Historické dřevěné trámové stropy z pohledu stavební akustiky – 2. část

Předkládaný článek navazuje na 1. část pod názvem „Historické dřevěné trámové stropy z pohledu stavební akustiky – 1. část“. 2. část je pak převážně zaměřena na historické normativní předpisy a akustické izolace tradičních dřevěných trámových stropů.

4. Legislativní a normativní předpisy platné z hlediska stavební akustiky

Při každém zásahu do akusticky dělící konstrukce, v tomto případě stropu s podlahou, je nutné respektovat platný rámec legislativních a normativních předpisů, které upravují stavebně-akustické řešení.

Z pohledu platné legislativy v České republice jsou základní požadavky na akustické řešení stropů a podlah uvedeny zejména ve vyhlášce č. 268/2009 Sb., o technických požadavcích na stavby, ve znění pozdějších předpisů [4], a to v § 14 Ochrana před nadměrným hlukem a vibracemi, kde se v odstavci (3) uvádí, že: „Požadovaná vzduchová neprůzvučnost obvodových plášťů budov, stěn, příček a stropů mezi místnostmi je dána normovými hodnotami. Požadovaná kročejová neprůzvučnost stropních konstrukcí s podlahami je dána normovými hodnotami.“ Obdobně je tento požadavek uveden také v § 20 Stropy, kde se v odstavci (2) uvádí, že „Stropy spolu s podlahami a povrchy jsou vyhovující z hlediska zvukové izolace, jestliže jejich vzduchová neprůzvučnost a kročejová neprůzvučnost splňují minimální požadavky dané normovými hodnotami“ a konečně také v § 21 Podlahy, povrchy stěn a stropů, kde je v odstavci (1) uvedeno, že „Podlahové konstrukce musí splňovat požadavky na tepelně technické vlastnosti v ustáleném a neustáleném teplotním stavu včetně poklesu dotykové teploty podlah, a dále požadavky stavební akustiky na kročejovou a vzduchovou neprůzvučnost dané normovými hodnotami. Souvrství celé stropní konstrukce se posuzuje komplexně.“

Pro budovy na území hlavního města Prahy je pak nutno uvést platné Pražské stavební předpisy z roku 2022 [5], kde jsou stavební požadavky na ochranu proti hluku a vibracím uvedeny v § 52 a dále v § 84, kde je uvedená návaznost na požadované normové hodnoty.

Trámové stropy však se sebou v tomto přinášejí mnohá specifika. Ty jsou samozřejmě dány převážně jejich konstrukcí a celkově uspořádáním jednotlivých vrstev, včetně vzduchových mezer a jejich výplní a obecně plošnou hmotností jednotlivých částí i konstrukce jako celku.

V platné normě ČSN 73 0532/2020 Akustika – Ochrana proti hluku v budovách a posuzování akustických vlastností stavebních konstrukcí a výrobků – Požadavky z roku 2020 [6], jsou pak přesně definovány zvukoizolační požadavky pro stavby různých účelů.

Pro místnosti s byty je pak část požadavků uvedena v Tab. 1 z [6], viz níže. Tyto požadavky nepředstavují hodnoty doporučené, ale, jak již bylo uvedeno, jedná se o hodnoty legislativě závazné. Splnění normových požadavků se pak, dle naší legislativy, prokazuje zkouškou na stavbě, na konkrétní stavební konstrukci, dle postupů uvedených v ČSN EN ISO 16283-1 – Akustika – Stavební měření zvukové izolace stavebních konstrukcí a v budovách – Část 1: Vzduchová neprůzvučnost [7] a ČSN EN ISO 16283-2 – Akustika – Měření zvukové izolace stavebních konstrukcí a v budovách in situ – Část 2: Kročejová neprůzvučnost [8]. Nikoliv tedy na základě výpočtu nebo doložení zvukoizolačních parametrů dodavatelem dílčích částí nebo trámových stropů jako celku.

Tab. 1: Požadavky na zvukovou izolaci mezi místnostmi v domech s byty

Pro další rozbor je nutné si nejprve uvědomit, jaké zvukoizolační vlastnosti dle naší platné legislativy vlastně posuzujeme (tj. hodnoty stavební) a jaké používáme pro posouzení (tj. hodnoty laboratorní a příslušné korekce):

• vzduchová neprůzvučnost mezi místnostmi, konkrétně se pak jedná nejčastěji o váženou stavební vzduchovou neprůzvučnost R´_w [dB] nebo váženou laboratorní neprůzvučnost R_w [dB];
• kročejovou neprůzvučnost mezi místnostmi, zde se pak jedná nejčastěji o stavební hodnotu vážené normalizované hladiny akustického tlaku kročejového zvuku L´_n,w [dB] nebo její laboratorní hodnotu L_n,w [dB].

U trámových stropů jsou obě zmiňované veličiny do jisté míry problematické, ale za obtížnější lze považovat splnění požadavků na kročejovou neprůzvučnost. Pokud je trámová stropní konstrukce, včetně vrstev podlahy, navržena správně a splní požadavky na kročejovou neprůzvučnost, pak většinou i vzduchová neprůzvučnost bývá splněna. Opačně však toto tvrzení neplatí. Z uvedených důvodů se potom pozornost při návrhu konstrukce většinou obrací na kročejovou neprůzvučnost a správné řešení stavebních detailů, které s konkrétním případem souvisí.

Srovnáme-li trámové konstrukce například s masivními konstrukcemi, je nutno upozornit na poměrně nedostatečné zvukoizolační vlastnosti v oblasti nízkých frekvencí, které právě úzce souvisí s plošnou hmotností poměrně lehkých částí trámové konstrukce. U vyšších frekvencí už tyto zvukoizolační schopnosti narůstají.

Význam nízkých kmitočtů je do jisté míry v praxi zohledněn pomocí parametru, který se nazývá faktor přizpůsobení spektru C_I. Pro těžké stropy s účinnou podlahou je C_I = 0 dB, pro trámové dřevěné stropy s výraznými výchylkami u nízkých kmitočtů bude však C_I s velkou pravděpodobností > 0 dB.

V případě kročejové neprůzvučnosti (resp. vážené normované hladiny akustického tlaku kročejového zvuku L´_n,w) lze proto doporučit, aby se při návrhu zahrnul faktor přizpůsobení spektru C_I. To znamená, L´_n,w + C_I má být menší než příslušný požadavek uvedený v ČSN 73 0532/2020, [6]. Tento způsob posouzení se však v praxi většinou nepoužívá, i když by byl velmi vhodný a přínosný.

Právě v oblasti nízkofrekvenčního hluku jsou pak často pozorovány stížnosti uživatelů jednotek, což bylo například podrobně rozebráno v literatuře [9]. Mechanické impulzy v konstrukci totiž budí ohybové vlny, které se šíří různými rychlostmi z místa vzniku a uvádějí konstrukci do difúzního chvění. Výsledkem je výše popisovaný, vyzařovaný kročejový zvuk, který náleží do oblasti chvění (od 20 Hz výše) a je slyšitelný. Bohužel platná legislativa vyhodnocuje zvukoizolační vlastnosti v pásmu 100–3150 Hz a nižší frekvence nejsou zohledňovány, to však vůbec neznamená, že by nebyly pro obyvatele rušivé, naopak jsou subjektivně velmi špatně vnímány.

5. Základní projekční přístupy ke správnému akustickému návrhu

Pro dosažení co nejpříznivějších akustických vlastností stropů je nutno hledat odpověď na otázku, jak efektivně zakomponovat výhody masivních konstrukcí do konstrukcí trámových. Jak již bylo výše uvedeno, historicky byla ve skladbách začleňována hmotná vrstva formou různých typů násypů. Bohužel při rekonstrukcích se často od tohoto řešení upouští, hmotná souvrství jsou zcela nebo částečně odstraňována a zvukoizolační vlastnosti tak výrazně utrpí.

Jednoznačná metodika na výpočetní stanovení zvukoizolačních vlastností u trámových stropních konstrukcí použitelná na všechny konstrukce neexistuje. Jedná se vždy o individuální stanovení vlastností pro konkrétní případ. I při znalosti konkrétní konstrukce je však akustik často odkázán jen na dílčí výpočty a převážně pak na své zkušenosti a dostupné podklady ostatních odborníků.

Obr. 5: Zjednodušený princip přenosu zvuku přes dělící trámovou konstrukci
(Obr.: Ing. Zuzana Fišarová, Ph.D.)
1 – přenos přímo přes dutinu stropu s vlivem připojení na ohraničující konstrukci
2 – přenos přímo přes trámovou konstrukci
3 – přenos přímo přes dutinu stropu
4 – přenos přímo přes dutinu stropu s možnou úpravou, například vložení izolantu nebo vsypu
5 – přenos boční cestou se zohledněním připojení konstrukce na ohraničující prvky
6 – přenos boční cestou přes ohraničující konstrukce

V čem spočívá složitost situace lze velmi zjednodušeně vyjádřit na Obr. 5. Trámová konstrukce vystavená zdroji hluku, ať již tento zdroj představuje například řeč uživatelů nebo jejich kroky, přebírá tento vzruch a ten se může šířit způsoby zobrazenými na Obr. 5. Je nutné znovu zdůraznit, že velmi důležité je pak připojení trámové konstrukce na ohraničující konstrukce a obecně uložení všech prvků na sebe i okolí.

V laboratorních podmínkách lze skutečnou situaci konkrétní stavby simulovat jen v omezené míře a tak, i když má projektant data z laboratorních měření zvukoizolačních vlastností k dispozici, je často i přesto odkázán na znalosti zkušeného akustika.

Podíváme-li se na řešenou problematiku z pohledu dodavatelů dílčích částí konstrukcí je nutno konstatovat, že pokud chtějí tito dodavatelé ke svým prvkům uvést potřebné údaje, tak jsou nuceni provést poměrně rozsáhlé laboratorní měření, aby byly schopni doložit potřebné parametry svých materiálů nebo celých konstrukcí. Vznikají tak soubory dat obsahující výsledky typických trámových stropů, stropů s těžkými záklopy, s lehkými záklopy, s různými skladbami podlah a různými typy podhledů. Soubor laboratorních měření je však do jisté míry limitován eliminací bočních cest přenosu hluku na reálné stavbě, viz Obr. 5. V praxi je pak tento přenos u trámových stropních konstrukcí poměrně výrazný problém. Laboratorní měření je však, i přes uvedená omezení, jediný způsob, jak vlastnosti objektivně uchopit.

Jak tedy k rekonstrukcím těchto typů konstrukcí přistupovat? Vždy se jedná o individuální případ. Plošné odstranění hmotných vrstev bez adekvátní náhrady však nelze doporučit, protože tento postup obvykle vede k výraznému zhoršení zvukoizolačních vlastností konstrukcí. K odlehčení stávajících podlah by mělo docházet jen v případech, kdy se nová skladba včetně směrných detailů odborně vyprojektuje a zvukoizolační vlastnosti celé konstrukce se ověří výpočtem nebo lépe měřením.

V běžné stavební praxi bude projektant vždy omezen tím, do jaké míry může do stávající skladby zasáhnout. Rozhodující je zde kvalitně provedený stavebně-technický průzkum, při kterém bude nejen zjištěna skutečná skladba konstrukce, ale také její fyzický stav a skutečné provedení. Z průzkumu pak vyplyne limitní tloušťka skladby nové podlahy a případné požadavky na statické zesílení stropu nebo například na výměnu některých dřevěných prvků.

Možná řešení vedoucí ke zlepšení akustických vlastností lze rozdělit podle toho, do které části stávající konstrukce se zasahuje a jakých parametrů chce projektant dosáhnout, neboť účinnost různých opatření je v tomto případě významně individuální. Výsledky měření celé řady „typických“ skladeb s různými variantami akustických izolací jsou dostupné také v odborné literatuře, například [10], [11].

V případě požadavku na odstranění stávajícího násypu stropu nad záklopem, je pro správný akustický návrh zásadní nahrazení hmotných vrstev jiným typem materiálu, prvku nebo změnou tuhosti konstrukce. Na Obr. 6. je znázorněno vnesení hmotného dílce do skladby. Toto lze provést ve formě různých prefabrikovaných prvků, například z betonové dlažby nebo desek, dále z voštinových násypů, které tvoří písek nebo jiný speciální zásyp do voštinové konstrukce z kartonového papíru, nebo obecně aplikací jiných těžkých deskových materiálů podobného charakteru. Zde lze připomenout, že nejen hmotné násypy, ale také hmotné vrstvy cihel, se v minulosti uplatňovaly, jak již dokumentoval například Obr. 4 – 1. část článku. Jako příklad změny tuhosti konstrukce lze uvést spřažení stávajících stropních trámů s ŽB deskou (mokrá cesta) [12] nebo s deskami na bázi dřeva (suchá cesta) [13]. Tato řešení s sebou často nesou vyšší náklady, a proto se volí obvykle až v případě, že je kromě akustických vlastností nutno zvýšit také únosnost nebo snížit kmitání stropní konstrukce.

Obr. 6: Hmotné akustické úpravy na záklopu dřevěného trámového stropu: a) betonová dlažba (300 × 300 × 40 až 60 mm) nalepená bitumenovým lepidlem aplikovaným za studena s mezerou; b) pískový zásyp ve voštinové konstrukci z lepenky s tloušťkou 30 až 60 mm s volně položenou ochranou proti propadům (např. z kartonového papíru) na spodní straně (zdroj: [10])

Při vlastní realizaci je třeba mít na paměti, že pokud jsou v záklopu mezi trámy mezery, je nutné zamezit propadům sypkého materiálu do těchto mezer, ke kterému by mohlo dojít při realizaci i při vlastním užívání stropu. K zamezení těchto propadů se používá vhodná separační vrstva, například kartonový papír volně ložený na hornímu líci záklopu.

Pakliže jsme nuceni přistoupit k odkrytí celého stropu, je dále vhodné vkládat do vzduchové dutiny mezi trámy akustickou izolaci určenou k tomuto účelu, například z minerální vlny. Tato akustická izolace pak bude plnit i funkci tepelné izolace. Z hlediska vlastní aplikace například literatura [10] uvádí, že při minimální tloušťce izolantu 50 mm se minerální vata natlačí do prostorů mezi dřevěnými trámy do podoby „vaničky“ ve tvaru písmene „U“, zatímco při vyšší tloušťce než 100 mm se izolant zalícuje mezi stropní trámy, jak znázorňuje Obr. 7. Zásadně nevhodné je pro tento účel například použití pěnového polystyrénu.

Obr. 7: Možnosti zlepšení akustických vlastností stropu vložením akustické izolace mezi stropní trámy (zdroj: [10])

Akustické vlastnosti stropu však lze částečně upravit i ve formě podhledů z deskových materiálů, které jsou ke stávajícímu stropu pružně upevněny pomoci speciálních akustických pružných závěsů. Tato řešení jsou podrobněji popsána jednak v odborné literatuře [10], [11], ale zejména u konkrétních výrobců a dodavatelů podhledových konstrukcí. Stropní podhled může být navržen i v kombinaci s opatřením zlepšujícím prostorovou akustiku, kdy podrobnější postup návrhu nalezneme například v odborné literatuře [14]. Dodejme, že stropní podhledy mohou plnit i celou řadu dalších funkcí, například zvyšování požární odolnosti stropní konstrukce apod.

Zásadní vliv na akustické vlastnosti má také provedení vlastní plovoucí podlahy na stropní konstrukci a způsob jejího oddilatování od všech navazujících svislých konstrukcí, což bylo blíže popsáno například v literatuře [15]. Výběrem vhodné nášlapné vrstvy lze významně zvýšit kročejovou neprůzvučnost celé konstrukce. Nelze nezmínit i požadavek na dostatečné přitížení kročejové izolace od horních vrstev podlahy (obvykle deskami s vysokou objemovou hmotností).

V současné době jsou dostupná „moderní“ systémová řešení pro nahrazení různých souvrství trámových stropů a podlah, která jsou součástí nabídky mnohých výrobců a dodavatelů nejen materiálů, ale i celých systémových konstrukcí trámových stropů a podlah.

Kromě vlastního návrhu je samozřejmě vždy nutné sledovat také provádění stavebních detailů. Je velký rozdíl, zda se jedná o změny v trámových stropních konstrukcích u jednoduchých obdélníkových místností nebo u velmi členitých prostor. A závěrem je nutné vždy zvolit kvalitního realizátora rekonstrukce. Bohužel v naší praxi jsme často svědky bezmyšlenkovitého, ukvapeného odstraňování starých konstrukcí nebo jejich částí bez znalostí souvislostí, do kterých lze zařadit i zvukoizolační parametry.

6. Závěr

Dřevěné trámové stropy patří mezi nerozšířenější vodorovné nosné konstrukce obytných budov postavených do 1. poloviny 20. století, se kterými se v běžné stavební praxi setkáváme. Tyto stavby průběžně procházejí různými stavebními úpravami, při kterých dochází k zásahům do souvrství podlah a stropní konstrukce. Je třeba zdůraznit, že obytné budovy patří v ČR mezi stavby s nepřísnějšími legislativními a normativními akustickými požadavky, přičemž tyto požadavky jsou závazné a musí tedy být respektovány. Splnění těchto požadavků se prokazuje měřením na realizované stavbě, které může provádět pouze akreditovaná laboratoř. Často jsme svědky situace, kdy některé neuvážené zásahy, jako je například odstraňování hmotných vrstev a nahrazování lehkými izolačními materiály, vedou k chybnému řešení. Pro správný návrh konstrukce je vždy nutné provést stavebně-technický průzkum, na základě kterého zjistíme nejen skutečný stav konstrukce, ale také skladbu jejího souvrství. Pro prvotní návrh je pak vhodné použít řešení, které již bylo úspěšně ověřeno a je například systémovým řešením některého z výrobců nebo dodavatelů, který u této skladby již provedl akreditovaná akustická měření. Pokud mají být výsledné vlastnosti stropní konstrukce předvídatelné, je vždy nutná spolupráce s odborníkem na stavební fyziku – akustikem, který je v součinnosti se statikem schopen optimalizovat návrh na konkrétní okrajové podmínky. Teprve pak lze garantovat, že skladba dřevěné trámové stropní konstrukce a podlahy jako celku splní závazné požadavky a v neposlední řadě také vytvoří příznivé prostředí pro své uživatele i jejich sousedy.

Poděkování

Tento výsledek byl realizován za finanční podpory z prostředků státního rozpočtu prostřednictvím Ministerstvo kultury ČR – NAKI III – program na podporu aplikovaného výzkumu v oblasti národní a kulturní identity na léta 2023 až 2030 v rámci projektu DG23P03OVV049 „Jedna z nejohroženějších skupin historického stavebního fondu ČR: jedinečné technologie hliněných staveb s použitím kusového staviva (válků) a způsoby jejich záchrany“.

Tento příspěvek byl v upravené, méně obsáhlé verzi publikován na mezinárodní konferenci Krajina Sídla Památky 2023, která se konala 9. dubna 2023 na Fakultě stavební, Vysokého učení technického v Brně. Příspěvek byl publikován ve sborníku, který je dostupný on-line: https://drive.google.com/file/d/1OEFTfciLj3rddGoA_XKThrn3k0Ey5Ez9/view

7. Literatura – 2. část článku

1. Vyhláška č. 268/2009 Sb., o technických požadavcích na stavby ve znění pozdějších předpisů. Ministerstvo pro místní rozvoj.
2. Pražské stavební předpisy 2022 s aktualizovaným odůvodněním. Praha: Institut plánování a rozvoje hlavního města Prahy. 2022. 220 stran. ISBN 978-80-87931-88-2 (PDF). Dostupné na:
   https://iprpraha.cz/stranka/29/prazske-stavebni-predpisy
3. ČSN 73 0532 Akustika – Ochrana proti hluku v budovách a posuzování akustických vlastností stavebních konstrukcí a výrobků – Požadavky. Praha: Česká agentura pro standardizaci. 2020. 40 stran.
4. ČSN EN ISO 16283-1 Akustika – Stavební měření zvukové izolace stavebních konstrukcí a v budovách – Část 1: Vzduchová neprůzvučnost. Praha: Úřad pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví. 2014. 48 stran.
5. ČSN EN ISO 16283-2 Akustika – Měření zvukové izolace stavebních konstrukcí a v budovách in situ – Část 2: Kročejová neprůzvučnost. Praha: Česká agentura pro standardizaci. 2021. 52 stran.
6. DONAŤÁKOVÁ, Dagmar; KRUPICOVÁ, Jana; KOLÁŘOVÁ, Zuzana; STRAKA, Bohumil. Acoustic Properties of Timber Joist Ceilings with Respects to Their Response onto the Effects of Dynamic Loads. In Advanced Materials Research Vol. 649 - enviBUILD 2012. Switzenland: Trans Tech Publications, 2013. s. 269-272. ISBN: 978-3-03785-596-6. ISSN: 1022-6680.
7. HESTERMANN, Ulf; NEUMANN, Dietrich; WEINBRENNER, Ulrich; RONGEN, Ludwig. Stavební konstrukce I., 33. vydání. Bratislava: JAGA group, s. r. o. Slovenská republika. 2005. 506 stran. ISBN: 80-8076-025-X
8. KOLB, Josef. Dřevostavby: Systémy nosných konstrukcí, obvodové pláště, 3. aktualizované vydání. Praha: Grada Publishing a. s. 2011. 317 stran. ISBN: 9788024740713
9. Pavel Nechanický. Možnosti provádění kompozitních dřevobetonových konstrukcí. In: www.tzb-info.cz [online], Topinfo s.r.o., 2012 [cit. 10.03.2016]. Dostupné na:
   https://stavba.tzb-info.cz/drevostavby/8362-moznosti-provadeni-kompozitnich-drevobetonovych-konstrukci
10. VEJPUSTEK, Zdeněk; STRAKA, Bohumil; VANĚREK, Jan. Rekonstrukce dřevěných trámových stropů netodou spřažení. TZB-info, 2018, č. 1, s. 1–7. ISSN: 1801-4399. Dostupné na:
    https://stavba.tzb-info.cz/drevene-konstrukce/17527-rekonstrukce-drevenych-tramovych-stropu-metodou-sprazeni
11. FIŠAROVÁ, Zuzana. Stavební fyzika – Stavební akustika v teorii a praxi. Brno: Vysoké učení technické v Brně, Fakulta stavební. 2014. 129 stran. ISBN: 978-80-214-4878- 0.
12. FIŠAROVÁ, Zuzana; KALOUSEK, Lubor; ŠLANHOF, Jiří; MOTYČKA, Vít. Design of the flooring termination detail at the wall base from the historical and contemporary point of view. České Budějovice: Studio D – akustika s.r.o. Journal Akustika, 2020, roč. 35, č. 1, s. 9–22. ISSN: 1801-9064.