Kotvenie kontaktných tepelnoizolačných systémov

Navrhovanie kotiev závisí od viacerých faktorov. Jedným z nich je sanie vetra. Pri určovaní zaťaženia vetrom sa musí vychádzať z platných normatívnych predpisov. V prípade zaťaženia vetrom treba zdôrazniť, že paralelná účinnosť noriem STN 73 0035 a STN EN 1991-1-4 bola zrušená.

Od 1. apríla 2010 sú zrušené slovenské normy upravujúce podmienky navrhovania stavebných konštrukcií. Zrušené normy nahradili európske normy (EN) a ich národné aplikačné dokumenty. Pre projekčnú prax sa tak stáva aktuálna aj náhrada STN 73 0035 skupinou noriem STN EN 1990: 2009 (Eurokód. Zásady navrhovania konštrukcií) a STN EN 1991: 2007 (Eurokód 1. Zaťaženia konštrukcií). V súlade s normami patriacimi do tejto skupiny dochádza nielen k zmene metodiky výpočtu zaťaženia vetrom, ale aj k zmene mapy veterných oblastí, súčiniteľa vonkajšieho tlaku a čiastkového súčiniteľa pre návrhové hodnoty zaťaženia. S účinkami vetra na konštrukciu priamo súvisí navrhovanie kotiev.

Kotvy sa podľa väčšiny systémových riešení navrhujú na stopercentný účinok sania vetra a neprispievajú k prenosu ostatných zaťažení. V dosiaľ publikovaných a dostupných firemných podkladoch pre navrhovanie počtu kotiev na zhotovenie kontaktných tepelnoizolačných systémov (ETICS) sa nachádzajú iba odporúčané riešenia, ktoré v prípade stanovenia zaťaženia vetrom vychádzajú pravdepodobne z normatívnych predpisov alebo z prevzatých zahraničných predpisov (DIN, ONORM a podobne). Jednotliví výrobcovia systémov ETICS, ktorých komponenty podliehajú certifikácii podľa ETAG 004 a ETAG 014, sa pritom líšia v základnom určení počtu kotiev na štvorcový meter, v určení zvýšeného počtu kotiev v okrajovej oblasti nároží budov a v neposlednom rade aj v určení výškových pásiem. V daných materiáloch sa správne uvádza, že stanovenie počtu kotiev musí byť súčasťou statického výpočtu pre každý konkrétny prípad. Množstvo havárií spôsobených odtrhnutím tepelnoizolačného systému od podkladu bohužiaľ svedčí skôr o opaku. Ďalšou príčinou havárií je aj neodborne realizovaná inštalácia systému.

Zaťaženie vetrom hrá zásadnú úlohu tak pri návrhu vlastnej nosnej konštrukcie, ako aj pri návrhu obalových konštrukcií panelových domov. Bežne sa vyskytujú panelové domy s výškou viac ako 30 m (výška typizovaného 12-podlažného panelového domu bez podnože je 33,6 m). Možno sa stretnúť aj s bytovými domami postavenými z typizovaných prvkov panelových sústav, predovšetkým T 06 B, ktoré majú maximálne 14 podlaží, teda výšku asi 40 m. Panelové domy majú v porovnaní s ostatnou výstavbou svoje špecifiká, a to nielen z hľadiska objemového riešenia domov, ale aj z hľadiska výškového usporiadania, podkladu pre kotvenie systémov ETICS a ďalších technických parametrov.

Aplikácia hodnôt zaťaženia vetrom na počet kotiev
Na stanovenie počtu kotiev treba špecifikovať typ tepelnej izolácie a príslušný typ kotvy. Voľba tepelnej izolácie závisí od výsledných hodnôt tepelnotechnického výpočtu (návrh minimálnej hrúbky), protipožiarnych požiadaviek, nasiakavosti, požadovaného difúzneho odporu a podobne. Výrobcovia tepelných izolácií
odporúčajú vhodné kotvy. Výber kotiev sa riadi ich únosnosťou, montážnymi požiadavkami a podobne.
V prípade panelových domov treba pri voľbe kotiev zohľadniť vlastnosti podkladového materiálu. Pri sendvičových obvodových plášťoch ide o betónovú monierku s hrúbkou len 55 až 70 mm. V súlade s predpismi ETAG 014, ak je hrúbka podkladu, do ktorého sa má kontaktný tepelnoizolačný systém kotviť, menšia ako 100 mm, treba na stavbe realizovať skúšku kotiev (rozperiek) na vytrhnutie z podkladu.

Vlastnosti podkladového betónu sa môžu výrazne líšiť v závislosti od stupňa degradácie spôsobenej poveternostnými vplyvmi (karbonizácia betónu). Pevnosť betónu treba z tohto dôvodu overiť experimentálne alebo vo výpočte rátať s nižšou triedou betónu. V mnohých stavebných sústavách sa používali takzvané krajské varianty obvodových plášťov (variant používaný v príslušnom kraji), pri ktorých obvodový plášť nebol súčasťou záväzného typového podkladu. To znamená, že v rovnakej stavebnej sústave sa mohol použiť sendvičový typ obvodového plášťa, ale aj jednovrstvový fasádny panel. Ako príklad možno uviesť konštrukčný systém VVÚ ETA (pozn. stavebná sústava uplatňovaná v hromadnej bytovej výstavbe iba v Českej republike), v ktorom sa v prípade pražského variantu používal sendvičový plášť a v stredočeskom variante plášť pórobetónový.

Výnimkou nie je ani materiálová variabilita. Veľká materiálová variabilita je typická pre konštrukčný systém T 06 B s obvodovým plášťom z keramzitbetónu, troskakeramzitbetónu, expandokeramzitbetónu (obr. 1). Pri konštrukčnom systéme T 08 B sa realizoval obvodový plášť z jednovrstvových pórobetónových dielcov, v konštrukčnom systéme PS 69 (uplatňovanom v ČR) sendvičový alebo keramzitbetónový obvodový plášť a podobne. Štítové steny, ktoré tvoria nosnú konštrukciu, sú spravidla doplnené rozličnými obkladovými panelmi s ľahkými plnivami. Na určenie správneho typu kotvy preto treba realizovať aspoň základný prieskum s cieľom zistiť skutočnú skladbu fasádnych panelov. Príklad charakteristických hodnôt únosnosti uvádzanej výrobcom s ohľadom na podkladový materiál je uvedený v tab. 1.

Tab. 1 Charakteristické zaťaženie kotiev ejotherm NTK U

Samotný výpočet počtu kotiev musí spĺňať podmienku spoľahlivosti, teda Rd > Sd, pričom Rd je návrhová hodnota zaťaženia kotvy a Sd je návrhová hodnota účinkov sania vetra. Hodnotu Rd treba určiť ako menšiu z hodnôt odporu proti pretiahnutiu kotvy z počtu kotiev na 1 m² umiestnených na ploche kotevnej dosky a v škárach medzi doskami, vydelenú národným bezpečnostným súčiniteľom (uvádzajú ho výrobcovia tepelnoizolačných systémov na základe skúšok), alebo ako hodnotu odporu počtu kotiev na 1 m² proti vytrhnutiu z podkladu podľa ETAG 014, opäť vydelenú čiastkovým súčiniteľom bezpečnosti. Príklad počtu kotiev na prichytenie tepelnoizolačného systému na panelový dom konštrukčného systému T 08 B je uvedený na obr. 2.

Porovnanie počtu kotiev pre rozličné zemepisné polohy
Porovnanie počtu kotiev na realizáciu ETICS sa uskutočnilo na modelovom príklade budovy umiestnenej v Prahe, Londýne a Haagu. Počítalo sa s kotvami EJOT NTK U a kotvami Baumit KeberAnker 138. Pri návrhu sa bral do úvahy odporúčaný počet kotiev v rámci systémového riešenia jednotlivých výrobcov kontaktných tepelnoizolačných systémov.

Modelová budova mala šírku 14 m, dĺžku 40 m a výšku 35 m. Budova s danými rozmermi reprezentuje typ stavby podobnej doskovému domu konštrukčného systému VVÚ ETA s 12 + 1 podlažím (obr. 3). Aj keď Londýn patrí do nižšej veternej oblasti ako Praha (rýchlosť vetra 20 m/s), výsledok dynamického tlaku vetra je ovplyvnený kategóriou terénu v otvorenej delte rieky Temža (kategória II.). V prípade Haagu ide o mesto na pobreží mora (kategória terénu 0) s rýchlosťou vetra 30 m/s.

Obr. 3 Geometria budovy a zaťaženie vetrom v Londýne

Obr. 4 Počet kotiev nevyhnutný na prenesenie zaťaženia vetrom pre Londýn, porovnanie s od

Pre budovu v Londýne sa stanovil počet kotiev podľa obr. 4. Z porovnania s odporúčanými počtami kotiev dodávateľov kontaktných tepelnoizolačných systémov firiem Baumit, STO a Knauf možno vidieť, že niektoré by neboli na strane bezpečnosti. Ešte menej priaznivo vychádza porovnanie identickej budovy postavenej v Haagu (tab. 2). V jednotlivých oblastiach skúmanej fasády je počet kotiev v porovnaní s Prahou dvojnásobný.

Tab. 2 Porovnanie počtu kotiev v pásmach fasády 1 = A, 2 = B, 3 = C, 4 = E pre rozličné zemepisné polohy

Záver
Z uvedeného rozboru vyplýva, že hodnoty zaťaženia vetrom určené na základe výpočtu v súlade s STN EN 1991-1-4: 2007 (Eurokód 1. Zaťaženia konštrukcií. Časť 1-4: Všeobecné zaťaženia. Zaťaženie vetrom) môžu dosahovať predovšetkým v okrajových pásmach panelových budov vyskytujúcich sa na území Česka, ale aj Slovenskej republiky návrhové hodnoty väčšie ako 3 kN/m² (na porovnanie – napríklad pri použití rozperných kotiev EJOT NTK U treba na prenesenie tohto zaťaženia použiť až 16 ks rozperných kotiev na štvorcový meter). V porovnaní s predpismi aplikovanými na základe STN 73 0035 sa menia nielen výškové pásma zaťaženia, ale predovšetkým dĺžka okrajovej oblasti (nárožia), kde sa prejavujú zvýšené účinky sania vetra.

Vzhľadom na to, že certifikácia kotviacich prvkov (rozperných kotiev) plne zabezpečujúcich nosnosť ETICS na účinky sania vetra sa vykonáva v súlade s európskymi návodmi na európske technické osvedčovanie výrobkov (ETAG), musí aj statický výpočet ich počtu a rozmiestnenia na fasáde, vrátane určenia zaťaženia, zodpovedať európskym normám. Statický výpočet treba vypracovať vždy pre konkrétne geografické podmienky. Za vypracovanie dokumentácie je zodpovedný projektant, nie dodávateľ kotiev alebo kontaktného tepelnoizolačného systému.

TEXT: doc. Ing. Hana Gattermayerová, CSc., Ing. Jiří Karas, CSc.
FOTO a OBRÁZKY: autori

Doc. Ing. Hana Gattermayerová, CSc., pôsobí ako docentka na Katedre konštrukcií pozemných stavieb Stavebnej fakulty ČVUT v Prahe. Je autorizovaným inžinierom pre statiku a dynamiku stavieb. Okrem toho je hlavným statikom v projektovej spoločnosti Atelier P. H.A, s. r. o., kde vedie profesijnú skupinu betónových a oceľových konštrukcií.

Ing. Jiří Karas, CSc., pôsobí ako odborný asistent na Katedre konštrukcií pozemných stavieb Stavebnej fakulty ČVUT v Prahe.

Recenzovala prof. Ing. Zuzana Sternová, PhD., ktorá je riaditeľkou Technického a skúšobného ústavu stavebného, n. o., (TSÚS) v Bratislave.

Literatúra
1.    ETAG 004 – Európska organizácia pre technické osvedčovanie – Vonkajšie zložené tepelnoizolačné systémy s omietkou (ETICS).
2.    ETAG 014 – Európska organizácia pre technické schvaľovanie – Kotvy z plastu na pripevňovanie vonkajších kontaktných tepelnoizolačných systémov s omietkou.
3.    Technologické predpisy a pomôcky pre projektovanie (Baumit, Stomix, Sto, Knauf, Mamutherm).
4.    Technické listy mechanických kotviacich prvkov – EJOT, Koelner, WKRET, KEW, BRAVOLL.
5.    Purnoch, P.: Štúdia vplyvu sania vetra na návrh kontaktných tepelnoizolačných systémov, bakalárska práca. Praha: Stavebná fakulta ČVUT, 2010. Vedúca bakalárskej práce doc. Ing. H. Gattermayerová, CSc.

Článok vznikol za podpory výskumného projektu VAV-SP_3g5_221_07.

Článok bol uverejnený v časopise Stavebné materiály.