Dřevěné střešní konstrukce s kovovými deskami s prolisovanými trny

Výroba střešních konstrukcí spojovaných deskami s prolisovanými trny je dynamicky rostoucím odvětvím především v průmyslově vyspělých zemích. Konstrukce se styčníkovými deskami s prolisovanými trny se na základě hospodárnosti a možnosti snadné aplikace značně rozšířily i v České republice.

Prostým užitím tohoto spoje ušetříme množství použitého dřeva v nosné konstrukci. Jak dřevěné profily, tak spoje jsou v konstrukci využity optimálně podle příslušných norem. Řešení střešních konstrukcí spojovaných deskami s prolisovanými trny je komplexní problematikou týkající se především oblasti únosností spojů, zajištění prostorové stability a požární odolnosti.

Používané platné normy
V současné době platí pro výpočty únosností desek s prolisovanými otvory (trny) v České republice tři normy: ČSN P ENV 1995-1-1 (přednorma eurokódu 5), ČSN EN 1995-1-1 (eurokód 5) a ČSN 73 1702. Pro praktické výpočty desek s prolisovanými trny lze používat pouze dvě posledně jmenované normy, ČSN P ENV 1995-1-1 obsahuje již zastaralou metodiku návrhu. Postupy v ČSN EN 1995-1-1 a ČSN 73 1702 sice vycházejí z předpokladů uváděných v ENV, ale zavádějí některé nové postupy, které jsou v souladu se současným stavem výzkumu a vývoje v této oblasti.

Historie výroby desek s prolisovanými trny
Začátek rozvoje spojování dřevěných konstrukcí kovovými spojovacími prostředky sahá až do konce 18. století. V té době vznikají první pily, které zpracovávají kulatinu na deskové řezivo (prkna a fošny), začínají používat hřebíky, svorníky a různé typy hmoždinek. Koncem 19. století byl v USA podán patent na spojování dřevěných konstrukcí z prken a fošen kovovou styčníkovou deskou s prolisovanými trny. Od konce 50. let minulého století až do současnosti procházejí konstrukce spojované styčníkovými deskami s prolisovanými trny mohutným rozvojem (USA, Kanada a státy severní Evropy). Rozvoj výroby a aplikací desek s prolisovanými trny byl možný pouze zároveň s rozvojem výpočetní techniky a počítačových programů pro komplexní řešení výpočtů.

V bývalém Československu se výrobou střešních konstrukcí spojovaných deskami s prolisovanými trny zabýval od šedesátých let minulého století podnik Středočeské dřevařské závody – závod BIOS Sedlčany. Původně se jednalo o používání zahraniční licence. Postupem času byly licenční prolisované desky nahrazeny deskami tuzemskými vyráběnými v závodě Kovo Březnice. Československo bylo díky tomu jedinou východoevropskou zemí, kde měla výroba prolisovaných desek s trny a výroba nosných konstrukcí dlouholetou tradici.

Počátkem devadesátých let se v České republice objevují výrobci desek a výrobci software pro jejich výpočty, kteří se společně zabývají vývojem a výrobou komplexní technologie pro výrobu dřevěných konstrukcí se styčníkovými deskami s prolisovanými trny. Výrobou desek s prolisovanými trny se ve světě zabývá mnoho firem, od velkých nadnárodních společností po lokální flexibilní výrobce. Obrat odvětví v USA dosahuje cca 9 miliard USD (údaj z roku 2003). V ČR se touto technologií zastřeší ročně více než 1,5 milionu m² střešní plochy ročně.

Výroba desek s prolisovanými trny
Nejčastěji se desky s prolisovanými trny vyrábějí z pásů (svitků) předem žárově zinkované oceli. Širší pásy se podélně dělí na stanovené šířky desek. Na výrobním lisu s číslicovým programováním se za pomoci speciálních obráběcích nástrojů prolisují trny a přestřihne stanovená délka desky. Na lisu je nastavován potřebný počet daných délek desky. Jednotlivé normativní předpisy ve světě povolují výrobu desek s prolisovanými trny tloušťky od 0,9 mm až do 2,5 mm (případně 1,0 mm do 3,0 mm). Nejběžnějšími používanými tloušťkami jsou 1,0 mm; 1,2 mm; 1,5 mm a 2,0 mm. V zemích západní Evropy a v USA se více používají tloušťky do 1,5 mm, v severní a střední Evropě se nejvíce používají tloušťky 1,5 mm až 2,0 mm. Je to dáno jednak odlišnými klimatickými podmínkami, částečně jiným sortimentem konstrukcí a také rozdílnými technologickými postupy při výrobě vazníků a střech.

Plechy nebo pásy oceli používané pro výrobu musejí odpovídat ČSN EN 10142 nebo ČSN EN 10147. Desky vyrobené z této oceli musejí odpovídat jakosti oceli nejméně DX51D podle ČSN EN 10142 nebo S220GD podle ČSN EN 10147. Vrstva zinku je minimálně 275 g/m². Desky se mohou vyrábět také z austenitického nerezavějícího ocelového plechu a musejí odpovídat jakosti oceli nejméně X5CrNiTiil8-10 podle ČSN EN 10088-2.

Deska s prolisovanými trny	Sortiment výrobků pro spojování dřevěných konstrukcí, desky s prolisovanými trny

Výhody použití desek s prolisovanými trny
Pomocí technologie je možné vytvořit prakticky jakoukoliv střešní konstrukci, od různých typů příhradových vazníků přes hambalkové krovy, rámy až po obloukové konstrukce. Styčníkové desky neovlivňují dimenze dřevěných přířezů, proto u těchto konstrukcí dochází k úspoře cca 30 % dřevní hmoty oproti konstrukcím spojovaných klasickými spojovacími prostředky.

Příhradové konstrukce se vyrábějí s použitím strojního vybavení, většinou automatické úhlové pily a lisu pro lisovaní spojů. Díky prefabrikaci probíhá výroba rychleji a výsledné příhradové vazníky vykazují vysokou přesnost. Montáž střešní konstrukce na staveništi probíhá rychle a jednoduše, s minimálními nároky na kvalifikovanou práci. Při montáži není třeba těžká mechanizace.

Výpočet příhradových vazníků se provádí pomocí software, který kromě samotného návrhu konstrukce vytvoří též výrobní dokumentaci, cenovou kalkulaci apod. Současné normy prakticky nepředpokládají, že by se výpočty těchto konstrukcí prováděly jinak než pomocí výkonného softwaru.

Dřevěné konstrukce se styčníkovými deskami s prolisovanými trny lze použít jak pro konstrukce malých rozpětí (jako je zastřešení rodinných domků), tak pro konstrukce velkých rozpětí (výrobních hal, zemědělských staveb či supermarketů).

Příhradové konstrukce s ocelovými deskami s prolisovanými trny se vyrábějí ze dřeva, tedy z obnovitelných zdrojů. Výstavba touto technologií tedy pouze minimálně zatěžuje životní prostředí. Styčníkové desky s prolisovanými trny mají z ocelových spojovacích prostředků nejmenší prokluz, konstrukce tak vykazují, oproti jiným kovovým spojovacích prostředků do dřeva, poměrně nízké deformace.

Navrhování spojů s deskami s prolisovanými (otvory) trny se v evropských normách řeší pouze obecnými vztahy. Předpokládá se, že řešení spojů se bude rovněž provádět na úrovni profesionálního softwaru. Vstupní hodnoty charakteristických vlastností (pevností a únosností) si musí každý výrobce těchto spojovacích prostředků zajistit sám podle poměrné náročných postupů určených příslušnými normami.

Ing. Miloš Vodolan
Foto: autor

Autor přednáší na Fakultě stavební ČVUT Praha, je jednatelem firmy Fine. Text byl redakčně krácen, celé znění včetně výpočtů najdete na internetové stránce www.fine.cz.

Literatura
 1. Bittnar, Z. – Šejnoha, J.: Numerické metody mechaniky, ČVUT 1992.
 2. Blass, H.-J. – Kurzweil, L.: Spoje se styčníkovými deskami s prolisovanými trny. Únosnost při zatížení momentem, část 1.: Únosnost trnů (připojení), Bauen mit Holz, 7/1997.
 3. Blass, H.-J. – Kurzweil, L.: Spoje se styčníkovými deskami s prolisovanými trny. Únosnost při zatížení momentem, část 2.: Únosnost desky, Bauen mit Holz, 9/1998.
 4. Blass, H.-J. – Schmid, M. – Litze, H. – Wagner, B.: Nail Plate Reinforced Joints with Dowel-type fasteners, University of Karlsruhe.
 5. Ellegaard, P.: Analysis of Timber Joints with Punched Metal Plate Fasteners – with a Focus on Knee Joints, Aalborg University: 2001.
 6. Ellegaard, P.: Analysis ans Design of Modified Attick Trusses with Punched Metal Plate Fasteners, Aalborg University.
 7. Gupta, R. – Vatovec, M. – Miller, T. H.: Metal-Plate-Connected Wood Joints: A Literature Review, Oregon State University: 1996.
 8. Jarušková, D.: Pravděpodobnost a matematická statistika, ČVUT 2006.
 9. Kevarinmaki, A.: Nail Plate Reinforced Metal Plate-to-Timber Joints Made with Nail, Screw or Pop Rivet Fasteners , VTT Building Technology.
10. Dřevěné konstrukce podle eurokódu 5, STEP1, Zlín: 1998.
11. Dřevěné konstrukce podle eurokódu 5, STEP2,
Pelhřimov: 2004.