Najčastejšie príčiny zlyhania strešných konštrukcií

Havária skladovacej priemyselnej budovy ilustruje, že nosná konštrukcia môže byť v prevádzke dlhší čas napriek chybám v návrhu a nedokonalostiam pri jej realizácii. Oceľová konštrukcia halového objektu s troma loďami má stĺpové priečne väzby v pozdĺžnej osovej vzdialenosti do 3,0 m. Hlavné nosné stĺpy vysoké 3,6 m z valcových profilov HE 300 sú pomocou kotevných skrutiek votknuté do železobetónových základových pätiek (obr. 1). Priehradové priečniky, ako hlavné strešné priehradové nosníky, kĺbovo pripojené k vrcholu stĺpov, nesú ľahký strešný plášť. Jeho nosnú vrstvu tvoria široké ohýbané, za studena tvarované tenkostenné plechy. V spodných vlnách sú samoreznými skrutkami pripojené k horným pásovým prútom väzníkov. Pri kvalitnej realizácii tak mali väzníky zaistiť proti strate stability postranným klopením. Ľahká skladovacia hala bola navrhnutá na rozhodujúce klimatické zaťaženia snehom s intenzitou 0,7 kN/m² (II. snehová oblasť).

Po intenzívnom snežení a otepľovaní strechu v krajnej lodi priľahlej k administratívnej budove zaťažoval závej hrubý približne 0,4 m. K zlyhaniu väzníka v tejto oblasti došlo vybočením prvých dvoch výplňových prútov a následným postranným vybočením väzníka.  Spoje plechovej krytiny strate stability nezabránili, lebo došlo k odstrihnutiu skrutiek Prepočet strechy ukázal, že limitujúcim prvkom bola prvá vzostupná diagonála väzníka namáhaná vzperným tlakom. Aj pri zanedbaní prídavného namáhania z excentrického pripojenia výplňových prútov z kruhovej betonárskej ocele nemala dostačujúcu vzpernú pevnosť ani pri predpísanom návrhovom zaťažení strechy. Preťaženie strechy tak odkrylo uvedené nedostatky návrhu.

Absencia autorského dozoru, nevhodný návrh spolu s nedorozumením medzi účastníkmi výstavby spôsobili haváriu strešnej konštrukcie výrobnej haly v procese jej realizácie. Objekt s pôdorysom v tvare obdĺžnika má šírku 20,6 m a dĺžku 47,7 m. Obvodové múry z pórobetónových tvárnic lemuje železobetónový veniec s rozmerom 0,25 m x 0,25 m. Na ňom, ako aj na železobetónových stĺpoch 0,4 m x 0,4 m pri pozdĺžnej osi haly sú uložené priehradové väzníky krovu. Dva jednoducho podpreté trojuholníkové väzníky základnej priehradovej sústavy sú na stavbe uložené pozdĺžne vo vzájomnej osovej vzdialenosti 4,0 m. Ľavý väzník uložený na obvodovom múre a pri strede haly zase na železobetónovom stĺpe má rozpätie 10,55 m. Vzhľadom na asymetrickú polohu medziľahlých stĺpov je rozpätie väzníka na pravej strane zmenšené na 9,85 m (titulný obr.).

Najväčšia systémová výška väzníkov nad strednou podperou je iba 2,018 m. Priľahlých desať priehrad vymedzujú zvislice z hranolov 80 x 80 mm. Prvé štyri diagonály pri strede haly sú z hranolov 80 x 120 mm. V zostávajúcich šiestich priehradách je ich prierez zmenšený na 80 x 100 mm. Koncová atypická časť väzníkov je uložená na obvodovom múre s excentricitou 421 mm. Spojité pásové prúty sú z dvoch hranolov 60 x 180 mm. Na prípoje v uzloch sa použilo osem klincov 6 x 150 mm (obr. 2). Krytina haly v sklone 18,4 % z trapézového plechu s výškou 20 mm sa podložila parotesnou vrstvou a uložila na drevené väznice. Tieto drevené hranoly 80 x 180 mm sú situované prevažne v uzloch horného pása väzníkov.

V januárové ráno pred začiatkom práce okolo 7.00 sa celkom zrútilo prvých päť nosníkov. Zostávajúce tri priečne väzby krovu vykazovali v dôsledku zaťaženia vrstvy snehom v hrúbke 0,4 m nadmerné priehyby. Krajný z nich mal prelomený horný tlačený pás pri štvrtej zvislici vo vzdialenostiach 4,4 m, teda v 0,42 násobku rozpätia. Únosnosť jednotlivých konštrukčných častí overená prepočtom ukázala, že limitujúcimi prvkami sú pásové prúty v druhej a tretej priehrade od uloženia na múre.

Vnútorné sily a deformácie pre rozhodujúce návrhové zaťaženie strechy sa stanovili na výpočtovom modeli väzníka s ohybovo tuhými pásmi a kĺbovo k nim pripojenými výplňovými prútmi. Vplyv momentov v ťahanom pásovom prúte vyvoláva rovnaké napätia ako ťahová sila. Výsledná únosnosť pri normou predpísanom zaťažení snehom 1,0 kN/m² sa teda prekročila až o 46 %. Ešte nepriaznivejšie výsledky sa konštatovali v tlačenom páse. Napätie pri uvažovaní momentu prekračuje návrhovú pevnosť o 51 %. Kritérium únosnosti smrekového dreva v zmysle STN 73 1701 bolo prekročené až o 70 %. Navyše, autor projektu nevhodne postupoval podľa STN 73 1701 čl. 112 a vo výpočtovom modeli uvažoval predpoklad kĺbových spojov v uzloch priehradoviny, ktorý sa v súčasnosti pokladá za nebezpečne konzervatívny.

Dokumentáciu pre stavebné povolenie strešnej konštrukcie haly zhotovil projektant a realizačný projekt zase dodávateľ stavby. Ten vybral typ klincových spojov, uzlov a spôsob rozmiestnenia stužovadiel zaisťujúcich priestorovú tuhosť strechy. Omylom sa nazdával, že väzníky sa skladajú z dvoch nezávisle a samostatne fungujúcich častí, kým projektant predpokladal spojitý priehradový nosník s dvoma poliami. Distribúcia vnútorných síl sa potom, samozrejme, odlišuje, a to vrátane miesta najviac exponovaného prierezu.

Havária strešnej konštrukcie autobusového nástupišťa svedčí o dôležitosti prevádzkovej údržby. Pôdorys 40 x 4,1 m prekrýval nosný systém z 11 konzolových priečnych väzieb votknutých do základov vo vzájomnej vzdialenosti 3,3 m až 4,6 m (obr. 4). Pozostávajú zo zvislej stojky vysokej 3,3 m. Prierez tohto stĺpa s výškou 430 mm oblúkom prechádza do konzoly s celkovou dĺžkou 4,1 m. Výška jej prierezu na styku so stĺpom je 300 mm, pričom ku koncu vyloženia sa zmenšuje na 170 mm. Kolmo na priečne väzby sú uložené uholníkové väznice. Na konci vyloženia konzoly a v jej strede majú priečne väzby pozdĺžne stužovadlá. Spolu s krytinou, stenovým plechom a priečnymi trámami spoľahlivo zabezpečovali priestorovú stabilitu nosného systému.

Začiatkom januára minulého roka sa v podvečer zrútila konzolová časť strechy nesúca vrstvu snehu 0,6 m. Havária sa začala v druhej priečnej väzbe s najväčšou prislúchajúcou zaťažovacou šírkou. V najviac namáhanom priereze konzoly pri stĺpe sa vytvoril plastický kĺb. Znehodnotením pozdĺžnych stužovadiel štvornásobne vzrástla dĺžka konzoly pri klopení, čo spôsobilo  k stratu stability postranným vybočením.

Detailnejší prepočet potvrdil, že konštrukcia nástupišťa pri najnepriaznivejšej kombinácii návrhového zaťaženia spĺňala normové kritéria. Pri návrhovej intenzite zaťaženia snehom 1,5 kN/m² v IV. snehovej oblasti mala v kritickom priereze pri votknutí dokonca 6 % rezervu únosnosti. Jedinou príčinou havárie bolo teda preťaženie v dôsledku neodstraňovania mokrého snehu. V súlade s čl. 178 normy STN 73 2601 sa konštrukcia počas užívania musí riadne udržiavať. Navyše, čl. 86 normy STN 73 0035 predpisuje zvislé charakteristické zaťaženie 1,0 kN. Práve takéto zaťaženie spôsobuje osoba, ktorá udržiava strechu alebo odstraňuje jej nadmerné zaťaženie. Napriek vrstve snehu v hrúbke 0,6 m na streche správca nezabezpečil jej preventívne čistenie, čo zapríčinilo preťaženie a následné zrútenie. Stavebný stav nosnej konštrukcie pred haváriou sa dal klasifikovať ako veľmi dobrý, keďže v rámci verejnoprospešných prác sa obnovila povrchová ochrana a odstránili sa menšie vzhľadové nedokonalosti. Paradoxne sa sa nepodarilo nájsť vlastníka objektu, a teda aj subjekt zodpovedný za správu.

Iba výnimočne dochádza k poškodeniu konštrukcie jej nevedomým preťažením zapríčineným mimoriadnymi vplyvmi. Príkladom je krajčírska dielňa s pôdorysom 15 x 33 m. Halový objekt má 12 stĺpových priečnych väzieb vo vzájomnej vzdialenosti 3,0 m. Priehradový priečnik s rozpätím 15 m, kĺbovo uložený na plnostenných stĺpoch má na vonkajšej strane za fasádou konzolu dlhú 3,0 m. Takto vyložená časť strechy nad verejným chodníkom sa porušila pri zaťažení snehom (obr. 5). Nosná časť ľahkého strešného plášťa bola z tenkostenného trapézového plechu. Tepelnoizolačnú vrstvu vytvorili z dosiek na báze minerálnej vlny v kombinácii s penovým polystyrénom. Vrstvy povlakovej krytiny z asfaltových hydroizolačných pásov fixované asfaltovým náterom chránili strešný plášť proti poveternostným vplyvom. Poškodenú strechu po 10 rokoch prevádzky opravili pridaním doplnkovej vrstvy z penobetónu hrubej 30 mm spolu s ďalšími pomocnými hydroizolačnými asfaltovými pásmi. Prepočet ukázal, že práve toto stále prídavné zaťaženie spôsobilo zrútenie konzolových častí strechy po intenzívnom snežení.

Spoľahlivosť nosných konštrukcií závisí od kvality jej návrhu, realizácie a exploatácie. Preto sa veľká pozornosť venuje práve rozvoju koncepcií navrhovania a formulácií korešpondujúcich kritérií potenciálnych medzných stavov sa s rozvojom uplatňovania rozličných nosných systémov výskumu. Súčasné návrhové postupy smerujú k objektívnejšiemu vystihnutiu zaťaženia, ako aj odolnosti konštrukčných prvkov, a to pri uplatňovaní spoľahlivých prístupov k návrhovým parametrom náhodného charakteru. Predpokladáme, že činnosť projektanta v priebehu návrhu je perfektná, realizovanú v optimálnom prostredí, bez nedostatkov v aplikácii normových ustanovení. Výstavbu realizujú špecializované firmy so skúsenými technicko-organizačnými pracovníkmi. Do termínu ukončenia výstavby sú teda konštrukcie v starostlivosti erudovaných odborníkov. Zárukou spoľahlivej funkcie nosnej konštrukcie počas celej predpokladanej životnosti je spoľahlivá správa, ako aj včasná a odborná údržba.