Spriahnutรฉ drevo-betรณnovรฉ nosnรฉ sรบstavy a ich pouลพitie v praxi
Spriahnutรญm moลพno vytvรกraลฅ prvky, ktorรฉ sรบ zloลพenรฉ buฤ z rรดznych materiรกlov alebo z materiรกlov odliลกnรฝch vlastnostรญ. Ich vzรกjomnou kombinรกciou sa tak potlรกฤajรบ nepriaznivรฉ a zรกroveล vyuลพรญvajรบ dobrรฉ vlastnosti pouลพitรฝch materiรกlov. Tento princรญp je podstatou vytvorenia spriahnutรฝch drevo-betรณnovรฝch konลกtrukciรญ.
Spriahnutie drevenej nosnej konลกtrukcie s betรณnovou vrstvou slรบลพi na vytvorenie รบฤinnejลกieho zloลพenรฉho prierezu najmรค z hฤพadiska ohybovรฉho namรกhania prvku. V takto zรญskanom priereze betรณn prenรกลกa tlakovรฉ รบฤinky a drevo je namรกhanรฉ najmรค ลฅahom. Uvedenรฉ namรกhanie dreva a betรณnu v rรกmci zloลพenรฉho prierezu je vรฝhodnรฉ, pretoลพe betรณn dobre odolรกva tlakovรฝm รบฤinkom a drevo je schopnรฉ prenรกลกaลฅ znaฤnรฉ ลฅahovรฉ รบฤinky.
V druhej polovici minulรฉho storoฤia drevo-betรณnovรฉ konลกtrukcie zohrali vรฝznamnรบ รบlohu pri obnove historickรฝch stavieb. Metรณda nadbetรณnovania trรกmovรฝch a povalovรฝch stropov sa pouลพila pri rekonลกtrukcii objektov aj na รบzemรญ Slovenska. V sรบฤasnosti sa tieto konลกtrukcie vyuลพรญvajรบ na zosilnenie drevenรฝch stropnรฝch konลกtrukciรญ pri rekonลกtrukciรกch historickรฝch budov, ale aj pri tvorbe novรฝch stropnรฝch konลกtrukciรญ viacpodlaลพnรฝch drevostavieb. V mostnom staviteฤพstve sa drevo-betรณnovรฉ spriahnutรฉ sรบstavy vyuลพรญvajรบ pri konลกtrukciรกch mostoviek v rรกmci konลกtrukciรญ cestnรฝch mostov alebo pri konลกtrukciรกch lรกvok pre peลกรญch (7).
Charakteristika spriahnutรฝch drevo- betรณnovรฝch sรบstav
Zรกkladnรฉ typy spriahnutรฝch drevo-betรณnovรฝch sรบstav, ktorรฉ sa v sรบฤasnosti pouลพรญvajรบ predovลกetkรฝm v zahraniฤรญ, sรบ tzv. nosnรญkovรก sรบstava a doskovรก sรบstava. Pri nosnรญkovej sรบstave je betรณnovรก doska spriahnutรก prostrednรญctvom mechanickรฝch spriahovacรญch prvkov s drevenรฝmi nosnรญkmi. V prรญpade pouลพitia rastenรฉho dreva mรดลพu byลฅ nosnรญky z hranolov alebo z foลกnรญ. Pri vรคฤลกรญch rozpรคtiach sa drevenรฝ nosnรญk vytvรกra ako lepenรฝ lamelovรฝ prvok. Spriahnutรบ nosnรญkovรบ sรบstavu moลพno uplatniลฅ so zรกklopom alebo bez zรกklopu. Keฤ sa pouลพije zรกklop, prรกve ten plnรญ v sรบstave nosnรบ funkciu pod betรณnovou vrstvou. V prรญpade sรบstavy bez zรกklopu sa drevenรฝ nosnรญk spriahne so samonosnou ลพelezobetรณnovou doskou. Na zรกklop sa pouลพรญva ploลกnรฝ materiรกl na bรกze dreva, ako sรบ napr. preglejkovรฉ alebo OSB tabule (obr. 1a).
Doskovรก sรบstava sa vyvinula len v poslednรฝch rokoch a pozostรกva zo sรบvislej drevenej vrstvy (vytvorenej z doskovรฉho reziva uloลพenรฉho na hranu vedฤพa seba โ vertikรกlnych lamiel), ktorรก je spriahnutรก s betรณnovou vrstvou. Vedฤพa seba ukladanรฉ vertikรกlne lamely sรบ navzรกjom spojenรฉ klincami alebo lepidlom. Spรดsob spriahnutia tejto sรบstavy sa mรดลพe rieลกiลฅ viacerรฝmi spรดsobmi, napr. drรกลพkovรฝmi spojmi alebo vlepovanรฝmi kovovรฝmi pรกsmi. Takto vytvorenรก sรบstava tvorรญ spriahnutรบ drevo-betรณnovรบ dosku. Sรบstava mรก sรญce vyลกลกiu spotrebu dreva, ale z hฤพadiska statickej รบnosnosti je รบฤinnรก a jej efektรญvnosลฅ sa prejavรญ aลพ pri rozpรคtรญ nad 6,0โm (obr. 1b).
Betรณnovรบ ฤasลฅ pri doskovej sรบstave podobne ako pri nosnรญkovej sรบstave so zรกklopom moลพno vytvoriลฅ z prostรฉho alebo z ฤพahฤenรฉho betรณnu s minimรกlnou kovovou vรฝstuลพou, ktorรก mรก zabrรกniลฅ vzniku trhlรญn od zmraลกลฅovania betรณnu.
Spรดsoby spriahnutia
Vzรกjomnรฉ spojenie betรณnovej dosky s drevenรฝmi nosnรฝmi prvkami moลพno zabezpeฤiลฅ pomocou kovovรฝch (tzv. mechanickรฝch) spriahovacรญch prvkov, prostrednรญctvom drรกลพkovรฝch spojov alebo lepenรญm. Medzi mechanickรฉ spriahovacie prvky patria klince, svornรญky, skrutky, oceฤพovรฉ kolรญky, ale aj rรดzne typizovanรฉ zรกchytkovรฉ krรบลพky, zazubenรฉ zรกchytky, oceฤพovรฉ rรบrky, oceฤพovรฉ dosky s prelisovanรฝmi hrotmi, vlepovanรฉ betonรกrske vรฝstuลพovacie prรบty, oceฤพovรก priehradovina alebo oceฤพovรฝ pรกs vlepenรฝ do dreva atฤ.
Tieto spojovacie prvky zabezpeฤujรบ vzรกjomnรฉ spolupรดsobenie betรณnovej a drevenej ฤasti zloลพenรฉho prierezu hlavne pri ohybovom namรกhanรญ. V interakฤnom pรดsobenรญ s drevenรฝm prvkom spรดsobujรบ lokรกlne namรกhanie dreva. Ich pouลพitie je podmienenรฉ rozliฤnรฝmi konลกtrukฤnรฝmi poลพiadavkami, ktorรฉ vyplรฝvajรบ z rรดznych vlastnostรญ spriahovanรฝch drevenรฝch prvkov. Preto voฤพba spรดsobu spriahnutia zรกvisรญ najmรค od konลกtrukฤnรฉho charakteru drevenej sรบstavy, resp. od ฤalลกรญch statickรฝch parametrov spriahnutej stropnej konลกtrukcie (1).
Pri doskovej sรบstave sa pouลพitie spriahovacรญch prvkov kolรญkovรฉho typu (klince, svornรญky, kolรญky atฤ.) javรญ ako problรฉmovรฉ, pretoลพe treba dodrลพaลฅ minimรกlnu vzdialenosลฅ spojovacieho prostriedku od okraja jednotlivรฝch lamiel. Tomu problรฉmu sa moลพno vyhnรบลฅ napr. vytvorenรญm viacerรฝch zรกrezov urฤitรฝch dฤบลพok โdrรกลพkovรฝch spojovโ v jednotlivรฝch lamelรกch, alebo pouลพitรญm โpรกsovรฝch oceฤพovรฝch zarรกลพokโ, ktorรฉ sรบ vsadenรฉ do dreva v smere kolmom na smer lamely a zabezpeฤujรบ tak spolupรดsobenie dreva a betรณnu (4, 5).
V poslednom obdobรญ firmy vyrรกbajรบce spojovacรญ materiรกl vyvinuli celรฝ rad ลกpeciรกlnych spriahovacรญch prostriedkov, ktorรฉ sรบ รบฤinnรฉ a ich pouลพitie je pomerne jednoduchรฉ.
Oblasti pouลพรญvania
Spriahnutรฉ drevo-betรณnovรฉ konลกtrukcie stropov sa vyuลพรญvajรบ predovลกetkรฝm pri drevostavbรกch a v niektorรฝch prรญpadoch aj pri stavbรกch s vertikรกlnymi prvkami na bรกze silikรกtov. Zahraniฤnรฉ prรญklady naznaฤujรบ, ลพe navrhovanie drevo-betรณnovรฝch stropov v budovรกch prinรกลกa viacero vรฝhod pre celkovรฝ objekt, ktorรฉ sa prejavujรบ najmรค vo vรฝslednej ekonomickej bilancii budovy.
Problematickou oblasลฅou drevostavieb je zabezpeฤenie ich dostatoฤnej tuhosti proti statickรฝm a dynamickรฝm stรกlym a nรกhodilรฝm zaลฅaลพovacรญm รบฤinkom. Tรกto celkovรก tuhosลฅ je zรกvislรก do znaฤnej miery od tuhosti jednotlivรฝch konลกtrukฤnรฝch prvkov, ako aj od spรดsobu ich vzรกjomnรฉho spojenia. Jednรฝm z prvkov ovplyvลujรบcich celkovรบ tuhosลฅ objektu sรบ stropy jednotlivรฝch podlaลพรญ, ktorรฉ svojou tuhosลฅou zabezpeฤujรบ priestorovรฉ pรดsobenie celej budovy a odolรกvajรบ tak vertikรกlnym, ako aj horizontรกlnym zaลฅaลพovacรญm รบฤinkom. To znamenรก, ลพe ak sa klasickรฉ drevenรฉ stropnรฉ konลกtrukcie drevostavieb nahradia spriahnutรฝmi drevo-betรณnovรฝmi stropnรฝmi prvkami, ktorรฝch tuhosลฅ vo vertikรกlnom aj horizontรกlnom smere je podstatne vyลกลกia, dosiahne sa zvรฝลกenie celkovej tuhosti budovy (obr. 2).
Obr. 2ย Teoretickรก zรกvislosลฅ medzi zaลฅaลพenรญm a priehybom v strede rozpรคtia doskovej sรบstavy pri L = 6,0 m pri rรดznych hrรบbkach betรณnovej vrstvy |
Pouลพitie drevo-betรณnovรฝch stropov pri silikรกtovรฝch sรบstavรกch spรดsobรญ opaฤnรฝ statickรฝ รบฤinok ako pri drevostavรกch. Kedลพe ploลกnรก hmotnosลฅ drevo-betรณnovej stropnej konลกtrukcie je niลพลกia ako ลพelezobetรณnovej, ovplyvnรญ to celkovรบ hmotnosลฅ objektu, a tรฝm aj spรดsob zakladania.
Okrem statickรฝch vรฝhod majรบ drevo-betรณnovรฉ stropnรฉ konลกtrukcie pri drevostavbรกch aj ฤalลกie vรฝhody. Pridanรญm betรณnovej vrstvy k drevenej konลกtrukciรญ sa zlepลกia aj niektorรฉ stavebnofyzikรกlne vlastnosti stropu, ako naprรญklad tepelnotechnickรฉ alebo zvukovoizolaฤnรฉ. Takisto sa zvรฝลกi aj poลพiarna odolnosลฅ stropnej konลกtrukcie.
V sรบฤasnom mostnom staviteฤพstve okrem ลพelezobetรณnu a ocele mรก svoje uplatnenie aj drevo, ktorรฉ sa vyuลพรญva na vรฝstavbu cestnรฝch mostov a vรฝstavbu lรกvok pre peลกรญch. Pri cestnรฝch mostoch pozostรกva mostovka z drevenรฝch nosnรฝch prvkov a z vozovky, ktorej nosnรบ ฤasลฅ tvorรญ betรณnovรก vrstva. Progresรญvnym staticko-konลกtrukฤnรฝm rieลกenรญm je, ak sa betรณnovรก vrstva spriahne s drevenรฝmi prvkami mostovky. Takto vytvorenรก spriahnutรก drevo-betรณnovรก mostovka mรก vyลกลกiu tuhosลฅ, je odolnejลกia proti dynamickรฝm รบฤinkom a predstavuje urฤitรบ ochranu drevenej konลกtrukcie proti vonkajลกรญm mechanickรฝm รบฤinkom. V niektorรฝch prรญpadoch sa aj drevenรฉ lรกvky pre peลกรญch navrhujรบ podobne ako cestnรฉ mosty so spriahnutou drevo-betรณnovou mostovkou, aby sa zvรฝลกili statickรฉ parametre nosnej sรบstavy, ako naprรญklad celkovรก tuhosลฅ lรกvky (3).
Pri pouลพitรญ spriahnutej drevo-betรณnovej mostovky pri cestnรฝch mostoch a lรกvkach treba jej konลกtrukciu navrhnรบลฅ tak, aby umoลพnila efektรญvne spriahnutie drevenej ฤasti mostovky s jej betรณnovou ฤasลฅou. Na splnenie tejto poลพiadavky treba predovลกetkรฝm nosnรฉ drevenรฉ prvky mostovky usporiadaลฅ tak, aby boli v priamom kontakte s betรณnovou vrstvou. Takรบto รบpravu moลพno dosiahnuลฅ pri lรกvkach pomerne ฤพahko, kรฝm pri cestnรฝch mostoch vzhฤพadom na vรคฤลกiu ลกรญrku mostovky ide o zloลพitejลกiu รบlohu.
Zvรฝลกenรฝ zรกujem odbornej praxe hlavne v zahraniฤรญ o spriahnutรฉ drevo-betรณnovรฉ sรบstavy vyvolal pozornosลฅ viacerรฝch vรฝskumnรฝch kolektรญvov, ktorรฉ sa zamerali na dรดkladnejลกie preskรบmanie skutoฤnรฉho pรดsobenia tรฝchto sรบstav pri krรกtkodobom a aj pri dlhodobom zaลฅaลพenรญ. V predchรกdzajรบcich rokoch sa tรกto problematika stala predmetom niekoฤพkรฝch vรฝskumnรฝch รบloh rieลกenรฝch na Stavebnej fakulte Technickej univerzity v Koลกiciach v spoluprรกci s VรPC-SDVร Bratislava (obr. 3).
Zรกver
Uvedenรฉ spriahnutรฉ drevo-betรณnovรฉ sรบstavy predstavujรบ efektรญvne konลกtrukฤnรฉ rieลกenie v oblasti pozemnรฝch aj inลพinierskych stavieb. Pri objektoch pozemnรฝch stavieb sรบ to predovลกetkรฝm konลกtrukcie stropov, ktorรฉ sรบ v takejto konลกtrukฤnej รบprave vhodnรฉ najmรค pre vรคฤลกie rozpรคtia a sรบ vรฝhodnรฉ z hฤพadiska viacerรฝch stavebno-fyzikรกlnych poลพiadaviek.
V oblasti vรฝstavby mostov a lรกvok nรกjdu svoje vyuลพitie najmรค v rรกmci dopravnej infraลกtruktรบry miest a chrรกnenรฝch krajinnรฝch oblastรญ. Absencia modernรฝch progresรญvnych drevenรฝch konลกtrukciรญ na Slovensku naznaฤuje, ลพe v tejto oblasti treba vynaloลพiลฅ eลกte znaฤnรฉ รบsilie o ich propagรกciu nielen medzi odbornรญkmi z oblasti navrhovania konลกtrukciรญ, ale aj medzi ich potenciรกlnymi uลพรญvateฤพmi.
doc. Ing. Jรกn Kanรณcz, CSc.
Foto: archรญv autora
Tento ฤlรกnok vznikol v rรกmci rieลกenia grantovรฉho projektu ฤ. 1/0042/07 podporovanรฉho VEGA Mล a SAV SR, ako aj s podporou APVT pri rieลกenรญ projektu ฤ. 99-PO2705
Autor je absolventom Stavebnej fakulty Vล T v Koลกiciach, kde v sรบฤasnosti pรดsobรญ na รstave inลพinierskeho staviteฤพstva. Je autorizovanรฝm stavebnรฝm inลพinierom. Vo vedeckej oblasti sa venuje problematike teรณrie navrhovania drevenรฝch nosnรฝch konลกtrukciรญ. Je autorom rรดznych vedeckรฝch publikรกciรญ a viacerรฝch stavieb. Je ฤlenom technickรฝch komisiรญ v medzinรกrodnรฝch organizรกciรกch IABSE, RILEM a CEN.
Literatรบra:
(1)ย ย ย Kuklรญkovรก, A., Studniฤka, J.: Kompozitnรญ dลevobetonovรฉ konstrukce. In: Zbornรญk z konferencie Drevo โ surovina 21. storoฤia v architektรบre a stavebnรญctve. Smolenice:ย 2003, pp.15 โ 18.
(2)ย ย ย Kuhlmann, U., Schรคnzlin, J.: Grooves as shear connectors for timber-concrete composite decks. Proceedings of the International RILEM Symposium, PRO 22, Joints in Timber Structures Stuttgart: 2001.
(3)ย ย ย Jutila, A. โ Tesรกr, A. a kol.: Development of Wood Bridges, Research project. Helsinky: University of Technology, Otaniemi, 1993.
(4)ย ย ย Lehmann, S., Grosse, M., Rautenstrauch, K.: New connector types of laminated timber-concrete composite element joints, Proceedings of the International RILEM Symposium, PRO 22, Joints in Timber Structures. Stuttgart: 2001.
(5)ย ย ย Mungwa, M. S., Jullien, J. F., Foudjet, A., Hentges, G.: A new shear connector for wood-concrete composite structures, Proceedings of the 5th World Conference on Timber Engineering Montreux: Switzerland, 1998.
(6)ย ย ย Rajฤiฤ, V.: Characteristick of timber-lightweight concrete(EPS) composites, Proceedings of the 5th World Conference on Timber Engineering. Montreux: Switzerland, 1998.
(7)ย ย ย ล teller, ล ., Kanรณcz, J. a kol.: Progresรญvne spriahnutรฉ drevo-betรณnovรฉ konลกtrukcie pre pozemnรฉ a inลพinierske stavby. ล tรบdia. Bratislava: ล DVU, 2001.
(8)ย ย ย Straka, B.: Vyuลพitรญ dลeva v nฤkterรฝch novรฝch typech stavebnรญch konstrukcรญ. In: Materiรกly pro stavbu, roฤ. 9, 2003, ฤ. 4, s. 16 โ 21.