Navrhování dřevěných konstrukcí podle eurokódu 5

V prosinci 2006 byly do soustavy českých technických norem zavedeny následující části eurokódu 5 (evropské normy EN 1995) jako ČSN EN:

• ČSN EN 1995-1-1 Navrhování dřevěných konstrukcí – Část 1.1: Obecná pravidla – Společná pravidla a pravidla pro pozemní stavby
• ČSN EN 1995-1-2 Navrhování dřevěných konstrukcí – Část 1.2: Obecná pravidla – Navrhování na účinky požáru
• ČSN EN 1995-2 Navrhování dřevěných konstrukcí – Část 2: Mosty

Jednotlivé národní verze evropské normy EN 1995 již nemají NAD (Národní aplikační dokument) jako u předběžné evropské normy ENV 1995, ale pouze NP (Národní přílohu), protože počet ustanovení, které lze měnit podle národních podmínek, je v EN 1995 velmi omezen. Národní příloha umožňuje nastavit v jednotlivých zemích vlastní hladinu spolehlivosti návrhu, protože úroveň bezpečnosti staveb je jedním z nezadatelných práv členských zemí CENu.

V Česku byla národní volba využita jen v nezbytných případech. Zjednodušeně lze konstatovat, že eurokód 5 (EN 1995) je zdokonalenou verzí jí předcházející předběžné evropské normy pro navrhování dřevěných konstrukcí ENV 1995, jejíž tři části byly postupně vydány v ČR v letech 1996 až 1998. Je však třeba si uvědomit, že používání EN 1995 je spojeno s celou řadou souvisejících evropských norem (například pro dřevo a materiály na bázi dřeva, spojovací prostředky, výrobní postupy a zkušební metody). Soubor těchto norem je velmi rozsáhlý a ob­sahuje přes 100 evropských norem. Je třeba mu věnovat velkou pozornost nejen z hlediska odborného, ale i právního.

Protože v eurokódu 5 je celá řada cenných návrhových pravidel včetně navrhování na účinky požáru, byl odbornou veřejností v ČR přijat velmi dobře. Bez problémů je přijatelný pro české i slovenské odborníky také proto, že teorii mezních stavů konstrukcí, na kterých jsou eurokódy založeny, používáme v našich zemích již přes 30 let. Toto však neplatí pro všechny evropské země, protože řada z nich donedávna používala teorii dovolených namáhání.

Po podrobnější seznámení s eurokódem 5, ale především v zájmu jednoznačnosti jeho výkladu, se v ČR organizují odborné semináře a jsou zpracovávány odborné učebnice a skripta pro studenty středních a vysokých škol a příručky pro autorizované inženýry.

Norma se liší od předběžné normy ENV stej­ného označení. Z formálních důvodů byly některé kapitoly přečíslovány tak, aby všech­ny základní normy pro navrhování konstruk­cí z betonu, oceli, železobetonu i dřeva měly shodné členění. V důsledku toho vznikly i některé nové kapitoly. Změny byly provedeny i ve skladbě příloh a jejich obsahu. Podstatně je v normě přepracována proble­matika spojů dřevěných konstrukcí včetně návrhu hmoždíků. Norma také zavádí rozdílné hodnoty dílčích součinitelů pro vlastnosti materiálů a únosnosti podle toho, o jaký materiál se jedná (rostlé dřevo, lepené lamelové dřevo, vrstvené dřevo apod.).

Tato kapitola doznala největšího přepracování. Zásadní změnou je zavedení účinného počtu spojovacích prostředků s ohledem na to, že únosnost skupiny spojovacích prostředků není násobkem únosnosti jednoho spojovacího prostředku počtem ve skupině, ale nižší. Nově je zpracován též výpočet tahu kolmo k vláknům dřeva, který vzniká v pásových prutech příhradoviny od přípojů výplňových prutů. U příčně namáhaných spojů je jejich únosnost zvýšena s ohledem na sepnutí spoje, které vzniká při jeho deformaci od zatížení. Kromě toho došlo k celé řadě drobnějších změn, například při určování plastického momentu únosnosti hřebíků. Podrobněji jsou zpracovány sponkové spoje, které se stále častěji používají. Důležitým přínosem je, že norma obsahuje výpočet jednotlivých typů hmoždíků.

Zásadně byl přepracován návrh spojů pomocí kovových desek s prolisovanými trny. V ENV byl použit výpočetní postup, který aplikoval momentovou únosnost připojení. V EN je již převzat výpočetní model využívající plastických rezerv momentové únosnosti připojení. Teoretická plastická rezerva pro účinnou plochu připojení tvarem blízkou kruhu činí přibližně 12 %. Únosnost materiálu kovové desky s prolisovanými trny též vychází z předpokladu, že se deska chová plasticky.

Upozornit je však třeba na to, že první změna EN se dotkne únosnosti hřebíků a vrutů na vytažení. Dosavadní pravidla budou změněna do konzervativnější podoby zohledňující problematičnost tohoto způsobu namáhání. Změní se také postupy pro posouzení tlaku kolmo k vláknům dřeva a smyku s ohledem na výsušné trhliny.

Tato nová kapitola normy zahrnuje problematiku, která je v předběžné normě zařazena v kapitole o mezních stavech únosnosti. Přepracována a zdokonalena jsou pravidla pro stěnové deskové konstrukce. Uvedeny jsou zde dvě zjednodušené analýzy stěn:

• metoda A – řeší obecnou sestavu stěny ukotvenou tahovou kotvou proti nadzdvihnutí,
• metoda B – pro sestavu stěny provedenou podle určitých zásad tak, aby na ni mohl být uplatněn návrhový postup metody B.

Tato kapitola se zabývá i střešními ztužidly, u kterých jsou návrhová pravidla obdobná jako v předběžné normě.

Součástí normy jsou čtyři přílohy (A až D). Příloha A již neřeší určování 5% kvantilu hodnot vlastností dřeva a materiálů na bázi dřeva z výsledků zkoušek. Tato problematika je již zahrnuta v samostatných evropských normách souvisejících s eurokódem 5. Místo toho je příloha A zaměřena na porušení dřeva tzv. blokovým (obr. 1) a zátkovým smykem, se kterými se lze setkat u skupinových spojů kolíkového typu ocel – dřevo.

Přílohy B a C jsou shodné s předběžnou normou. Příloha D již neobsahuje problematiku spojů s deskami s prolisovanými trny, která je přímo začleněna do kapitoly normy věnované spojům. V příloze D je nyní pouze uvedena bibliografie.

Tato norma je podstatně zdokonaleným zněním jí předcházející předběžné normy ENV 1995-1-2.

Rozlišují se dvě hodnoty rychlosti zuhelnatění:

• jednorozměrná návrhová rychlost zuhelnatění,
• nominální návrhová rychlost zuhelnatění.

Jednorozměrná návrhová rychlost zuhelnatění platí pro jednorozměrné zuhelnatění (zuhelnatění ve směru jednoho rozměru prvku) a uvažuje se konstantní v čase. Nominální návrhová rychlost zuhelnatění, jejíž hodnota zahrnuje účinek zaoblení rohů (obr. 2), se též uvažuje konstantní v čase.

Pro průřezy počítané s použitím jednorozměrných návrhových rychlostí zuhelnatění se poloměr zaoblení rohů uvažuje roven hloubce zuhelnatění d_char, ₀.

U povrchů chráněných pláštěm požární ochrany, jinými ochrannými materiály nebo jinými konstrukčními prvky (obr. 3) je třeba počítat s tím, že:

• po čase porušení požární ochrany t_f je rychlost zuhelnatění zvýšená až do času t_a,
• v čase ta, kdy se hloubka zuhelnatění rovná hloubce zuhelnatění stejného prvku bez požární ochrany nebo 25 mm (rozhodující je menší z hodnot), se rychlost zuhelnatění vrací na úroveň rychlosti zuhelnatění u nechráněných prvků.

Pro období po porušení ochrany, které je dané t_f ≤ t ≤ t_a, se rychlosti zuhelnatění znásobí součinitelem 2. Pro t > t_a se rychlosti zuhelnatění použijí bez násobení.

Norma se svou strukturou zásadně neliší od předběžné normy. Největší změny byly provedeny v přílohách. Ve stádiu přípravy předběžné normy ENV 1995-1-1 věnované obecným pravidlům pro navrhování dřevěných konstrukcí se totiž nepodařilo do ní začlenit některé zcela nové návrhové postupy. Ty byly zařazeny až do příloh ENV 1995-2, která vyšla o čtyři roky později. V současnosti jsou některá tato pravidla pro nejednotné názory na ně buď zcela vypuštěna (vlepované ocelové tyče), nebo podle věcné souvislosti zařazena do EN 1995-1-1 (spoje dřevo – beton, únosnost systému prvků). Norma se oproti předběžné normě liší věcně především tím, že:

• uvádí širší škálu dílčích součinitelů spolehlivosti materiálu (některé hodnoty jsou přísnější než v předběžné normě),
• mění úhel roznášení zatížení u desek mostovek z překližek,
• jako konstrukční materiál desek mostovek uvažuje i křížem lamelované dřevo,
• podrobně popisuje problematiku předpjatých mostovek,
• uvádí přesnější metodu pro určení spolupůsobící šířky desky mostovky.

Poděkování: Tento příspěvek byl zpracován za podpory výzkumného centra VC CIDEAS MSMT 1M0579 a VZ ČVUT v Praze MSM 6840770001.

doc. Ing. Petr Kuklík, Ph.D., Anna Kuklíková
ČVUT v Praze, Fakulta stavební

Obrázky: archiv autorů

Literatura
1. ČSN EN 1995-1-1 (eurokód 5): Navrhování dřevěných konstrukcí – Část 1-1: Obecná pravidla Společná pravidla a pravidla pro pozemní stavby. ČNI, 2006.
2. ČSN EN 1995-1-2 (eurokód 5): Navrhování dřevěných konstrukcí – Část 1-2: Obecná pravidla Navrhování konstrukcí na účinky požáru. ČNI, 2006.
3. ČSN EN 1995-2 (eurokód 5): Navrhování dřevěných konstrukcí – Část 2: Mosty. ČNI, 2006.