Atypické riešenia železebetónových nosných konštrukcií budov

Na dosiahnutie optimálneho riešenia nosnej železobetónovej konštrukcie je potrebná spolupráca projektantov stavebnej časti predovšetkým so statikom. Nezastupiteľné miesto v procese prípravy, ale hlavne v procese výstavby – zhotovovaní nosnej konštrukcie – má tiež stavebný dozor.

V súčasnosti sa stavia veľké množstvo atypických budov (polyfunkčných, občianskych a bytových stavieb) s nosnou konštrukciou z monolitického železobetónu. Spodné podlažia sa väčšinou využívajú na iné účely – garáže alebo nebytové priestory (obchodné, reštauračné a iné komerčné priestory). V tejto súvislosti sa v rámci nosných konštrukcií takýchto budov robí veľmi často zmena nosného systému po výške budovy a niekedy nielen raz, ale viackrát.

Všetky takéto zmeny majú významný vplyv na samotné optimálne riešenie nosnej konštrukcie budovy ako celku. Vznikajú veľakrát komplikované dispozičné riešenia budov, ktoré je možné, samozrejme, aj zo statickej stránky zvládnuť, ale väčšinou za cenu zvyšovania nákladov na realizáciu stavby.

Veľmi dôležitá je v tomto prípade spolupráca projektantov nosnej konštrukcie s projektantmi stavebnej časti, väčšinou s architektmi, už na začiatku vzniku budovy. Vždy je potrebné hľadať kompromisy a riešenia, ktoré budú prínosom pre celkové komplexné zhodnotenie výsledného stavebného diela.

Na výslednú kvalitu veľmi negatívne vplýva nedostatočná kooperácia – nedostatočná spolupráca projektantov rôznych kategórií, prípadne špecializácií aj v kategórii nosných konštrukcií stavieb (napr. projektant hornej stavby a projektant základov).

Úlohou nositeľa zákazky (hlavného inžiniera projektu), či to je autorizovaný architekt, alebo autorizovaný inžinier v rámci SKSI v kategórii komplexné architektonické a inžinierske služby a súvisiace technické poradenstvo, A1 alebo A2, je riadenie projektu, čím musí zabezpečiť kvalitnú a včasnú koordináciu čiastkových projektov.

Nie je možné, aby bol realizačný projekt nosnej konštrukcie stavby vypracovaný bez podrobných podkladov všetkých odborností. Aby bola práca projektanta nosnej konštrukcie kvalitná, musia byť dostupné jednoznačné údaje o zaťaženiach, podklady a údaje o podmienkach užívania stavby, údaje o geologických pomeroch a pod.

Veľmi dôležité sú podklady o rôznych otvoroch, prípadne iných zásahoch do nosnej konštrukcie na technické, technologické a energetické vybavenie stavby. Nie je možné akceptovať a dodatočne oslabovať kritické miesta nosnej konštrukcie stavby oneskorenými zásahmi (prípadne ich, samozrejme, možno urobiť, ale na úkor ďalších finančných nákladov súvisiacich so zosilňovaním alebo inými úpravami konštrukcie).

Zmena nosného systému po výške budovy

V rámci riešenia nosných konštrukcií budov veľakrát dochádza k zmene nosného systému po výške budovy. Väčšinou je to zmena zo stĺpového nosného systému na stenový. Na niekoľkých konkrétnych riešeniach z praxe si ukážeme vhodnosť alebo nevhodnosť daného konkrétneho riešenia.

Príklad č. 1

Projektant riešil problém zmeny konštrukčného systému pomocou zhrubnutia stropnej dosky – vytvorením širokého prievlaku. V danom prípade okrem zmeny nosného konštrukčného systému zo stenového na stĺpový dochádza tiež k zmene a posunutiu podperného systému (obr. 1). Pri takomto riešení došlo k veľkým šmykovým aj ohybovým namáhaniam, a tak vznikla potreba veľkého množstva ohybovej aj šmykovej výstuže.

Na obr. 2 je detail vystuženia dosky v mieste zhrubnutia. Vidieť, ako vznikla veľká hustota výstuže a nedostatočné, prípadne žiadne medzery medzi výstužou, ktoré vplývajú z technologického hľadiska na spracovanie čerstvej betónovej zmesi a v neposlednom rade na samotnú súdržnosť výstuže s betónom.

V danom prípade vznikli miesta s veľkým koncentrovaným namáhaním aj v časti, kde nebolo zhotovené zhrubnutie konštrukcie a nebolo tam správne riešené lokálne podoprenie (obr. 3). Ak je to možné, ako najvhodnejšie riešenie sa v tomto prípade javí zhrubnutie stropnej dosky po celej ploche stropnej konštrukcie.

Príklad č. 2

Ako príklad jedného z vhodných riešení uvedieme riešenie, ktoré je schematicky znázornené na obr. 4. V danom prípade projektant riešil zmenu nosného konštrukčného systému zo stĺpového na stenový pomocou plošného zhrubnutia stropnej dosky, ako aj správnou orientáciou stĺpov.

Skúsenosti a poznatky z výstavby nosných konštrukcií budov z pohľadu stavebného dozoru

Od procesu vypracovania architektonickej štúdie po samotný proces zhmotnenia architektonického návrhu do reálnej podoby uplynie veľké množstvo času, vo väčšine prípadov môžeme vyjadriť toto obdobie v rokoch. V tomto časovom intervale sa vyžaduje kontinuálna spolupráca všetkých zložiek vstupujúcich do procesu realizácie diela s cieľom úspešne ho dokončiť.

Do tohto procesu vstupuje aj činnosť stavebného dozoru, resp. technického dozoru investora (ďalej len stavebný dozor), či už vo fáze pred, alebo častejšie počas samotnej realizácie diela. Vzhľadom na neustále sa zvyšujúce nároky investorov a budúcich užívateľov týchto budov vznikajú počas tvorby diela viaceré zmeny technického riešenia, ktoré niekedy zásadne ovplyvňujú tvorbu nosného systému.

Tento fakt má za následok, že nosné konštrukcie sa stávajú čoraz zložitejšími. Súčasne však výpočtové programy umožňujú projektantom a statikom relatívne rýchlo reagovať na takto vyvolané zmeny, a to bez vplyvu na dodržanie podmienky potvrdzujúcej statickú bezpečnosť a spoľahlivosť diela. Horšie to už je s kvalitou výstupov v podobe predkladanej výkresovej dokumentácie na potreby realizácie, ktorá je podmienkou správneho a bezproblémového vedenia stavby.

Skúsenosti a prax v poslednom období potvrdzujú tento nelichotivý stav, keď sa vyžaduje od projektových kancelárií vo veľmi krátkom časovom období vyexpedovať značné množstvo dokumentov potrebných na realizáciu, čím dochádza k nepriamemu generovaniu skrytých nedostatkov, ktoré sa následne prenášajú aj do procesu výstavby. Z tohto dôvodu je účasť skúseného stavebného dozoru v štádiu preberania konštrukcií/prác, ktoré budú v budúcnosti skryté, veľmi dôležitá.

V tomto štádiu vie skúsený stavebný dozor odhaliť značné množstvo nedorobkov, spôsobených či už slabšou kvalifikovanosťou zodpovedných osôb na strane realizačnej firmy, alebo nie veľmi jednoznačnou interpretáciou výsledkov zo statického výpočtu do výkresovej podoby. Stavebný dozor musí preto počas realizácie operatívne reagovať na takto vzniknuté situácie, ktoré majú priamy vplyv na nadväzujúce stavebné fázy, a to v súčinnosti s realizačnou firmou, resp. s projektantom.

Neoddeliteľnou súčasťou kontrolnej činnosti stavebného dozoru je kontrola a schvaľovanie predložených technologických postupov konkrétneho diela, spracovaných realizačnou firmou, a ich dodržiavanie počas výstavby tak, aby sa počas realizácie minimalizovali prípadné odlišnosti oproti predpokladom z projektovej dokumentácie.

Aj vplyvom zložitosti nosného systému a architektonických nárokov na pohľadové časti konštrukcie sa stáva, že všetky informácie potrebné na kvalitné vyhotovenie diela nie sú súčasťou či už projektovej dokumentácie, alebo technologických postupov. Následkom toho môžu nastať prípady, keď po zrealizovaní konštrukcie nie sú splnené kvalitatívne požiadavky, resp. sa objavia nežiaduce poruchy.

Uvedené poznatky z činnosti stavebného dozoru počas realizácie nosných konštrukcií môžeme zosumarizovať do týchto bodov:

• formálna kontrola predkladanej projektovej dokumentácie (PD) určenej na realizáciu,
• upozornenie projektanta na prípadné chyby v PD pred samotnou realizáciou stavby alebo počas nej,
• nastavenie procesu výstavby v súlade s požiadavkami a predpokladmi projektanta,
• koordinácia a kontrola zapracovania všetkých dodatkov k PD počas realizácie,
• informovanie projektanta o vzniknutých poruchách vyplývajúcich z nedodržania technologických postupov,
• významný vplyv na výslednú kvalitu a bezproblémovosť realizovania diela.

Rozsah a kvalita projektovej dokumentácie – statika z hľadiska realizovateľnosti diela

Aby bola možná správna realizácia stavebného diela, je potrebné uviesť a zosumarizovať v tejto časti aj poznatky súvisiace s rozsahom a kvalitou projektovej dokumentácie, ktoré sú odpozorované z rozličných stavieb a projektov. Je potrebné, aby projektové kancelárie nepodceňovali výstupné kontroly dokumentácie, ktorá je pripravená na expedíciu.

Skúsenosti z praxe len potvrdzujú pravidlo, že expedícia dokumentácie je dynamický proces, ktorý ide súbežne s výstavbou. Veľmi často sa stáva, že takáto dokumentácia je expedovaná s minimálnou časovou rezervou na potrebnú kontrolu, čoho následkom sú chyby v PD.

Niekedy ide len o formálne chyby, ale môžu sa vyskytnúť aj chyby, ktoré môžu byť zdrojom budúcich problémov pri finalizácii diela. Veľakrát sú to chyby spojené s nesprávnym zakreslením polohy priestupov a otvorov, ale môžu to byť aj zle spracované výkresy tvarov, ktorých opravy sú po ukončení realizácie dosť finančne nákladné.

Projektová dokumentácia na zobrazovanie železobetónových konštrukcií má preto spĺňať požiadavky vyplývajúce z príslušných technických noriem:

• STN 01 3481: 1987: Výkresy stavebných konštrukcií. Výkresy betónových konštrukcií a STN 01 3481/Z 1 z roku 2001,
• STN EN ISO 3766: 2004: Výkresy v stavebníctve. Zjednodušené zobrazovanie výstuže betónových konštrukcií.

Projektová dokumentácia musí byť ďalej vyhotovená tak, aby počas výstavby nebolo potrebné dopĺňať výkresy výstuže a následne doobjednávať výstuž. Vznik takejto situácie môže na stavbe výrazne ovplyvniť dodržanie dohodnutých časových harmonogramov potrebných na splnenie termínu ukončenia diela.
Problém kvality betonárskej výstuže

V súčasnosti dochádza na jednotlivých stavbách k dodávkam betonárskej výstuže, ktorá má rozdielne rebrovanie a nie každá dodávka preukazuje normou požadované mechanické vlastnosti. Stavebný dozor v zmysle zaručenia kvality vyhotovenia nosnej konštrukcie diela vykonáva nielen kontrolu dodávanej betónovej zmesi, ale aj kontrolu kvality výstuže.

V bežnej stavebnej praxi sa používa najčastejšie typ betonárskej výstuže B500B, ale pri skúškach na vzorkách odobratých zo stavieb veľakrát výstuž nedosahuje ani parametre pre B500A, takže by sa nemala používať v oblastiach so zvýšeným seizmickým zaťažením. Je otázkou, či tento zistený fakt neovplyv­ní životnosť a statickú bezpečnosť niektorých zrealizovaných stavieb.

Praktický príklad z kontroly počas realizácie stavby

Nosný systém opisovanej budovy tvorí v podzemnej časti kombinácia stĺpovo-stenových nosných prvkov, kde sú umiestené garážové státia (obr. 5). Nad doskou 1. PP dochádza k výraznej zmene nosného systému s excentrickým uložením železobetónových nosných stien 1. NP. Následne po výške budovy dochádza k výmene medzi priečnou a pozdĺžnou orientáciou nosných stien.

Najzložitejšou časťou uvedeného príkladu bol uzol v mieste uloženia stropnej dosky a nosníkov 1. PP na železobetónový stĺp (obr. 6). V uvedenom uzle sa z dôvodu prelínania viacerých výkresov výstuže počas realizácie vykonali viaceré korekcie v pôvodne navrhnutom systéme vystužovania.

Bolo potrebné upraviť a jednoznačne zadefinovať polohu ukončenia zahnutých koncov zvislej nosnej výstuže stĺpa vzhľadom na prelínanie priečne, resp. pozdĺžne orientovaného nosníka s výstužou a následnou nadväznosťou na výstuž stropnej dosky a tzv. čakacej (štartovacej) výstuže pre zvislé nosné steny.

Vzhľadom na značné prehustenie miesta bolo nevyhnutné korigovať aj požiadavky na zloženie betónovej zmesi (max. priemer zŕn kameniva, stupeň konzistencie), ako aj požiadavky na technológiu spracovania takto upravenej betónovej zmesi z dôvodu betonáže pri nízkych vonkajších teplotách (obr. 7).

Rekapitulácia pripomienok adresovaných zhotoviteľovi a projektantovi z aktivít stavebného dozoru počas preberania prác

1. Pripomienky pre zhotoviteľa:

• nepreštudovanie nadväzností jednotlivých výkresov,
• nedodržanie konštrukčných zásad vystužovania,
• nedodržiavanie technologických postupov,
• nedodržanie kvality predpísanej betonárskej výstuže,
• nezohľadnenie dodatkov k PD v priebehu realizácie.

2. Pripomienky pre projektanta:

• neprehľadnosť výkresov (v mieste stykovania viacerých nosných prvkov je potrebné kresliť podrobnosti styku;
• nie sú to prefabrikované výrobky),
• nezohľadňovanie polohy výstuže medzi jednotlivými výkresmi,
• definovanie triedy betónu v rozpore s požiadavkami normy.

Pri nezohľadnení uvedených pripomienok počas realizácie stavby môže nastať situácia, keď už nie je možné vykonať jednoduchú opravu, či už na zrealizovaných viazačských prácach, alebo po samotnej betonáži, a musí dôjsť až k sanácii zle zhotovenej časti (obr. 8).

Na záver

Na záver by sme chceli konštatovať, že práca projektantov nosných konštrukcií stavieb je veľmi náročná, zodpovedná a prináša v praxi aj veľa problémov. Potrebná je neustála spolupráca všetkých zúčastnených zložiek procesu projektovej prípravy, ako aj procesu zhotovenia nosných konštrukcií, aby sa zabránilo vzniku chýb, porúch a rôznych iných nedostatkov, ktoré sa v procese výstavby nosných konštrukcií stavieb môžu vyskytovať. Nezastupiteľné miesto v procese prípravy, ale predovšetkým v procese výstavby – pri zhotovovaní nosnej konštrukcie – má aj stavebný dozor.

Táto práca vznikla s podporou výskumného projektu VEGA č. 1/0456/17 „Nelineárna analýza betónových a spriahnutých konštrukcií“.

Literatúra

1. STN 73 0002 Navrhovanie nosných konštrukcií stavieb. Základné ustanovenia, Slovenský ústav technickej normalizácie, Bratislava, august 2001.
2. Gramblička, Š.: Poruchy nosných konštrukcií stavieb vplyvom chýb a nedostatkov pri projektovej činnosti.
   In Statika stavieb 2013: Zborník príspevkov z konferencie/Piešťany. Piešťany: Spolok statikov Slovenska, 2013.
3. Gramblička, Š.: Chyby pri navrhovaní nosných železobetónových konštrukcií stavieb: Bezpečnosť pri užívaní stavieb. In: Statika stavieb 2007: Zborník príspevkov z 12. konferencie/Piešťany,15. – 16. 3. 2007. Piešťany: Spolok statikov Slovenska, 2007, s. 111 – 116.
4.  Gramblička, Š.: Poruchy železobetónových nosných konštrukcií stavieb. In: Poruchy nosných konštrukcií stavieb: Zborník príspevkov z konferencie/Piešťany, marec 2004. Piešťany: Spolok statikov Slovenska, 2004, s. 61 až 66. ISBN 80-969127-0-4.
5. Borzovič, V., Gramblička,Š.: Audity a statické posúdenia nosných konštrukcií polyfunkčných a bytových objektov vypracované v rokoch 2015 – 2017.

Článok bol uverejnený v časopise Stavebné materiály 6/2018.