Oceľ v stavebníctve

Oceľ ako stavebný materiál musí v súčasnosti, najmä na európskom trhu, odolávať konkurencii a značnej obľube železobetónu, preto je dobré bližšie predstaviť výhody použitia oceľových konštrukcií. Aj pre slovenské a české stavebníctvo je totiž typické, že dáva prednosť betónovým a železobetónovým konštrukciám pred konštrukciami z ocele. A to aj napriek ich preukázateľným technickým, ekonomickým, estetickým i ekologickým prednostiam.

Typické vlastnosti ocele
Jedným z pozitív, ktoré má pre projektanta, dodávateľa a v neposlednom rade aj architekta či investora oceľová konštrukcia v porovnaní s konštrukciami z ostatných materiálov, [1] je rýchlosť výstavby. Tá spolu s nákladmi na dopravu a montážou môže veľkou mierou prispieť nielen ku skráteniu času medzi začatím stavby a jej dokončením, ale aj k hospodárnosti celej stavby. Pre oceľ je typické aj spojenie ekonomiky s ekológiou, t. j. možnosť rekonštrukcie, zosilňovania, ľahká demontáž a recyklovateľnosť kovového materiálu.

Vďaka nízkej hmotnosti tohto materiálu, ktorý má priaznivý vplyv na veľkosť stáleho zaťaženia základov a podložia, môže oceľ znižovať i nároky na zakladanie stavby. Pre architektov a nadväzujúce profesie je určite významná schopnosť oceľovej konštrukcie prekonávať značné rozpätia stropov a striech pri pomerne malých rozmeroch nosníkov. Z toho vyplýva aj ľahšia realizácia prestupov vedenia energií a médií, k čomu prispieva vhodný tvar priehradovej konštrukcie a možnosť realizovať prestupy plnostennou konštrukciou prakticky na ľubovoľnom mieste.

Zo statických a pevnostných vlastností treba pri vhodne navrhnutej oceľovej konštrukcii uviesť schopnosť absorbovať vplyvy nerovnomerného sadania, poddolovania a otrasov pri využití materiálu jednotlivých prvkov konštrukcie až po úroveň plasticity a pri zachovaní nezanedbateľnej zvyškovej nosnosti aj takto ovplyvnenej konštrukcie.

Zvláštnu kapitolu v navrhovaní oceľových konštrukcií tvoria čoraz viac sa presadzujúce spriahnuté oceľovobetónové konštrukcie. Vhodný návrh dokáže spojením oboch materiálov nielenže optimalizovať hmotnosť použitej ocele, ale aj minimalizovať potrebu protikoróznej a protipožiarnej povrchovej ochrany, a tým ušetriť investorovi náklady.

Vybetónovanie, resp. obetónovanie oceľového profilu navyše statikovi umožňuje pri výpočte využiť už vyššie spomínanú plasticitu, a vďaka tomu navrhnúť ekonomicky zaujímavú a architektonicky uspokojivú štíhlu konštrukciu. Časté obavy investorov a projektantov pozemných stavieb zo zložitosti a ekonomickej náročnosti bohužiaľ obmedzujú rozšírenie tohto typu konštrukcií. Iba včasné rokovania investora, dodávateľa a projektanta na začiatku spracovania dokumentácie stavby, podložené ekonomickou súvahou, môžu následne viesť k návrhu modernej konštrukcie. Veľká zodpovednosť za prelomenie pretrvávajúcich stereotypov leží v tomto prípade hlavne na projektantovi.

Veľmi časté sú úpravy nosných konštrukcií počas výstavby na základe zmien či zvýšených nárokov zo strany stavebných profesií alebo objednávateľa. Vzhľadom na dnes bežné mimoriadne krátke lehoty na spracovanie projektovej dokumentácie celej stavby, na tlak na znižovanie ceny projektu i dodávok, a následne vyvolané zmeny technológií a nové požiadavky ide o dlhodobý jav. Oceľová konštrukcia je však lepšie pripravená splniť tieto nároky ako ostatné materiály.

Z vizuálnej stránky nemožno zabudnúť na efektný vzhľad detailov oceľovej konštrukcie v spojení s ďalšími obľúbenými a modernými konštrukčnými materiálmi, ako sú sklo, hliník a drevo.

Oceľ z pohľadu ekológie
Oceľ je prírodný materiál (surovinou je železná ruda). Železo, z chemického hľadiska základ ocele, je štvrtým najrozšírenejším prvkom v zemskej kôre a bez ohľadu na konečný výrobok nezaťažuje životné prostredie škodlivými vplyvmi. V porovnaní s inými konštrukčnými materiálmi je energetická náročnosť ocele pomerne nízka. Napríklad pri hliníku predstavuje160 kJ/kg, pri oceli 20 kJ/kg, teda osemkrát menej. Neobyčajne významnou prednosťou ocele v čase neustále sa sprísňujúcich ekologických požiadaviek je bezproblémová recyklácia. Značný podiel už nepotrebných, vyradených a opotrebovaných oceľových výrobkov sa vracia naspäť do oceliarní v podobe cennej druhotnej suroviny, ktorú USA veľmi prezieravo už v roku 1997 vyradili zo zoznamu pevných odpadov. V roku 1999 sa využilo 336 megaton šrotu (zo 788 megaton vytavenej ocele), čo predstavovalo 42,6 % a veľkú úsporu prírodných zdrojov [2].

Technické vlastnosti
O technických prednostiach ocele, ktoré umožňujú jej výrobcom prejsť od tradičných dodávok jednotlivých komodít (valcovaných profilov, pásov, rúr) k dodávkam ucelených konštrukčných uzlov alebo systémov s vyššou pridanou hodnotou (napr. stropných dosák, stenových rámov, celistvých obytných buniek), by sa dalo písať veľmi obšírne.

Technické vlastnosti ocele v stavebníctve možno v krátkosti zhrnúť takto:

• tvárne kontrolovaná akosť oceľových polotovarov,
• schopnosť spájať sa s inými materiálmi,
• nízka hmotnosť celej stavby,
• krátky čas výstavby nezávislej od zmien počasia,
• odolnosť proti prírodným živlom a zemetraseniam,
• dlhá životnosť oceľovej konštrukcie.

Inovácie oceľových konštrukcií
Požiarna odolnosť
Veľká pozornosť sa už niekoľko rokov zameriava na požiarnu odolnosť, ktorá spolu s nízkou koróznou odolnosťou patrila donedávna k slabinám oceľových konštrukcií. Vývoj v posledných rokoch však naznačuje, že oceľ nevyčerpala svoj inovačný potenciál a jej vlastnosti sa dajú tvarovaním, tepelným spracovaním a povrchovou úpravou ďalej vylepšovať a na mieru prispôsobovať náročným požiadavkám konštruktérov.
Ak je primárnou požiadavkou predovšetkým požiarna odolnosť, ujala sa kombinácia ocele a betónu v podobe oceľových rúrových stĺpov s betónovou výplňou. Požiarne skúšky ukázali, že oceľové konštrukcie sú schopné splniť všetky požiadavky na protipožiarnu ochranu, aj keď je ich výstavba ekonomická.

Povrchová ochrana
Jednou z mála slabín konštrukčných ocelí obvyklých akostí je nižšia odolnosť proti všetkým druhom korózie. Aj to však dokáže súčasný oceliarsky priemysel úspešne riešiť sofistikovanými postupmi povrchového zošľachťovania na spojitých linkách, ktoré nadväzujú na valcovacie trate. Týmito postupmi, riadenými na najnovších linkách pomocou počítačov, sa sleduje nielen dosiahnutie potrebnej odolnosti proti korózii, ale aj estetický účinok (optimálnou farebnosťou alebo povrchovou štruktúrou) [4]. Korózna odolnosť stavebných profilov sa dnes dostala nad úroveň 100 rokov, takže mnohokrát prevyšuje životnosť samotnej budovy.
Súbor týchto uvedených výhod spolu s príkladmi úspešne realizovaných stavieb s nezanedbateľným podielom oceľových konštrukcií môže pomôcť projektantovi i architektovi ďalej presadzovať oceľ pri ­realizácii ďalších projektov.
 
Oceľové konštrukcie v realizácii
Pozrime sa napríklad na najlepšiu českú stavbu roku 1995 – Agrobanku (teraz Raiffei­senbank) v Brne, kde sa veľká časť interiéru vytvorila kombináciou ocele a skla. V rámci výstavby obchodných centier sa oceľové konštrukcie uplatnili napríklad v pražskom centre Chodov. Tu sa oceľ v množstve niekoľkých tisíc ton použila ako nosný prvok prakticky na celej stavbe. Oceľ ako nosná konštrukcia a súčasť interiérov sa uplatnila aj vo vysokoškolskom kampuse v Brne. Rad pohľadových oceľových konštrukcií v interiéroch a exteriéroch v spojení so sklom dominuje aj budove Českej poľnohospodárskej a potravinárskej inšpekcie, opäť v Brne. Táto stavba si vyslúžila v roku 1998 aj ocenenie v súťaži o stavbu roka. Spomenúť možno ešte vydarenú ukážku využitia ocele v areáli Mendelovej poľnohospodárskej a lesníckej univerzity.

Oceľ nájdeme aj na termináli Sever v Prahe-Ruzyni, kde sa nad hlavami cestujúcich rozpína oceľová konštrukcia strechy. Unikátna oceľová konštrukcia je aj súčasťou odbavovacej haly letiska v Brne. Hala má rozpon 40 metrov a chýbajú jej akékoľvek vnútorné podpory v hlavnej časti budovy. Oceľ ako nosný i architektonický prvok zvolili projektanti aj pre odbavovaciu budovu letiska v Karlových Varoch. Súčasné riešenie z ocele ponúka variabilitu, ktorú betón ani iné materiály neumožňujú.

Ďalšie uplatnenie a spotrebu stavebnej ocele možno odhadovať iba na základe vývoja objemu stavebných prác a ich štruktúry. Spotreba stavebnej ocele bude závisieť od štruktúry stavebných prác, cenového vývoja stavebnej ocele a v neposlednom rade aj od vývoja nových konštrukčných materiálov.

Ing. Tomáš Měřínský
Foto: archív ČAOK

Autor je viceprezidentom Českej asociácie oceľových konštrukcií (ČAOK ), ktorá združuje viac než 50 subjektov, výrobcov hutníckych materiálov, obchodníkov s oceľou, stavebných firiem a spoločností, zaoberajúcich sa oceľovými konštrukciami. Spoločnosť je členom Európskej asociácie oceľových konštrukcií (ECCS).

Literatúra
1. Bosch, P.: Ocelové konstrukce v nejlepších stavbách roku, časopis Konstrukce 1/2007, s. 21–20.
2. Sommer, B.: Ocel – opomíjený materiál v českém stavebnictví, časopis Ocelové konstrukce 4/2001, s. 46–48.
3. Wald, F.: Teplota plynu při požáru patrové budovy, časopis Konstrukce, 2/2005.
4. Sommer, B.: Výrobkové inovace ocelářského průmyslu pro stavební konstrukce, časopis Ocelové konstrukce 6/2001, s. 52–54.

Článok bol uverejnený v časopise Stavebné materiály.