V roku 2015 sa začala príprava novej generácie Eurokódov, ktoré by mali byť na Slovensku zavedené do roku 2028. Jednou z významných zmien v novej generácii Eurokódov 2 je úprava metodiky návrhu kotvenia betonárskej výstuže. Táto zmena má priamy vplyv aj na princípy stykovania, ktoré sú kľúčové pre integritu betónových konštrukcií, vrátane prievlakov. Článok porovnáva návrhové postupy a dĺžku potrebného kotvenia výstuže medzi jednotlivými generáciami Eurokódov.
Vývoj Eurokódov a zmeny v stykovaní výstuže
Prvá generácia Eurokódov bola publikovaná v rokoch 2002 až 2007 Európskym výborom pre normalizáciu (CEN). Eurokódy priniesli predovšetkým zjednotenie noriem, štandardov a návrhových metód pre všetky členské štáty patriace pod organizáciu CEN. S neustálym vývojom nových technológií, materiálov a s úmyslom zlepšiť návrhové postupy sa od roku 2015 začali pripravovať Eurokódy novej generácie, ktoré by na Slovensku mali byť prijaté do sústavy STN do konca septembra 2027. Platnosť prvej generácie Eurokódov 2 (EC) sa skončí do 30. 3. 2028, [1]. V novej „druhej“ generácii Eurokódov prešla úpravou časť o kotvení a stykovaní betonárskej výstuže, kde bola upravená metodika návrhu a pridané nové možnosti kotvenia betonárskej výstuže. Tieto zmeny sú obzvlášť relevantné pre zabezpečenie správneho stykovania hornej výstuže prievlakov, kde sú požiadavky na kotvenie a stykovanie kritické.
Pravidlá pre kotvenie a stykovanie výstuže
Pravidlá pre kotvenie a stykovanie betonárskej výstuže sú uvedené v EN 1992-1-1:Časť 8 [2]. Prvá generácia EC okrem priamej koncovej úpravy betonárskej výstuže pripúšťa kotvenie ohybom, hákom, slučkou a privareným priečnym prútom (Obr. 1).
Súčinitele α1 až α5 zohľadňujú spôsob kotvenia a namáhania betonárskej výstuže, tvar a polohu betonárskej výstuže. Hodnoty súčiniteľov α1 až α5 sa berú s hodnotou 0,7 až 1,0. Druhá generácia EC 2 (EN 1992-1-1:2023, časť 11.4 [3]) zavádza nové pravidlá pre kotvenie a stykovanie betonárskej výstuže. Zároveň zahŕňa nové možnosti kotvenia, konkrétne kotvenie výstuže s hlavou a dodatočne inštalované výstuže.
Inovácie v kotvení: Výstuž s hlavou
Betonárska výstuž s jednostranne, alebo obojstranne rozkovanou hlavou predstavuje overený spôsob kotvenia v stavebnej praxi už niekoľko desaťročí (Obr. 5). Rôzne formy úpravy betonárskej výstuže s rozkovanou hlavou sa v súčasnosti využívajú ako štandardné konštrukčné prvky pri rezidenčnej výstavbe v zahraničí. Príkladom implementácie takýchto riešení je aj najvyššia budova Karlatornet v Göteborgu. Napriek týmto dlhodobo známym výhodám bolo kotvenie výstuže s hlavou oficiálne zahrnuté do návrhových predpisov až v novej generácii EC 2 [3].
Základný princíp návrhu spočíva v stanovení kotevnej kapacity hlavy. Ak má hlava dostatočnú kotevnú kapacitu a prenesie všetky ťahové sily, potom dodatočná kotevná dĺžka nie je potrebná. Pri použití hláv pre šmykovú výstuž a výstuž na ovinutie sa betonárska výstuž kotví iba cez hlavu. Ďalšia kotevná dĺžka nie je potrebná (viď. článok 11.4.7 (4) [3]). Medzi hlavné výhody tohto systému patrí skrátenie kotevnej dĺžky v porovnaní s tradičnými metódami, ako sú napríklad háky, vďaka vyššej efektivity prenosu napätia z výstuže do betónu. Taktiež umožňuje zlepšenie priestorových možností v prehustených konštrukčných detailoch monolitických betónových konštrukcií, napríklad v prievlakoch a stykoch stĺpov.
Porovnanie kotevných a stykovacích dĺžok
Cieľom porovnania prístupu oboch noriem je identifikovať rozdiely v návrhových požiadavkách, ktoré vyplývajú z aktualizovanej metodiky a nových návrhových princípov zavedených v druhej generácii EC. V rámci analýzy boli porovnané kotevné dĺžky výstuží s priamou koncovou úpravou pre priemery od 10 do 32 mm, pre betón triedy C20/25 (viď. Obr. 8).
Potrebné kotevné dĺžky hákov podľa prvej (EC2 G1) a druhej generácie Eurokódu 2 (EC2 G2) pre triedu betónu C25/30 a C30/37 dokumentujú Obr. 9 a Obr. 10. Pre ilustráciu sú grafy doplnené o kotevné dĺžky výstuže s hlavou definované v druhej generácii Eurokódu 2. Táto forma kotvenia v prvej generácii absentuje. Pri výstužiach s menšími priemermi je rozdiel v požadovanej kotevnej dĺžke hákov medzi prvou a druhou generáciou EC2 minimálny. Pri priemeroch od 20 mm a vyššie sa tento rozdiel zväčšuje, pričom druhá generácia EC2 vyžaduje dlhšie kotevné dĺžky. Kotevná dĺžka výstuže s hlavovou je podstatne kratšia. Pri profiloch s priemerom 10 mm a menej je kotevná dĺžka výstuže s hlavou prakticky nevyčísliteľná (viď. Obr. 11). Nová generácia EC 2 [3] prináša nové systémy kotvenia, ako sú kotevné hlavy a dodatočne inštalované výstuže. Tieto systémy sa už dlhší čas úspešne používajú v stavebnej praxi, kde preukázali svoju efektívnosť a bezpečnosť. Zaradením do Eurokódov sa ich navrhovanie zjednotí a zjednoduší. Návrhové kotevné dĺžky podľa nového EC 2 [3] vychádzajú pri priamej koncovej úprave dlhšie, najmä pri priemeroch betonárskej výstuže od 20 mm. Použitím kotevných hláv je možné výrazne skrátiť kotevné dĺžky betonárskej výstuže. Pri menších priemeroch a vyššej triede betónu vychádza kotevná takmer zanedbateľná. Je však dôležité dodržiavať všetky podmienky pre správne použitie týchto inovatívnych metód.
Konštrukčné zásady stykovania pozdĺžnej výstuže
Pri navrhovaní nosných železobetónových konštrukcií a vedení výstuže po dĺžke prvkov je potrebné dodržiavať konštrukčné zásady vystužovania. Uvedieme konštrukčné zásady, na ktoré sa niekedy zabúda, aj keď sú veľakrát veľmi dôležité a podstatne ovplyvňujú správny návrh, ako tiež zhotovenie monolitických železobetónových konštrukcií. Umiestnenie a konštruovanie výstuže obecne musí zodpovedať uvažovanému výpočtovému modelu konštrukcie. Medzery medzi prútmi výstuže musia umožňovať, či už správne uloženie, ako tiež riadne zhutnenie betónovej zmesi a preto je nevyhnutné zabezpečiť aj primeranú súdržnosť výstuže s betónom. Tieto všeobecné princípy sú obzvlášť dôležité pri stykovaní hornej výstuže prievlakov.
Pri stykovaní pozdĺžnej výstuže monolitických železobetónových konštrukcií, vrátane prievlakov, je hlavne používané stykovanie presahom a väčšinou všetkej výstuže v jednom priereze. V takom prípade je stykovacia dĺžka ovplyvňovaná najmä súčiniteľom α6 = 1,5. Svetlá vzdialenosť medzi stykovými prútmi nemá byť väčšia ako 4 Ø alebo 50 mm a svetlá priečna vzdialenosť medzi susednými stykovými prútmi nemá byť menšia ako 2 Ø, resp. 20 mm. Okrem vzdialeností je dôležité aj správne ohýbanie výstuže. V miestach zakrivenia prútov výstuže je nevyhnutné dodržiavať hodnotu minimálneho vnútorného priemeru prúta tak, aby nedošlo k vzniku ohybových trhlín vo výstuži, ale tiež k drveniu či rozštiepeniu betónu vo vnútornej strane oblúka zakrivenia prúta výstuže. Podľa normy STN EN 1992-1-1 je potrebné splniť túto podmienku. Hodnoty min. vnútorného priemeru zakrivenia prútov výstuže (Ømin) sú relatívne veľké. Hlavne pre prúty s Ø > 16 , napr. pre Ø = 18 mm je to Ømin = 7 . 18 = 126 mm.
Praktické aspekty a časté problémy pri stykovaní
V praxi sa často stáva, že práve vzdialenosť medzi stykovými prútmi presahom je veľakrát väčšia ako 4 Ø alebo 50 mm. Vyplýva to zo zlého zabezpečenia polohy takzvanej čakacej výstuže, ako tiež aj z navrhovaného vyhýbania sa pozdĺžnej výstuže v mieste stykovania. Zlý príklad takého stykovania je vidieť napr. na obr. 12.
Výsledkom takéhoto návrhu boli problémy pri realizácii, t.j. pri vystužovaní, nedodržané svetlé vzdialenosti medzi výstužou a následne nekvalitná betonáž, kaverny a nezabezpečenie súdržnosti medzi výstužou a betónom (obr. 16). V realizačnej projektovej dokumentácii nosnej konštrukcie stavby je potrebné v mnohých prípadoch podrobné rozkreslenie umiestnenia výstuže so zohľadnením všetkých konštrukčných zásad vystužovania. Nedodržanie tohto konštatovania môže mať za následok nesprávne umiestnenie výstuže a následne nekvalitnú betonáž jednotlivých prvkov nosnej železobetónovej konštrukcie, prípadne môže vytvoriť zmenu statického pôsobenia výpočtového modelu konštrukcie.
Komplexné styky v nosných konštrukciách
Veľakrát okrem bežných rámových stykov vznikajú v monolitických železobetónových konštrukciách styky väčšieho počtu prvkov. Ako príklad uvedieme časť nosnej konštrukcie 1.NP administratívnej budovy, kde bolo vytvorené konzolové vyloženie stropnej dosky podopierané konzolovými trámami a kruhovými vzperami (obr. 17).
V danom prípade vzniká v mieste stĺpa SA11 styk prievlakov, trámov a stropnej dosky (teda v jednom mieste sa stykuje až 5 prvkov) a je nevyhnutné v realizačnej projektovej dokumentácii nosnej konštrukcie venovať zvýšenú pozornosť vykresľovaniu podrobnosti takéhoto stykovania so zameraním sa najmä na polohu rozmiestnenia výstuže. Nesprávne umiestnenie výstuže môže robiť problémy, či už pri zhotovovaní konštrukcie ako tiež aj podstatne zmeniť predpoklady statického modelu konštrukcie. Správne stykovanie hornej výstuže v prievlakoch, obzvlášť v takýchto komplexných uzloch, je preto kritické pre celkovú stabilitu a bezpečnosť konštrukcie.