Kotvení ocelových konstrukcí

20. března 2008

Partneři sekce:

Ocelové konstrukce musejí po dobu své životnosti prokazovat spolehlivost všech svých konstrukčních prvků. Styky a spoje ocelových konstrukcí jsou většinou viditelné, a tím je umožněna i jejich vizuální kontrola. Z tohoto hlediska je nejslabším místem ukotvení ocelové konstrukce do základů, které je zpravidla zakryto a dlouhodobou kontrolu neumožňuje. Je proto nutné nejen věnovat velkou pozornost návrhu kotvení a následnému provedení z hlediska požadované stability konstrukce, ale také zajistit i jeho plnou funkčnost po celou dobu předpokládané životnosti.

Návrh kotvení ocelové konstrukce

V projektu pro provedení stavby v případě návrhu kotvení ocelové konstrukce dochází k úzké spolupráci dvou projektantů – oceláře a betonáře. Ocelář na základě statického výpočtu ocelové konstrukce a zvoleného statického schématu navrhuje geometrii a způsob kotvení. Součástí jeho návrhu je kotevní ocelová patka nosného prvku, případná smyková zarážka a v některých případech i kotevní šroub. Spolurozhoduje s betonářem o tom, zda kotvení do betonové konstrukce bude zabudováno při betonáži, nebo bude provedeno dodatečně pomocí chemických kotev. V případě méně náročného kotvení poskytuje betonáři zatížení z ocelové konstrukce a betonář kotevní šroub navrhuje sám.

Při použití dodatečného kotvení je nutno zvážit, zda kotvení bude provedeno pomocí tzv. těžkých rozpěrných kotev, nebo pomocí kotev chemických. Způsoby kotvení nelze měnit bez souhlasu projektanta. Pro každý z výše uvedených způsobů kotvení platí jiná pravidla, co se týká vzájemné vzdálenosti kotev, jejich zatížení a především minimální vzdálenosti od okraje základního materiálu (hrana betonu, rohová patka apod.).

Součástí dokumentace kotvení je ocelářský výkres – kotevní plán – s vyznačením typů jednotlivých kotevních patek a kotevních sestav. Betonář na základě spočítané délky kotevních šroubů navrhuje velikost betonové kotevní patky a její případné vyztužení. Součástí jeho dokumentace je výkres tvaru betonových základů, v nichž jsou vyznačeny jednotlivé typy kotvení s odkazy na ocelářské výkresy, dále tvarové řešení požadavků vzešlých ze způsobu kotvení, tj. půdorysné rozměry a hloubky smykových zarážek, požadavky na pevnost betonu pro montáž ocelové konstrukce a výkres výztuže. Na výkresech musejí být specifikovány zabudované kotevní prvky nebo jejich součásti vkládané při betonáži do bednění. Osazení kotevních šroubů musí mít vyznačeno možné montážní tolerance a přesnost osazení. Betonář musí koordinovat polohy výztuže patky, především jedná-li se o dodatečné kotvení, aby nedošlo při vrtání kotvy k přerušení výztuže.

Provedení

V současné době jsou na stavbách preferována kotvení dodatečná. Pro běžné případy kotvení existuje široký sortiment chemických nebo rozpěrných kotev, a to i v provedení z nerezavějící oceli. Výhodou dodatečných kotvení je, že lze lépe dodržet požadované přesnosti. Přesto je mnohdy nezbytné navrhovat kotvení zabudované. Jedná se o velká zatížení na kotvu nebo skupinu kotev, a to nejen tlakovými, ale především tahovými reakcemi. V těchto případech je osazení skupiny kotev pomocí kotevní šablony nutné. Přesnost montáže je potom výsledkem souhry a dokonalé práce vazačů výztuže, betonářů a montážníků ocelové konstrukce.

Nejčastější chyby prováděného kotvení

Rozdílné tolerance provedení betonové a ocelové konstrukce

Zatímco betonová konstrukce vybedněná a vybetonovaná s přesností na 10 mm je vyrobená v souladu s příslušnými normami (např. ČSN 73 02 10-2 Přesnost monolitických konstrukcí nebo ČSN 73 02 10-6 Kontrola přesnosti), pro ocelovou konstrukci může být tato přesnost nedostatečná. Montážní tolerance se mohou i načítat, např. vinou špatného vytyčení bednění, a v případě, že betonový kotevní blok z různých dispozičních či jiných důvodů je minimálních rozměrů, může dojít k situaci, kdy se zabudované kotevní šrouby ocitnou příliš blízko hrany ocelové kotevní desky. V případě dodatečných mechanických nebo chemických kotev při umístění kotvy ve vzdálenosti od okraje betonu menší, než pro jakou byl proveden výpočet kotvy a stanovena její dimenze, může dojít ke snížení únosnosti kotvení. Rekonstrukce takto provedeného kotvení vyžaduje nový přepočet, nové posouzení statikem a dodatečné úpravy nikdy nenahradí původně projektované řešení.

Nepodbetonování kotevních desek

Kotevní ocelové desky mají spolu s kotvami přenášet tlakové napětí z vrchní stavby do základů. Celá plocha mezi betonem a ocelovou deskou musí být v kontaktu. Horní povrch betonové patky není rovinný, a proto bývá v projektu předepsáno osazení kotevní desky do např. jemnozrnné cementové malty. Existuje celý sortiment kotevních expanzních zálivek, které jsou schopny dokonale vyplnit prostor mezi betonovou patkou a kotevní deskou. Bohužel často při vyplňování kontaktu nebývá betonový povrch očištěn od úlomků betonu nebo hrubého kameniva, vznikají kaverny a neprobetonovaná místa a kontaktní plocha není spojitá. Kotevní deska není dimenzovaná na ohyb od zatížení sloupem a může dojít k její deformaci. Pokud není na stavbě dostatečná kontrola, setkáváme se i s nepodbetonovanými kotevními deskami. Součástí přejímky ocelové konstrukce proto musí být i přejímka kotvení se zápisem do stavebního deníku. Přejímku kotvení ocelové konstrukce musí provést projektant v rámci autorského dozoru, zvláště u náročných staveb a tam, kde po zakrytí již nebude možná další kontrola.

Dodatečné úpravy na stavbě, rekonstrukce

Stávající konstrukci je nutno respektovat, případně upravit kotvení. Odstranění kotevních prvků bez náhrady je nepřípustné.
Často se setkáváme, především u průmyslových konstrukcí, se zásahy do kotevních patek a desek. U starších objektů nebo tam, kde v poslední době došlo k častému střídání uživatelů, zpravidla neexistuje dochovaná dokumentace původní stavby. Jedná se o např. změny využití objektu, změny technologie a s tím související osazení nových aparátů. Z hlediska stavebního se ani nemusí jednat o stavební změnu, která vyžaduje stavební projekt, pouze projekt technologický. Až při osazování nového aparátu může dojít k odhalení skrytých částí kotvení nosné konstrukce. V těchto případech by měl být vždy přivolán statik, alespoň v rámci odborného dozoru, který zásah do kotvení posoudí a navrhne případné úpravy.

Spolehlivost, životnost

Kotvení musí být spolehlivé po celou dobu své životnosti. Pokud je zabudované pod stavebními základovými konstrukcemi, musí být chráněno proti zemní vlhkosti. V chemicky agresivním prostředí bývá často kotvení jak nosných konstrukcí, tak technologických zařízení, nad podlahou haly.V tomto případě se kotvení chrání obetonováním, složení betonu ochranné vrstvy musí odpovídat podle příslušné agresivity prostředí normě ČSN EN 206-1 Beton – specifikace, vlastnosti, výroba a shoda. Protože u zakrytých kotvení se jedná o místa, která nelze průběžně udržovat, případně obnovovat nátěry, je nutno již v návrhu počítat s bezporuchovým provedením. Při rekonstrukcích starších objektů je bezpodmínečně nutné obnažení kotvení a odborné posouzení jeho další provozuschopnosti.

doc. Ing. Hana Gattermayerová, CSc.
Foto: archiv autorky

Autorka je absolventkou Fakulty stavební ČVUT, obor pozemní stavby. Působí jako docentka na katedře konstrukcí pozemních staveb, je autorizovanou inženýrkou v oboru statika a dynamika staveb. Kromě toho je hlavním statikem v projektové společnosti Atelier P. H. A., a. s., kde vede profesní skupinu betonových a ocelových konstrukcí. Specializuje se na staticko-konstrukční návrhy vícepodlažních i halových budov včetně jejich rekonstrukcí. Je viceprezidentkou sdružení SCIA ESA User group – uživatelé statického softwaru.