Vystuženie dosky proti pretlačeniu pomocou šmykových tŕňov

Porušenie dosky pretlačením cez stĺp je nebezpečným javom, ktorému možno predísť dvoma spôsobmi: buď konštrukčnými úpravami dosky, alebo jej správnym vystužením v okolí stĺpa. V súčasnosti sa na tento účel čoraz častejšie používajú šmykové tŕne, ktorých základné vlastnosti sa uvádzajú v článku.

Porušenie dosky pretlačením často predstavuje jedno z rozhodujúcich posúdení pri návrhu hrúbky železobetónovej dosky v nosných konštrukciách budov. S možnosťou porušenia dosky pretlačením sa projektanti stretávajú najmä pri základových pätkách stĺpov alebo pri projektovaní nosných skeletov, kde sú bezprievlakové dosky uložené lokálne na stĺpoch.

V mieste uloženia na stĺp je doska väčšinou zaťažená šmykovou silou a dvojosovým ohybovým momentom. Takéto kombinované namáhanie vytvára v doske stav napätosti, ktorý môže viesť k jej porušeniu ešte predtým, ako sa vyčerpá jej ohybová únosnosť v rozpätí medzi stĺpmi. Poznatky z praxe ukazujú že takýto spôsob porušenia je mimoriadne nebezpečný najmä preto, že k nemu dochádza náhle, bez akýchkoľvek varovných znakov (plastické deformácie, plynulé otváranie trhlín) [3]. Po porušení dosky v mieste najviac namáhaného stĺpa väčšinou dochádza k prerozdeleniu zaťaženia k susediacim stĺpom a následne k reťazovému zrúteniu celej nosnej konštrukcie [1].

V súčasnosti už existuje niekoľko typov výrobkov, ktoré umožňujú zvýšiť únosnosť dosky proti takémuto spôsobu porušenia. Jedným z nich sú šmykové tŕne s obojstranne rozkovanou hlavou. Po vystužení dosky týmito prvkami sa môže jej únosnosť proti porušeniu pretlačením až zdvojnásobiť. Šmykové tŕne sa vyrábajú na mieru v dielni a na stavbe sa už iba osadia do hlavnej ohybovej výstuže dosky.

Porušenie dosky pretlačením
S porušením dosky pretlačením cez stĺp sa projektanti a konštruktéri stretávajú prakticky odvtedy, ako sa začali železobetónové konštrukcie používať. V dôsledku nedostatočných teoretických vedomostí sa v minulosti snažili tomuto javu predchádzať zhotovovaním tzv. hríbových stropov, prípadne vystužovaním dosky valcovanými profilmi. Návrh týchto konštrukčných riešení však často vychádzal iba z empirických postupov. Hríbové stropy sa navyše javili ako nevhodné z architektonického, technologického, ale aj funkčného hľadiska.

Prvé teoretické postupy na posúdenie pretlačenia v doskách začali vznikať v druhej polovici 20. storočia. Väčšina teoretických postupov používaných na analýzu dosky v okolí stĺpa vychádza z priehradového modelu (obr. 1 a 2). Šmyková sila sa v nich prenáša z dosky do stĺpa systémom ťahaných a tlačených diagonál (obr. 1). K porušeniu dosky pretlačením dochádza po vyčerpaní únosnosti prvej ťahanej diagonály (obr. 2).

Obr. 1: Vnútorné sily v doske pred porušením pretlačením	Obr. 2: Vnútorné sily v doske po porušení pretlačením

Ešte pred porušením pretlačením vznikajú na hornej hrane dosky ohybové trhliny, ktoré zachytáva jej horná ohybová výstuž. Po prekročení únosnosti v pretlačení vzniká v betónovej doske šmyková trhlina, ktorej sklon zodpovedá sklonu prvej tlačenej diagonály. Šmyková trhlina sa spojí s ohybovými trhlinami na hornej hrane dosky a šíri sa po celom obvode stĺpa, čím sa z dosky oddelí kužeľ.

V súčasnosti sú princípy na posúdenie a vystuženie dosky proti pretlačeniu stanovené v harmonizovanej európskej norme EN 1992-1-1 [4]. V zmysle tejto normy posúdenie dosky pozostáva z:

• overenia jej únosnosti bez šmykovej výstuže,
• návrhu šmykovej výstuže,
• posúdenia jej maximálnej únosnosti so šmykovou výstužou.

Odolnosť dosky proti pretlačeniu sa posudzuje ako šmyková únosnosť jej prierezu na obvode, ktorý sa nachádza vo vzdialenosti rovnajúcej sa dvojnásobku účinnej výšky dosky od zaťaženej plochy. V prípade, ak únosnosť dosky nie je postačujúca, odporúča sa buď zmeniť jej hrúbku, alebo navrhnúť do nej výstuž.

Tá musí spĺňať najmä dve funkcie:

• zabraňovať vzniku šmykovej trhliny v oko­lí zaťaženej plochy,
• zabezpečovať roznos zaťaženia zo stĺpa na dostatočne veľkú plochu tak, aby nedošlo k porušeniu dosky mimo vystuženej oblasti.

Vystuženie dosky proti pretlačeniu sa väčšinou zabezpečuje pomocou zvislých výstužných prútov, ktoré treba okolo stĺpa umiestniť vejárovitým spôsobom (obr. 3).

V zmysle EN 1992-1-1 [4] možno na zosilnenie dosky proti pretlačeniu použiť rozličné typy výstužných prvkov. Pravidlá na navrhovanie výstuže sú však zadefinované len pre bežné typy výstuží – šmykové strmienky. Zásady pre návrh a použitie iných typov výrobkov musia byť v zmysle EN 1991-1-1 [4] definované Európskym technickým osvedčením (ETA). Vzhľadom na zdĺhavosť a komplikovanosť schvaľovacieho procesu vedúceho k získaniu ETA dosiaľ ani jeden z výrobcov šmykových tŕňov nedisponuje európskym technickým osvedčením pre tento typ výrobkov. V súčasnosti sa teda navrhovanie a používanie šmykových tŕňov reguluje výlučne národnými technickými osvedčeniami schvaľovanými v jednotlivých krajinách EÚ [5].

Vystuženie dosky pomocou šmykových tŕňov
Výstuž zo šmykových tŕňov s rozkovanou hlavou používaná na zosilnenie dosky proti pretlačeniu je znázornená na obr. 4. Tŕne sa štandardne vyrábajú z betonárskej výstuže Bst500s. Priamo v dielni sú navarené na dištan­čnú lištu, čo umožní na stavbe dodržať ich požadovaný rozstup. Hlava tŕňov sa vytvorí rozkovaním výstuže na oboch koncoch. Tŕne možno do dosky osadiť buď zavesením na ohybovú výstuž, alebo uložením cez plastové podložky priamo do debnenia dosky (obr. 5).

Pri návrhu výstuže do dosky sa uvažuje, že tŕne zo statického hľadiska plne nahrádzajú ťahané diagonály v betóne [3]. Príspevok betónu k únosnosti dosky proti pretlačeniu sa teda zanedbáva (obr. 6).

Tŕne sú pritom namáhané ťahovou silou vo zvislom smere. Z podmienky ťahovej únosnosti sa stanoví potrebný počet a priemer výstužných prútov, ktoré treba umiestniť do okolia stĺpa. Rozmery hlavy tŕňa sa navrhnú tak, aby sa na kontaktnej ploche medzi hlavou a betónom zabezpečil prenos maximálnej ťahovej sily, ktorá môže vzniknúť v drieku tŕňa.

Potrebný počet obvodov výstužných prútov sa stanoví z požiadavky na roznos zaťaženia zo stĺpa do dosky.

Z pohľadu projektanta môžu byť zaujímavé predovšetkým ekonomické dopady spojené s používaním šmykových tŕňov pri vystužovaní dosky proti pretlačeniu. Tie vyplývajú najmä z konštrukčných zásad definovaných pre jednotlivé typy výstužných prvkov. Kým v zmysle EN 1992-1-1 [4] treba obmedziť maximálny rozstup strmienkov v doske na dvojnásobok účinnej výšky dosky (2d), v prípade použitia šmykových tŕňov je tento maximálny rozstup vyšší (3.5d). V praxi to môže znamenať, že počet šmykových tŕňov potrebný na dosiahnutie stanovenej únosnosti je v porovnaní s potrebným počtom strmienkov polovičný.

Výrobcovia šmykových výstuží sú vybavení väčšinou vlastným firemným softvérom, ktorý umožňuje projektantom rýchle a jednoducho navrhovať výstuž v zmysle technických osvedčení (obr. 7).

Záver
Z pohľadu staviteľa patrí vystužovanie dosák pomocou šmykových tŕnov medzi jednoduché riešenia. Tŕne sa navrhujú na mieru a dodávajú sa na stavbu navarené na dištančnej lište. Preto nie je potrebné pri ich použití vykonávať ďalšie úkony (napr. ohýbanie strmienkov) ako pri iných typoch vystužných prvkov. Dielenské spracovanie šmykových prútov takisto umožňuje vytvárať presné a kvalitné výrobky a zároveň poskytuje garanciu zhody s projektovou dokumentáciou.

Ekonomické a technologické prednosti tohto typu výstužných prvkov sú bezpochy­by hlavným dôvodom toho, že sa v súčasnos­ti čoraz častejšie využívajú pri vystužovaní dosák proti pretlačeniu, a to predovšetkým na úkor tradičných konštrukčných riešení (vystužovanie pomocou strmienkov).

Obr. 7: Softvér PeikDUR pre navrhovanie šmykových tŕňov PSB

Ing. Ján Bujňák, PhD.
Foto: PEIKKO Group

Autor je inžinierom pre R&D v spoločnosti PEIKKO Group

Literatúra
1. Guandalini, S.: Poinçonnement symétrique des dalles en béton armé. These N° 3380. Lausanne: EPFL, 2005.
2. Muttoni, A., Schwartz, J.: Behavior of Beams and Punching in Slabs without Shear Reinforcement.
In: IABSE Colloquium (Stuttgart), Vol. 62, 1991, pp. 703 – 708.
3. Beutel, K.: Durchstanzen schubbewehrter Flachdecken im Bereich von Innenstützen. Aachen:
Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule,
Fakultät für Bauingenieurwesen, 2002.
4. EN 1992-1-1 Design of concrete structures: General rules and rules for buildings.
5. Z-15.1-231 : Allgemenie bauaufsichtliche Zulassung. Deutsches Institut fur Bautechnik (DIBt) – 2. 2. 2005
6. www.peikko.sk (2009) „PSB – Výstuž proti pretlačeniu“. PEIKKO Group.

Článok bol uverejnený v časopise Stavebné materiály.