Poruchy staveb – kotvení krovů

Konstrukční řešení krovu a jeho spolupůsobení se stavbou je v mnoha případech podceňováno. Doprovázet by ho mělo většinou odborné statické posouzení a následovat by mělo pečlivé provedení krovu.

Princip působení krovu na navazující konstrukce
Naprostá většina bytové výstavby v současnosti využívá prostor pod krovem jako obytnou plochu. Vedle finančních důvodů (střecha musí být tak jako tak) hraje nezanedbatelnou roli i určité kouzlo obytných podkroví. Bohužel řada architektů se soustředí pouze na tvar krovu a dispozici půdní vestavby. Konstrukční řešení odkládají s tím, že na to je ještě dost času. A někdy se jím nezabývá ani projektant a nechává ho na dodavateli. Dost často pak jeho poznámku „ …bude součástí prováděcí dokumentace realizační firmy“ čtou jako první až tesaři na stavbě. Architekt také mnohdy předpokládá, že krovy se bez problémů stavějí již stovky let, bohužel však již nevnímá skutečnost, že krovy stejného vzhledu nemusejí být shodné také konstrukčně.
Pro bližší vysvětlení předcházejícího odstavce uvedeme příklad řešení staršího a současného krovu. Soustředit se budeme především na přenesení vodorovné síly z krokví.

Dříve bývalo zvykem vždy přenášet vodorovnou sílu kotvením pozednic pásovinou, upevněnou do stropních či vazných trámů (v případě středních zdí byl vazný trám opět napojen pomocí kramlí) (obr. 1a) nebo zavětrováním plné vazby a podobně. Poměrně elegantní statické řešení představuje krov s námětky (obr. 1b), kdy jsou krokve čepovány přímo do stropních trámů nad obvodovým zdivem. Vodorovné síly jsou tak vyneseny navzájem přes tento trám a svislé síly z krokve jsou vnášeny přímo do zdiva. Také vykonzolování stropních trámů a uložení námětků na ně vylepší z hlediska statiky jejich únosnost (spojitý nosník).
V současnosti se obecně předpokládá vynesení vodorovné síly z krokví přes pozednici do pozedního věnce a do navazující konstrukce, obvykle nadezdívky. Málokdy projektant prověřuje přenesení této vodorovné síly výpočtem.

Obr. 1  Přenesení vodorovných sil z krokví pomocí táhel či přímo začepováním do stropního trámu a) krov s pásovinami, b) námětkový krov

Na obr. 2 jsou znázorněna schémata dnes používaných konstrukcí krovů s vyznačením průběhu ohybového momentu po krokvi a reakcí z krokví do pozednice. Extrémní hodnoty jsou zvýrazněny tučným písmem a podtržením. Jedná se o běžný krov se vzdáleností podpěr 9 m, asymetrické zatížení (odtávání sněhu, vítr) je pro zjednodušení zanedbáno. Uvedené síly odpovídají reakci na běžný metr pozednice.

Obr. 2  Průběh ohybových momentů na krokvi a reakce v podpěrách pro různé varianty

Z hodnot na obr. 2 je zřejmé, že pro dimenzování krokví je nejméně výhodná varianta krovu s vrcholovou vaznicí (zhruba čtyřnásobný ohybový moment oproti zbývajícím variantám). Ostatní varianty jsou z hlediska krokví prakticky totožné (zatížení je pro zjednodušení uvažováno symetrické).

Soustavy se středovou či vrcholovou vaznicí vykazují poměrně malé vodorovné reakce, to je však kompenzováno svislými reakcemi do vaznic a přes ně následně do sloupků. Zde se ale může jak při řešení dispozice, tak i při konstrukci stropu objevit problém v případě, že se sloupek krovu o strop opírá.

Projektanti tuto skutečnost často více či méně zanedbávají. Výsledkem jsou poté sloupky „ve vzduchu“, které přitom mohla v přízemí podepřít konstrukce nosné stěny místo nenosné příčky (podle EC6 Navrhování zděných konstrukcí lze jako nosnou stěnu uvažovat neomítnuté zdivo o tloušťce 140 mm). Strop se často o tuto příčku stejně opře, záleží jen na tom, jak velkou silou. V horším případě může začít i příčku drtit (vymačkávaná omítka ve styku stropu a stěny), popřípadě poškodit základovou desku.

Pro přenesení reakcí od krokve je jednoznačně nejproblematičtější varianta hambálkového krovu s velkou svislou reakcí (V_a = 16,95 kN/m’), která může někdy komplikovat nadimenzování vodorovných konstrukcí stropu (překlady). Z hlediska stability nadezdívky je však naopak velká svislá síla přínosem.

Obr. 3  Rozevírající se zdivo od neukotveného pozednicového věnce
Obr. 4  Utržený pozední věnec od příčného zdiva

Jednoznačně problematická z hlediska stability nadezdívky je u hambalkového krovu vodorovná reakce (Ha = 12,02 kN/m’). Ta může způsobit i vážné poruchy na stavbě. Na obr. 3 je zřejmá trhající se fasáda od nesprávně provedeného pozedního věnce. Ten samozřejmě sám od sebe nestačí – je nutné ho kotvit ke konstrukci schopné přenést vodorovnou sílu (tuhý strop, příčný věnec apod.).

Na obr. 4 je vidět tento věnec odtržený od příčných stěn v budoucím interiéru. Právě zde, stejně jako ve štítě, měl být pozední věnec ukotven, aby přenášel vodorovné síly. Protože se zde ale jednalo pouze o hrubou stavbu, bylo ještě možné provést dodatečné stažení objektu s minimem „destrukčních“ prací. I tak to ale znamenalo zvýšení nákladů na stavbu oproti variantě optimálního řešení, která měla být uvedena již v projektové dokumentaci. Horší situace nastává, když k viditelné poruše dojde až po dokončení stavby a po nastěhování.

Na obr. 5 je vidět trhlina, která se objevila těsně před nastěhováním. Probíhala podél fasády na obou stranách budovy. Na druhé straně domu trhlina prochází do elektrické krabice. Na základě získané fotodokumentace ještě z doby realizace je zřejmé, že byl vynechán pozední věnec.

Důvod trhliny je schematicky naznačen na obr. 7. Je zřejmé, že nepřikotvení pozednice způsobilo nejprve její natočení (na obr. 6 je viditelná mezera a potrhání malty) a poté se v místě oslabeném rozvodem elektřiny zlomila nadezdívka. V takovémto případě je samozřejmě případné stažení podstatně náročnější a i „bolestivější“.

Obr. 5  Trhlina od natočení nadezdívky bez kotvené pozednice
Obr. 6  Vynechání pozedního věnce	Obr. 7  Schéma natočení nadezdívky
Obr. 8  Roztržená fasáda od neukotvené pozednice

Opačný případ je zřejmý z obr. 8. Zde bylo naopak při realizaci půdní vestavby v rámci rekonstrukce odstraněno původní stažení krovu, pravděpodobně pomocí páskové oceli. Odpověď krovu na sebe nenechala dlouho čekat – pozednice i se štítem doslova „odpochodovala“ směrem ven.

Následně samozřejmě vznikají trhliny, u nichž lze předpokládat, že se budou nadále zvětšovat, a to minimálně při zvětšení zatížení (například sněhem). Přitom alespoň pro zabránění vzniku trhlin ve štítě stačilo pozednici ukotvit podél štítu táhlem – dispozičně by jistě nepřekáželo. Schematicky možný princip kotvení je červenou šipkou znázorněn na obr. 9.

Obr. 9  Schéma možného stažení	Obr. 13  Kotvení pozedního věnce do příčné zdi

Obr.10  Průběh ohybového momentu a přetvoření (průhybu)
Obr.11  Průběh ohybového momentu a přetvoření (průhybu) při prokluzu podpěry
Obr. 12  Schéma možné havárie	Obr. 14  Schéma působení keramobetonové konzoly

Možnosti kotvení krovu
Pokud se budeme v dalším textu zabývat pouze hambálkovým krovem, je vhodné si uvědomit funkci hambálku, často zaměňovaným s kleštinou. Zatímco kleština stahuje vaznice a sloupky v místě plných vazeb (bere je do kleští), hambálek krokve rozepírá, a tím z hlediska podepření krokve nahrazuje středovou vaznici.
Na obr. 10 je vynesen průběh ohybového momentu a přetvoření (čárkovaná čára) v případě, že podpory jsou dostatečně tuhé a neumožní prokluz pozednice, a tím i celého krovu.

Na obr. 11 je znázorněn případ, kdy umožňujeme posunutí pozednice. Je zřejmá až dramatická změna v průběhu ohybového momentu (více než dvanáctinásobný nárůst). Je to způsobeno změnou funkce hambálku – z tlačené rozpěry se stává táhlo. Domnívám se, že dřevo není tak tvrdý materiál, aby se při běžném provádění dalo jednoznačně vyloučit jakékoliv „zamáčknutí“ a následné dotvarování. Lze tedy předpokládat částečné proklouznutí podle schématu na obr. 11.

Proto doporučuji při návrhu krokve tuto skutečnost zohlednit a nespoléhat se jen na přesnou výpočetní techniku. Na tu lze spoléhat snad jen v některých oblastech stavebnictví (například u tepelnětechnických výpočtů, kde případné přesné výpočty s nepřesnými čísly nezpůsobí žádné ohrožení stability budovy), ale nikoliv u staticko-konstrukčních návrhů. Ostatně podle starých empirických vztahů na základě dlouholetých zkušeností vycházejí dimenze krovů obvykle masivnější než podle moderních výpočtových metod.

Z předcházejícího textu je zřejmé, že pokud nedokážeme zajistit přenesení vodorovných sil z krovu do navazujících dostatečně tuhých konstrukcí, hrozí nám buď havárie, jaká je schematicky vyjádřena na obr. 12 nebo na obr. 3 a 4, popřípadě přetížení krokví, doprovázené v lepším případě pouze zvýšeným průhybem (obr. 11).

Kotvení pozednice tuhým věncem

Zdánlivě nejjednodušším a seriózně působícím řešením je kotvení pozednice do dostatečně tuhého věnce. Ani možnosti železobetonu však nejsou bez omezení. Na obr. 3 a 4 je zřejmé, že pod pozednicí „nějaký“ železobetonový věnec je, ale bez jakéhokoliv příčného ztužení, o správném a dostatečném vyztužení nemluvě.

Při návrhu věnce musíme vždy provést jeho kotvení do příčných stěn, a to nejlépe „táhly“ tvořenými železobetonovými věnci nebo táhly skutečnými, obvykle šikmými, zakomponovanými do příček či zábradlí a ukotvenými do železobetonových desek.

Na obr. 13 je ukázka kotveného věnce do příčné stěny. Za upozornění stojí fakt, že hlavní nosná výztuž věnce je orientována obráceně, než je u běžných průvlaků zvykem (je na svislo). Odpovídá to způsobu přenášení zatížení, tj. zachycení vodorovné síly a přenesení ohybového momentu ve vodorovné rovině.

Množství výztuže zde nebylo stanoveno odhadem, bylo podepřeno statickým výpočtem při uvažování věnce jako spojitého nosníku. Pro opravdu stoprocentní zajištění ukotvení zde byl dokonce realizován šikmý věnec v příčných stěnách přerušených dveřními otvory (připravena šikmá výztuž pro napojení). Při dimenzování je samozřejmě vhodná co nejširší zeď (větší rameno vnitřních sil), uložená na stropě a věncovce (vysvětleno dále v textu).

Průběžné kotvení věnce
Ne vždy se ale dá provést kotvení do příčných stěn, protože v dispozičním řešení ani nejsou. Obvykle si lze pomoci uplatněním principu železobetonové konstrukce, kde tlak místo betonu přenáší keramika a tahové síly přenáší vložený ocelový prvek.

Na obr. 14 je schéma působení takové konstrukce. Nadezdívka zde odpovídá konzole, jejímuž překlopení brání dvojice sil. Hnědá šipka na obrázku představuje tah přenášený ocelovou výztuhou, žlutá šipka značí těžiště tlakové zóny přenášející tlak. Jako vhodná verze z hlediska realizace a pro přenesení ohybového momentu se jeví k přenesení tahu použití páskové ocele ukotvené do stropní konstrukce a zatažené do železobetonového pozedního věnce. Do něho se již ukotví pozednice přímo při realizaci krovu podle zvyklostí dodavatelské firmy (chemické kotvy apod.).

Obr. 15  Pásovina před zabetonováním (a) a pásovina již v drážce po hraně zdiva zatažená do věnce (b)
Obr. 16  Kotvení pozednice táhly přímo do věnce stropu
Obr. 17  Zmenšení ramene vnitřních sil nahrazením věncovky tepelnou izolací

Na obr. 15a je tato pásovina před zabetonováním – je zatažena pod výztuž desky a roztažením druhého konce připravena pro zakotvení do pozedního věnce. Zakotvení je nutné provést zatažením ohnuté pásoviny pod výztuž desky, jinak by hrozilo vytržení z betonu. Na obr. 15b je páskovina již zapuštěna v drážce v hraně zdiva a zatažena do věnce.

Podobným řešením je i přímé kotvení pozednice táhlem zakotveným do stropní desky. Na obr. 16 je ukázka takového řešení (zde páskovou ocelí).

V odborné literatuře bývá doporučováno i řešení pomocí ukotvené závitové tyče protažené rovnou jak cihlami, tak i přímo pozednicí a zafixování pozednice šroubem přes podložku. Toto řešení však doslova svádí k vynechání pozedního věnce, což považujeme konstrukčně za nevhodné, a to nejen pro krov, ale i pro celkovou životnost stavby. Z hlediska únosnosti průřezu na překlopení je toto řešení také méně výhodné, neboť zmenšuje rameno vnitřních sil, podobně jako vynechání věncovky.

To je zřejmé z obr. 17, kde je schematicky znázorněn vliv vynechání věncovky na únosnost konzoly z cihelné nadezdívky. V levé části je stropní deska ukončena věncovkou. V případě použití věncovky lze předpokládat, že uložení zdiva a průběhy napětí budou odpovídat schématu vlevo.

V případě vynechání věncovky a položení tepelné izolace na hranu desky dochází ke zmenšení ramene vnitřních sil, a tím i únosnosti průřezu. Na druhou stranu, varianta táhla procházejícího zdivem umožňuje započítání vlivu této výztuže při posuzování smykové únosnosti. Toto posouzení však není obsahem tohoto příspěvku, a navíc nebývá tak problematické jako nebezpečí „překlopení“ nadezdívky.

Závěr
Z uvedeného textu je zřejmé, že kotvení krovu není jednoduché a ve většině případů vyžaduje odborné statické posouzení. Každý projektant by měl uvážit typ krovu a řešit dispozici v souladu s celkovým konstrukčním řešením objektu.

Nedávno jsme dimenzovali stropní konstrukci pod krovem s vrcholovou vaznicí. Přestože je celý prostor krovu uvažován jako půda bez vnitřního dělení, projektant mechanicky bezmyšlenkovitě rozmístil sloupky pod vaznicí v rastru tak, že sloupek je vždy fázově posunutý přibližně 1 m od nosné zdi a uložený uprostřed rozpětí stropu. A světlé rozpětí stropu je 7,3 m…

Příliš často se nesmyslně šetří na konstrukčních řešeních (pečli­vé provedení pozedních věnců, kvalitní kotevní technika, tloušťka zdiva apod.) s rizikem následných poruch. Přitom jde obvykle maximálně o desetitisícové náklady na domech za několik milionů.

TEXT: Ing. Ivo Petrášek
FOTO: archiv autora

Autor pracuje jako statik ve společnosti Wienerberger CP, a. s., v Českých Budějovicích.

Článek byl uveřejněn v časopisu Realizace staveb.