Osadenie drevených konštrukcií na betón je bežnou stavebnou praxou, ktorá umožňuje kombinovať výhody oboch materiálov - prirodzenú estetiku a tepelné vlastnosti dreva s pevnosťou a trvanlivosťou betónu. Spriahnutím možno vytvárať prvky, ktoré sú zložené buď z rôznych materiálov, alebo z materiálov odlišných vlastností. Ich vzájomnou kombináciou sa tak potláčajú nepriaznivé a zároveň využívajú dobré vlastnosti použitých materiálov. Tento princíp je podstatou vytvorenia spriahnutých drevo-betónových konštrukcií.
Spriahnutie je spôsob vytvárania zložených prierezov, ktorý je známy už z minulosti, keď sa kombinovali vo väčšine prípadov rovnaké materiály (drevo-drevo, betón-betón a iné). Tento postup sa používal hlavne na vytvorenie veľkorozmerových prierezov konštrukčných prvkov, alebo s cieľom znížiť hmotnosť jednotlivých častí stropnej konštrukcie či už pri jej realizácii, alebo doprave na stavbu. Spriahnutie drevenej nosnej konštrukcie s betónovou vrstvou slúži na vytvorenie účinnejšieho zloženého prierezu najmä z hľadiska ohybového namáhania prvku. V takto získanom priereze betón prenáša tlakové účinky a drevo je namáhané najmä ťahom.
Osadenie masívnej drevenej podlahy na betón
Podlaha z tvrdého dreva je vynikajúcim doplnkom do každej domácnosti a dodáva každej miestnosti štýl a krásu. Keď sa prírodné organické zrná skombinujú s jemnými odtieňmi prírodného dreva, vytvorí sa teplý a príjemný pocit. Ak máte betónové hlavné poschodie alebo suterén, možno by vás zaujímalo, či môžete na betón nainštalovať svoju obľúbenú drevenú podlahu. Ak budete postupovať podľa správnych krokov inštalácie, môžete to dosiahnuť bez problémov.
Dôležité úvahy pred inštaláciou
Pred výberom masívnej drevenej podlahy na betónovú podlahu zvážte nasledujúce veci:
Starnutie betónovej podlahy
Neklaďte masívne drevo na čerstvo naliaty betón. Ak sa sťahujete do novopostaveného domu, uistite sa, že betón je suchý. Proces trvá šesť až osem týždňov a prebytočná vlhkosť sa z dosky pomaly vyparuje. Príliš skorá inštalácia masívneho dreva môže viesť k poškodeniu dreva vodou.
Úroveň terénu
Táto informácia sa vzťahuje na polohu dosky so zemou. Doska má tri úrovne:
- Nad úrovňou terénu
- Na úrovni terénu
- Pod úrovňou terénu
Táto štruktúra triedenia pomáha odborníkom na drevené podlahy určiť najlepšiu a najúspešnejšiu metódu inštalácie podláh z masívneho dreva.
Príprava podkladu
Pred inštaláciou drevenej podlahy na betónové dosky vykonajte test na betóne, aby ste zistili jeho vlhkosť, pretože drevo je náchylné na narušenie vlhkosti. Z tohto dôvodu je nevyhnutné vykonať test vlhkosti na testovanie odolnosti drevenej podlahy na betónovom povrchu. Ak betónová podlaha neprejde testom, urobte špecifické opatrenia na nápravu problému s prenikaním vlhkosti.
Meranie zvyškovej vlhkosti | Pravidlá dobre vykonanej práce
Keď podlaha uschne, ďalším krokom je jej čistenie. Zametajte špinu alebo nečistoty z povrchu podkladu, zoškrabte akúkoľvek existujúcu farbu alebo lepidlo na podklade. Niekedy je ťažké zoškrabať špecifické látky. V takom prípade použite brúsny papier alebo škrabku. Po dokončení procesu skontrolujte, či je podlaha čistá a bez hrbolčekov.
Inštalácia podložky a parozábrany
Inštalácia podložky je ďalším krokom. Podklad je tenká penová vrstva, ktorá sa inštaluje medzi vašu podlahu a podlahu. Ponúka izoláciu miestnosti a robí proces inštalácie masívnej drevenej podlahy ľahšie zvládnuteľným. Môžete preskúmať širokú škálu dostupných podložiek s rôznymi účelmi v závislosti od typu podlahy. Vo všeobecnosti masívne drevené podlahy nevyžadujú podklady a idú priamo do podkladu. Tenká parozábrana chráni vašu masívnu drevenú podlahu pred vlhkosťou.
Pokládka drevenej podlahy
Posledným krokom je inštalácia drevenej podlahy nad podklad. Najdlhšie sa aklimatizujú podlahy z masívneho dreva. Nerušte ho približne týždeň a vynechajte ho z obalu. Inštaláciu je však možné vykonať priamo na podklad. Keď je pripravený, začnite umiestnením podlahových dosiek na podlahu od ľavého rohu, pričom ponechajte dostatočný priestor na rozšírenie. Pri pokládke drevenej podlahy prilepte podlahu pomocou lepidla na masívne drevo, ako je Rewmar Polymer MS Wood Floor Adhesive. Po nanesení a rovnomernom nanesení lepidla na podklad dosky pevne pritlačte a utrite prebytočné lepidlo.
Kotvenie drevených stĺpov a nosníkov k betónu
Ako pevne uchytiť drevený stĺp k základu, aby odolal vetru aj vlhkosti? Odpoveď je jednoduchá: stavebné kotviace pätky. Prenášajú zaťaženie stĺpa do podkladu a zároveň odizolujú drevo od zeme, takže nenasáva vlhkosť a nezhnije.
Nevyhnutnosť kotviacich pätiek
Dôležité: Zabetónovať drevo „na priamo“ je zlé riešenie. Drevo v betóne drží vlhkosť a rýchlo sa zničí. Kotviace pätky sú detail, ktorý rozhoduje o stabilite a životnosti. Správny výber typu, presné osadenie a kvalitné kotvy znamenajú, že pergolu ani plot neprekvapí vietor, dážď ani sneh.
Typy a výber kotviacich pätiek
Na trhu existuje viacero typov kotviacich pätiek, ktoré sa líšia spôsobom upevnenia a konštrukciou:
- Oceľový tŕň (roxor): Zalievajú sa do čerstvého betónu, hore majú U-profil alebo platňu na priskrutkovanie stĺpa.
- Pätky so základovou doskou: Majú otvory pre mechanické kotvy alebo chemickú maltu so závitovou tyčou.
- Pätky so závitovou tyčou: Obsahujú závitovú tyč s maticou na jemné doladenie výšky po montáži.
- Priskrutkovacie pätky s platňou: Vhodné na starší/porézny betón alebo blízko okraja, lepšie roznesú sily.
Pri výbere je dôležitý aj rozmer stĺpa: pätka musí sedieť na šírku/výšku. Napríklad, na hranol 100×100 mm voľte U-pätku 100 mm.
Postup inštalácie a upevnenia
Po osadení pätiek do betónu je dôležitá kontrola počas tuhnutia: po 10-15 min doladíte polohu; nechajte tuhnúť minimálne. Následne sa vykoná upevnenie stĺpa a finálna kontrola: vložte stĺp, predvŕtajte, použite závitové tyče/vruty a veľké podložky, dotiahnite; skontrolujte zvislosť. Je dôležité, aby sa drevo nedotýkalo betónu - stĺp nesmie stáť „na dne“ pätky. Na rozloženie tlaku v dreve použite závitové tyče + matice a VEĽKÉ podložky (DIN 9021). Spoľahlivé ukotvenie pätiek do podkladu zabezpečia kotvy do betónu alebo chemické kotvy. Po pätkách idú na rad tesárske kovania na napojenie trámov, ako sú rohy a napojenia.
Drevená terasa na betónovom podklade
Drevená terasa je vždy veľmi štýlovým prvkom každej záhrady. Drevená terasa na betón má výhodu v tom, že je stabilnejšia, než pri použití podkladu z kamennej drviny.
Príprava podložia a základu
Základ je pre stavbu terasy veľmi dôležitý. Po tom, ako ste si vyznačili veľkosť vašej novej terasy, vykopte podľa nej jamu. Nemusíte ísť až do nezámrznej hĺbky. Zem môžete trochu vyrovnať a najmä odstrániť trávu, burinu a kamene. Po obvode vykopanej jamy ukladajte základy. Je vhodné na ne použiť debniace tvárnice, ktorými si stanovíte aj výšku betónového základu.
Kľúčové detaily betónovej dosky: dilatácia, spád a drenáž
Aby mala betónová doska vysokú únosnosť, je potrebné použiť kombináciu železobetónu - do betónu je zaliata oceľová, alebo železná sieť, ktorá pomáha zvýšiť únosnosť betónu. Dôležitá je tiež dilatácia. V prípade, že medzi vašu budúcu terasu a už existujúci dom nedáte dilatačnú medzeru, terasa môže praskať a ohroziť aj fasádu domu. Betónová platňa sa totiž bude pri vysokých teplotách rozťahovať smerom k domu.
Vašej novej terase nesmie chýbať ani vhodná drenáž. Najvhodnejšie je vytvoriť ju na okraji terasy. Na trhu sú k dostaniu rôzne drenážne systémy. Drenáž zabezpečí, že voda bude mať kam odtekať a nebude sa držať na terase. S tým súvisí aj dôležitosť spádu. Betónová doska musí mať dodržaný spád aspoň 2 %, pričom najvyššie položená časť je pri dome a najnižšia je na okraji terasy.
Montáž nosnej konštrukcie terasy
Keď je betónový základ pripravený, je čas na ďalší krok - inštalácia nosnej konštrukcie. Hranoly konštrukcie by mali byť z rovnakého dreva ako terasové dosky. Je taktiež dôležité ich montovať v smere spádu. Do betónovej dosky sa navŕtajú diery na hmoždinky a nosná konštrukcia sa potom priskrutkuje do hmoždiniek. Môžete tiež použiť rektifikačné terče, ktoré pomôžu v tom, aby sa zabránilo nerovnostiam, pretože sú nastaviteľné.
Výber vhodného dreva pre terasu
Drevená terasa na betón môže mať vzhľad presne podľa vašich predstáv. Stačí si vybrať drevo, ktoré sa vám bude najviac páčiť. Ak hľadáte finančne nenáročnú možnosť, môžete si vybrať z domácich drevín, ako je napríklad smrek, dub, borovica a iné. V prípade, že chcete, aby vám drevená terasa dlho vydržala a bola krásna, odporúčame zvoliť tvrdé, exotické dreviny. Medzi najobľúbenejšie patrí napríklad cumaru, ipe, teak a iné. Tieto typy dreva majú oveľa dlhšiu trvácnosť a so správnou údržbou vám naozaj dlho vydržia krásne. Okrem toho máte však možnosť si vybrať aj tepelne spracované drevo - thermo drevo. Toto drevo je odolné a má dlhú životnosť. Navyše je ekologické a upravované bez chemikálií. Drevo je skvelou voľbou na vašu terasu.
Prevencia častých chýb a údržba
Drevená terasa na betón je skvelá voľba, avšak proces jej realizácie si vyžaduje veľa pozornosti a dôkladnosti. Ak napríklad nevytvoríte drenáž pre terasu, dažde ju môžu poškodiť. Keď nevytvoríte drenáž po okraji terasy a nezabezpečíte dostatočný spád, dažďová voda sa bude udržiavať na povrchu a uškodí drevu - môžu sa tvoriť plesne či huby. Rovnako dôležitá je dilatačná medzera a rovnosť betónového podkladu. Bez dilatačnej medzery sa vám môže poškodiť nielen drevená terasa, ale aj fasáda domu.
Aj inštalácia nosnej konštrukcie si vyžaduje sústredenie. Konštrukcia musí byť rovná no zároveň vyspádovaná rovnako ako betónový podklad. Vyskytli sa problémy s niveláciou dosiek? Použite rektifikačné terče na lepšie vyrovnanie. Dajú sa jednoducho nastaviť na požadovanú výšku a tak sa prispôsobia povrchu a zabezpečia rovnosť. Taktiež je ale veľmi dôležité, aby ste dosky konštrukcie inštalovali v smere spádu.
Častou chybou je aj nedostatočná údržba dreva. Drevo si vyžaduje pravidelnú starostlivosť v závislosti od typu. Napríklad drevo zo smreku, dubu či borovice si vyžaduje pravidelné brúsenie a nátery proti drevokazom, plesniam a hubám. Špeciálne nátery sa hodia aj pre exotické drevo. Ak sa nebudete dostatočne venovať údržbe, terasové dosky môžu byť napadnuté škodcami, hubami a plesňami. To bude mať za následok to, že budete musieť terasu rekonštruovať a obnovovať.
Na záver je dôležité zhrnúť, že najprv sa pripravia základy, do ktorých sa naleje betón - ideálne železobetón. Musí byť dodržaná dilatácia od domu, spád a drenáž. Na betónovú dosku sa inštaluje nosná konštrukcia, ktorá sa pripevňuje pomocou hmoždiniek a skrutiek. Vhodné sú aj rektifikačné terče a gumené podložky na zabránenie prenikania vlhkosti do dreva. Nezabúdajte najmä na spád a vhodnú drenáž, pretože dažďová voda môže na terase napáchať škody, ktoré výrazne ovplyvnia vzhľad a životnosť. Či už si nechávate terasu realizovať odborníkom, alebo sa do toho púšťate na vlastnú päsť, nenechajte nič na náhodu.
Hĺbkový pohľad na spriahnuté drevo-betónové systémy
Uvedené spriahnuté drevo-betónové sústavy predstavujú efektívne konštrukčné riešenie v oblasti pozemných aj inžinierskych stavieb. Pri objektoch pozemných stavieb sú to predovšetkým konštrukcie stropov, ktoré sú v takejto konštrukčnej úprave vhodné najmä pre väčšie rozpätia a sú výhodné z hľadiska viacerých stavebno-fyzikálnych požiadaviek. V oblasti výstavby mostov a lávok nájdu svoje využitie najmä v rámci dopravnej infraštruktúry miest a chránených krajinných oblastí.
Podstata a výhody kompozitných konštrukcií
Spriahnuté drevo-betónové konštrukcie majú v súčasnosti svoje zastúpenie v oblasti pozemného staviteľstva najmä vo forme spriahnutých trámových stropov. Tieto stropy využívajú výhody oboch materiálov, či už sa jedná o mechanické, alebo stavebno-fyzikálne vlastnosti. Oproti klasickému drevenému stropu je pri spriahnutí s betónovou doskou vyššia nie len celková odolnosť, ale taktiež tieto stropy dosahujú priaznivejšie hodnoty priehybov a limituje sa kmitanie konštrukcie. Z pohľadu akustiky majú takisto oveľa lepšie parametre z hľadiska vzduchovej aj krokovej nepriezvučnosti.
Aplikácia v historických a moderných stavbách
V druhej polovici minulého storočia drevo-betónové konštrukcie zohrali významnú úlohu pri obnove historických stavieb. Metóda nadbetónovania trámových a povalových stropov sa použila pri rekonštrukcii objektov aj na území Slovenska. V súčasnosti sa tieto konštrukcie využívajú na zosilnenie drevených stropných konštrukcií pri rekonštrukciách historických budov, ale aj pri tvorbe nových stropných konštrukcií viacpodlažných drevostavieb. V mostnom staviteľstve sa drevo-betónové spriahnuté sústavy využívajú pri konštrukciách mostoviek v rámci konštrukcií cestných mostov alebo pri konštrukciách lávok pre peších.
Rôzne typy spriahnutých sústav
Základné typy spriahnutých drevo-betónových sústav, ktoré sa v súčasnosti používajú predovšetkým v zahraničí, sú tzv. nosníková sústava a dosková sústava.
- Nosníková sústava: Pri nosníkovej sústave je betónová doska spriahnutá prostredníctvom mechanických spriahovacích prvkov s drevenými nosníkmi. V prípade použitia rasteného dreva môžu byť nosníky z hranolov alebo z fošní. Pri väčších rozpätiach sa drevený nosník vytvára ako lepený lamelový prvok. Spriahnutú nosníkovú sústavu možno uplatniť so záklopom alebo bez záklopu. Keď sa použije záklop, práve ten plní v sústave nosnú funkciu pod betónovou vrstvou. V prípade sústavy bez záklopu sa drevený nosník spriahne so samonosnou železobetónovou doskou. Na záklop sa používa plošný materiál na báze dreva, ako sú napr. preglejkové alebo OSB tabule.
- Dosková sústava: Dosková sústava sa vyvinula len v posledných rokoch a pozostáva zo súvislej drevenej vrstvy (vytvorenej z doskového reziva uloženého na hranu vedľa seba - vertikálnych lamiel), ktorá je spriahnutá s betónovou vrstvou. Vedľa seba ukladané vertikálne lamely sú navzájom spojené klincami alebo lepidlom. Spôsob spriahnutia tejto sústavy sa môže riešiť viacerými spôsobmi, napr. drážkovými spojmi alebo vlepovanými kovovými pásmi. Takto vytvorená sústava tvorí spriahnutú drevo-betónovú dosku. Sústava má síce vyššiu spotrebu dreva, ale z hľadiska statickej únosnosti je účinná a jej efektívnosť sa prejaví až pri rozpätí nad 6,0 m. Betónovú časť pri doskovej sústave podobne ako pri nosníkovej sústave so záklopom možno vytvoriť z prostého alebo z ľahčeného betónu s minimálnou kovovou výstužou, ktorá má zabrániť vzniku trhlín od zmrašťovania betónu.
Spojovacie prvky a metódy spriahnutia
Vzájomné spojenie betónovej dosky s drevenými nosnými prvkami možno zabezpečiť pomocou kovových (tzv. mechanických) spriahovacích prvkov, prostredníctvom drážkových spojov alebo lepením. Medzi mechanické spriahovacie prvky patria klince, svorníky, skrutky, oceľové kolíky, ale aj rôzne typizované záchytkové krúžky, zazubené záchytky, oceľové rúrky, oceľové dosky s prelisovanými hrotmi, vlepované betonárske výstužovacie prúty, oceľová priehradovina alebo oceľový pás vlepený do dreva atď. Tieto spojovacie prvky zabezpečujú vzájomné spolupôsobenie betónovej a drevenej časti zloženého prierezu hlavne pri ohybovom namáhaní. V interakčnom pôsobení s dreveným prvkom spôsobujú lokálne namáhanie dreva. Ich použitie je podmienené rozličnými konštrukčnými požiadavkami, ktoré vyplývajú z rôznych vlastností spriahovaných drevených prvkov. Preto voľba spôsobu spriahnutia závisí najmä od konštrukčného charakteru drevenej sústavy, resp. od ďalších statických parametrov spriahnutej stropnej konštrukcie.
Zvýšenie tuhosti a stavebno-fyzikálne vlastnosti
Spriahnuté drevo-betónové konštrukcie stropov sa využívajú predovšetkým pri drevostavbách a v niektorých prípadoch aj pri stavbách s vertikálnymi prvkami na báze silikátov. Problematickou oblasťou drevostavieb je zabezpečenie ich dostatočnej tuhosti proti statickým a dynamickým stálym a náhodilým zaťažovacím účinkom. Táto celková tuhosť je závislá do značnej miery od tuhosti jednotlivých konštrukčných prvkov, ako aj od spôsobu ich vzájomného spojenia. Jedným z prvkov ovplyvňujúcich celkovú tuhosť objektu sú stropy jednotlivých podlaží, ktoré svojou tuhosťou zabezpečujú priestorové pôsobenie celej budovy a odolávajú tak vertikálnym, ako aj horizontálnym zaťažovacím účinkom. To znamená, že ak sa klasické drevené stropné konštrukcie drevostavieb nahradia spriahnutými drevo-betónovými stropnými prvkami, ktorých tuhosť vo vertikálnom aj horizontálnom smere je podstatne vyššia, dosiahne sa zvýšenie celkovej tuhosti budovy.
Použitie drevo-betónových stropov pri silikátových sústavách spôsobí opačný statický účinok ako pri drevostavách. Okrem statických výhod majú drevo-betónové stropné konštrukcie pri drevostavbách aj ďalšie výhody. Pridaním betónovej vrstvy k drevenej konštrukcii sa zlepšia aj niektoré stavebnofyzikálne vlastnosti stropu, ako napríklad tepelnotechnické alebo zvukovoizolačné. Takisto sa zvýši aj požiarna odolnosť stropnej konštrukcie.
V súčasnom mostnom staviteľstve okrem železobetónu a ocele má svoje uplatnenie aj drevo, ktoré sa využíva na výstavbu cestných mostov a výstavbu lávok pre peších. Pri cestných mostoch pozostáva mostovka z drevených nosných prvkov a z vozovky, ktorej nosnú časť tvorí betónová vrstva. Progresívnym staticko-konštrukčným riešením je, ak sa betónová vrstva spriahne s drevenými prvkami mostovky. Takto vytvorená spriahnutá drevo-betónová mostovka má vyššiu tuhosť, je odolnejšia proti dynamickým účinkom a predstavuje určitú ochranu drevenej konštrukcie proti vonkajším mechanickým účinkom. V niektorých prípadoch sa aj drevené lávky pre peších navrhujú podobne ako cestné mosty so spriahnutou drevo-betónovou mostovkou, aby sa zvýšili statické parametre nosnej sústavy, ako napríklad celková tuhosť lávky. Pri použití spriahnutej drevo-betónovej mostovky pri cestných mostoch a lávkach treba jej konštrukciu navrhnúť tak, aby umožnila efektívne spriahnutie drevenej časti mostovky s jej betónovou časťou. Na splnenie tejto požiadavky treba predovšetkým nosné drevené prvky mostovky usporiadať tak, aby boli v priamom kontakte s betónovou vrstvou. Takúto úpravu možno dosiahnuť pri lávkach pomerne ľahko, kým pri cestných mostoch vzhľadom na väčšiu šírku mostovky ide o zložitejšiu úlohu.
Výpočtové metódy a navrhovanie
Príspevok sa zaoberá výpočtovými metódami pre navrhovanie spriahnutých drevo-betónových nosníkov. V článku je popísaný normový predpis pre navrhovanie týchto konštrukcií, ďalej je predstavený postup pri modelovaní týchto kompozitov pomocou MKP. Pri navrhovaní spriahnutia pomocou šikmo osadených skrutiek sa snažia výrobcovia týchto spájacích prostriedkov uľahčiť prácu inžinierom tým, že im ponúkajú vlastné výpočtové programy pre drevo-betónové kompozity.
Normové postupy a γ-metóda
Vplyvom popustenia medzi drevom a betónom pri pôsobení spriahnutej konštrukcie hodnotíme šmykové spojenie týchto dvoch materiálov ako poddajné. Tento fakt je nutné zohľadniť aj pri výpočte. Normový postup nám ponúka Príloha B normy pre navrhovanie drevených konštrukcií EN 1995-1-1 (Eurokód 5). Tento výpočtový postup, známy aj ako γ-metóda, vyjadruje mieru spriahnutia pomocou súčiniteľa γ. Ten je závislý od modulu popustenia spojovacieho prostriedku K, vzdialenosti spojovacích prostriedkov s, rozpätia nosníka L a osovej tuhosti pripájanej časti prierezu. Je treba upozorniť, že modul popustenia spojovacích prostriedkov je nutné uvažovať ako Kser pre medzné stavy používateľnosti (MSP) a ako Ku pre medzné stavy únosnosti (MSÚ). Súčiniteľ γ vyjadruje mieru tuhosti pripojenia časti 1 (betónovej dosky) k časti 2 (drevený trám). V prípade, že γ = 0 prierez pôsobí bez spriahnutia. V prípade, že γ = 1 prierez pôsobí ako ideálne tuho spriahnutý, a teda nedochádza k popusteniu medzi drevom a betónom.
Vplyv popustenia a dotvarovania
Keďže drevo aj betón v závislosti na čase a vlhkosti menia svoje vlastnosti, je nutné zohľadniť aj rôzne štádia pôsobenia konštrukcie, zaťaženia a podoprenia. Tieto zmeny sa prejavujú najmä poklesom modulov pružnosti dreva a betónu v čase, ale taktiež poklesom modulov popustenia spojovacích prostriedkov. V praxi to znamená, že je nutné rozdeliť zaťaženia v čase na jednotlivé úseky, v ktorých pôsobia. V každej fáze je nutné zohľadniť aktuálny stav konštrukcie, tzn. uvážiť nespriahnutý prierez na začiatku výstavby, spriahnutý prierez v ďalších štádiách, príslušné hodnoty modulov pružnosti a modulov popustenia v príslušnom časovom úseku a pod. Keďže zaťaženie týchto stropov je z 30-40 % tvorené zaťažením vlastnou tiažou a drevený trám je oproti spriahnutému prierezu pomerne poddajný, je výhodné vo fáze betonáže konštrukciu montážne podoprieť.
Modelovanie pomocou metódy konečných prvkov (MKP)
Normový postup popísaný v EC5, Príloha B, popisuje výpočet tuhosti a jednotlivých zložiek namáhania dreva a betónu na kompozitnom T-priereze. Tento postup má však svoje obmedzenia. Alternatívou k tomuto výpočtu môže byť práve použitie metódy konečných prvkov (MKP). V bežných komerčných programoch pre statickú analýzu konštrukcií je možné vytvoriť spriahnutý prierez rôznych tvarov a z rôznych materiálov. Kompozitné drevo-betónové konštrukcie sú však niečím špecifické - ich spriahnutie nie je ideálne tuhé. Na vytvorenie poddajného šmykového spojenia však môžeme využiť dostupné prostriedky obsiahnuté v klasických programoch. Pre analýzu v 2D môžeme drevo a betón modelovať ako dva samostatné prúty s obdĺžnikovým prierezom, umiestnené nad sebou vo vzájomnej vzdialenosti rovnej skutočnej vzdialenosti ťažísk čiastkových prierezov. Podopretie môžeme aplikovať na drevený prút, zaťaženie na betónový prút. Ďalej je potrebné zabezpečiť adekvátne spolupôsobenie na základe konkrétneho spôsobu spriahnutia, tzn. potrebujeme poznať modul popustenia spojovacieho prostriedku. Na prenos zvislého zaťaženia je možné použiť tuhé väzby, v ktorých však uvoľníme väzbu rovnobežnú s osou spriahnutého nosníka a taktiež pootočenie. Tým zabezpečíme, že väzba prenáša len zvislé zaťaženie. Na prenos posuvnej sily použijeme prúty s osovou tuhosťou rovnou modulu popustenia. Tie umiestnime na zvislej osi presne na rozhraní materiálov, pričom vzájomné vzdialenosti prútov sú totožné so vzdialenosťami spojovacích prostriedkov na skutočnom nosníku. Dôležité je, aby tento prút prenášal len osové zaťaženie. To môžeme dosiahnuť uvoľnením zvislej väzby a pootočenia na jednom konci prúta. Na spojenie s betónovým a dreveným prútom použijeme opäť tuhé väzby.
Optimalizácia spojenia šikmými skrutkami
Skrutky do dreva je možné orientovať pod uhlom (optimálne 45°) k vláknam dreva. V takom prípade je vodorovná posuvná (šmyková) sila v škáre medzi drevom a betónom rozložená na ťahovú diagonálu, ktorú prenášajú skrutky, a tlakovú zvislicu, prenášanú otlačením dreva o betón. Niektorí výrobcovia drevoskrutiek odporúčajú skrutky osádzať protichodne, tzn. prvú z dvojice skrutkovať pod uhlom 45° a druhú pod uhlom 135° k vláknam.
Na trhu je veľa výrobcov drevoskrutiek, pričom každý ponúka široké spektrum výrobkov. Pre spriahnutie dreva a betónu sa najviac používajú skrutky so šesťhrannou hlavou, celozávitové skrutky, skrutky so širokou hlavou alebo špeciálne skrutky určené pre spriahovanie. Vzťahy pre určenie modulov popustení pre tento typ šmykového spojenia EC5 neuvádza. Jednotliví výrobcovia majú však pre svoje výrobky tzv. technické listy (osvedčenia), v ktorých je možné tieto údaje nájsť. Napríklad pre skrutky Würth, alebo E.u.r.o. Tec „KonstruX“ uvádza výrobca vzťah (8). Pre skrutky SFS VB, ktoré sú osadené v dvojiciach, pričom jedna je pod uhol 45°, druhá kolmo k vláknam, platí takisto vzťah (8). V prípade protichodného osadenia však pre dvojicu skrutiek platí výraz (9).
Softvérová podpora pre návrh konštrukcií
Pre uľahčenie návrhu spriahnutých drevo-betónových nosníkov sú v ponuke aj programy pre návrh tohto typu konštrukcií. Za účelom testovania programov ponúkaných výrobcami drevoskrutiek sme realizovali štúdiu, v ktorej sme porovnávali výsledky výpočtov napätí a deformácií na spriahnutých nosníkoch rôznymi metódami. Ako príklad bol zvolený jednopoľový proste podopretý spriahnutý nosník s rozpätím 6 m a priečnym rezom. Vlastná tiaž nosníka bola 1,46 kN/m, ostatné stále zaťaženie bolo reprezentované hodnotou 0,75 kN/m2 a premenné úžitkové zaťaženie hodnotou 2,80 kN/m2. Trieda betónu stropnej dosky bola C25/30, trieda reziva trámu C24. Materiálové charakteristiky na začiatku životnosti (t = 0) sme uvažovali krátkodobými hodnotami uvádzanými v normách pre navrhovanie drevených, resp. betónových konštrukcií. Pri výpočte dotvarovania sme uvažovali s vnútorným prostredím budov (trieda použitia 1) a dlhodobým zaťažením.
Výpočet bol realizovaný pre dvojice skrutiek SFS VB 48-7.5x165 s osovými rozostupmi 80 mm a pre trojice skrutiek Würth Assy 8×220 mm s rovnakými osovými rozostupmi. Okrem normového postupu pre navrhovanie drevo-betónových konštrukcií (Metóda EC5) bol použitý aj postup so zohľadnením efektívnej tlačenej výšky betónu (Metóda EC5-hc,eff). Okrem týchto výpočtov boli nosníky modelované aj v MKP programe Scia Engineer. Pre analýzu v čase t = 0 boli uvažované dva modely. V oboch boli použité rovnaké materiálové charakteristiky, pričom sa menila len tuhosť pripojenia na základe hodnôt Kser, resp. Ku. Pre analýzu v čase t = ∞ boli spravené tri modely. Prvý slúžil pre výpočet deformácií - moduly pružnosti boli určené s vplyvom súčiniteľov dotvarovania podľa vzťahov (2), (3) a modul poddajnosti spojovacích prostriedkov podľa výrazu (4). Druhý model slúžil pre výpočet napätí od stálych zaťažení, pričom oproti prvému sa líšil iba hodnotou modulu popustenia. Ten predstavoval 2/3 z hodnoty získanej vzťahom (4). V poslednom modeli, ktorý bol určený pre výpočet napätí od premenného zaťaženia, boli uvažované materiálové charakteristiky podľa vzorcov (5), (6) a modul popustenia spojovacích prostriedkov ako 2/3 z hodnoty výrazu (7).
Z porovnania hodnôt vyplýva, že výpočty napätí aj deformácií pre začiatok životnosti konštrukcie dávajú pre všetky uvedené metódy približne rovnaké výsledky. Odchýlky sú v tomto prípade z hľadiska inžinierskej praxe zanedbateľné a použitie ľubovoľného postupu je vhodné. Problémy nastávajú pri výpočtoch s uvažovaním dotvarovania. V tomto prípade sú odchýlky medzi softvérom ponúkaným výrobcami drevoskrutiek a inými metódami trochu väčšie. Zo štúdie týchto programov nie je úplne jasné, akým spôsobom je zohľadnené dotvarovanie materiálov a spojovacích prostriedkov, a teda nie je možná dôsledná kontrola výstupov. Taktiež nie je z výsledkových formulárov zrejmé, od akej kombinácie zaťažení je počítaný konečný priehyb nosníkov. Oba programy sú subjektívne pomerne pekne spracované graficky. Aplikácia od firmy SFS tiež ponúka okrem bežných posúdení napr. posúdenie kmitania, posúdenie požiarnej odolnosti či akustickej odolnosti. Použitie týchto programov v určitom zmysle uľahčuje prácu inžinierom a pre výpočty bez vplyvu dotvarovania sú pomerne spoľahlivé. Výpočet s vplyvom dlhodobého pôsobenia je však trochu neprehľadný, i keď výsledky sú na strane bezpečnej.
Absencia moderných progresívnych drevených konštrukcií na Slovensku naznačuje, že v tejto oblasti treba vynaložiť ešte značné úsilie o ich propagáciu nielen medzi odborníkmi z oblasti navrhovania konštrukcií, ale aj medzi ich potenciálnymi užívateľmi.
tags: #osadenie #drevenej #konstrukcie #na #beton