺpov do kalichov, pričom je potrebné platiť prestoje žeriavu. Pri osadení stĺpa na skrutky je presné doladenie polohy výrazne rýchlejšie a v konečnom dôsledku aj lacnejšie.

Možnosť opätovného použitia stĺpov

Betónový priemysel je známy ako jeden z najväčších spotrebiteľov surovín na svete [1] a má významný vplyv na globálne emisie CO2 [2]. Opätovné použitie prefabrikovaných betónových konštrukcií môže byť preto jeden z hlavných kľúčov na zníženie týchto negatívnych vplyvov.

Opätovné použitie betónových konštrukcií je aktuálnou a do budúcna aj nevyhnutnou témou. Skrutkové spoje použité na kotvenie stĺpov do základu umožňujú zaoberať sa aj touto tematikou. Teoretická možnosť je znázornená na obr. 5.

Nepriama finančná úspora

V niektorých prípadoch nemusí byť kľúčová samotná úspora konkrétneho detailu kotvenia stĺpa ako taká. Do úvahy treba brať aj širšie súvislosti, ktoré sú ovplyvnené po použití skrutkových spojov.

Medzi jednu z najčastejších nepriamych finančných úspor patrí zmena hĺbky umiestnenia hornej hrany základovej pätky. S tým súvisí aj zmena skladby niektorých podkladových vrstiev podlahy v prípade, že to miestne pomery na stavbe umožňujú.

V niektorých prípadoch je potrebné realizovať výkopy po hornú hranu základovej pätky, aby sa mohol realizovať kalich, a následne treba tento objem zasypať kamenivom, ako je to zvýraznené červenou farbou na obr. 6. Zmena spôsobu kotvenia z kalicha na skrutky umožní umiestniť pätku vyššie (pozri schéma na obr. 4). Tým sa minimalizujú výkopy a následne zásypy, ktoré majú priamy vplyv na finančné a časové parametre výstavby.

Záver

Článok predstavil výhody použitia skrutkových spojov ako efektívnu náhradu votknutia stĺpa do kalicha. Výhodnosť sa preukázala nielen z hľadiska finančnej úspory, ale aj z hľadiska úspory času a prácnosti.

Trend zefektívňovania stavebných prác núti stavebný priemysel využívať také riešenia, ktoré túto efektivitu umožňujú od návrhu cez realizáciu až po opätovné využitie prvkov. Skrutkové spoje spájajú práve tieto nevyhnutné predpoklady na efektívnejšie, rýchlejšie a udržateľnejšie stavebníctvo.