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.

Na overenie navrhovaného riešenia sa vyskúšali vodorovné konzoly, ktoré sa zaťažili na voľnom konci zvislým bremenom, a to postupne vzrastajúcou silou až 16 kN. V prvej fáze s pripojením priečky a stojky k oceľovej spojke pomocou svorníkov a v druhej fáze (po rozobratí styku) pomocou lepidla.

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.