Podceňovaná místa zděných staveb z pohledu statika

1 Úvod

Hlavním ze základních stavebních požadavků, který nikdo nezpochybňuje, je požadavek na mechanickou odolnost a stabilitu v průběhu celého životního cyklu staveb. V případě zděných staveb se však často mnohem více řeší tepelné mosty, úspora energie a v poslední době akustika. Ve statických výpočtech často posouzení zdiva není buď vůbec a nebo se odehraje na jednom formátu A4. Proč tomu tak je?

2 Historie a současnost

Je pravda, že tak před dvaceti lety bylo navrhování a posouzení zděných konstrukcí zvláště u rodinných domů skoro výjimečné, a i dnes je mnohdy podceňováno.

Ale doba se nám mění. Změnily se jednak materiály – místo cihel plných nebo prvních cihel děrovaných CD, CDm nebo CD Týn s pevností cihel P7 až P25 vyzdívaných nejčastěji na vápenocementové malty, tu dnes máme cihly nejčastěji v pevnosti P8 a P10, rozměrově podstatně větší, s velkým procentem děrování a s vylehčeným cihlářským střepem. V dnešní době se na stavbách používají převážně cihly broušené, které se vyzdívají na tenkovrstvé cementové malty či zdicí PU pěny.

Současně se ale změnily i představy o bydlení. Dnešní rodinné domy jsou často velmi prostorné, nechceme se příliš svazovat, takže preferujeme volné dispozice, z čehož vyplývají velká rozpětí místností, s minimem vnitřních nosných zdí, chceme široká okna nebo i celé prosklenné stěny. Navíc se ani nedodržuje zásada, že by nosné stěny měly probíhat od základu nad sebou přes všechna podlaží, často mají domy předsazená nebo naopak uskočená patra apod. Toto vše pak klade na nosné zdivo podstatně větší nároky než v minulosti.

Dále dnes není problém najít na internetu jakoukoliv informaci – počínaje kuchařskými recepty až třeba právě na dnešní oblíbené „blogy” na téma: „Jak stavět svépomocí”. Dostupných informaci je tedy velmi mnoho, bohužel někdy jsou informace protichůdné anebo i naprosto zavádějící, i když jsou často poskytovány s dobrým úmyslem, neboť jsou sdíleny převážně stavebníky-laiky mezi sebou navzájem.

Je známo, že mnohokrát opakovaná lež (nepravda) se stává pravdou a tak se chceme v tomto příspěvku zaměřit na nejčastější problémy či opomenutí při navrhování a provádění zdiva, abychom se poučili z chyb jiných a neopakovali je na svých stavbách.

3 Pevnost zdiva

Vždy je třeba pamatovat na to, že zdivo se skládá z cihel a malty. A není cihla jako cihla. Cihly se podle materiálu řadí ještě do několika skupin podle způsobu a procenta děrování. Také použitý typ malty významně ovlivňuje výslednou pevnost zdiva.

Např. zdivo z cihel HELUZ FAMILY při vyzdění na zdicí PU pěnu dosahuje cca poloviční pevnosti zdiva v tlaku při porovnání s vyzděním těchto cihel na tenkovrstvou maltu celoplošnou SBC (tenkovrstvá malta, která zcela pokryje ložnou plochu cihel, tedy všechny cihelná žebra i dutiny mezi nimi).

	FAMILY 44 - P10 broušená
skupina zdicích prvků	3
pojivo	tenkovrstvá malta celoplošná SBC	tenkovrstvá malta SB	pěna
charakteristická pevnost zdiva fk (MPa)	4,1	2,7	2,0
součinitel modulu pružnosti KE	900	900	600
počáteční pevnost zdiva ve smyku fvko (MPa)	0,3	0,3	0,06

Tabulka statických parametrů zdiva z cihel HELUZ FAMILY 44 pevnosti P10

Proto je třeba při návrhu zděných stěn nebo pilířů používat “rozumné” kombinace cihel a malt. Hodně namáhané zděné pilíře navrhovat tedy např. z cihel nebroušených na klasické maltové lože nebo z cihel broušených pevnosti P 15 vyzděných na tenkovrstvou celoplošnou maltu SBC a nikoliv vyzděných na PU pěnu.

4 Zdivo – návrh a provádění obecně

Na výslednou (skutečnou) únosnost zdiva pak nemají vliv jen mechanické parametry těchto základních materiálů (cihel a malty), ale také jejich vzájemné uspořádání, tj. především správná převazba zdiva, a to proto, aby se stěna nebo zděný pilíř choval jako jeden nosný prvek. Vzájemná převazba cihel je daná normou ČSN EN 1996-1-1. Pro cihly o výšce h do 250 mm má být vzájemný přesah cihel ≥ 0,4 h nebo min. 40 mm (platí větší z hodnot). V dnešní době se na stavební trh dodávají ze sortimentu cihel pálených nejčastěji cihly broušené s výškou h = 249 mm a u těchto je tedy vzájemná převazba min. 100 mm.

Pro snadné provádění je výhodné navrhovat půdorysnou dipozici v modulu 250 mm (alt. 125 mm), a to včetně polohy dveří a oken nebo velikosti vnitřních pilířů. Často se při návrhu ovšem zapomíná na fakt, že tento modul 250 mm se měří od vnitřního rohu zdiva. I proto výrobci pálených cihel vyrábějí tzv. cihly doplňkové (rohové, poloviční), které umožňují snadnost a rychlost zdění.

Pokud je na stavbě nutné cihly řezat, pak se mají zásadně dělit pilou, nikoliv zednickým kladívkem či sekyrou apod. U cihel, které jsou upravovány řezem, nebo nejsou cihly těsně u sebe na sraz a na tzv. pero a drážku, je důležité svislou styčnou spáru mezi cihlami vyplnit maltou (svislé spáry do šířky 5 mm lze vyjímečně vyplnit PU pěnou v případě technologie zdění na PU pěnu). Vyplnění širších mezer PU pěnou je velmi častá chyba při zdění, která snižuje celkovou tuhost stěny a je často také příčinou vzniku trhlin v omítkách.

Při zdění se nemají nikdy osazovat cihly svou řezanou stranou směrem do ostění stavebního otvoru, ale řezanou stranou cihel se mají „schovat“ dovnitř stěny nebo pilíře a v místě řezu mezi cihlami se promaltuje svislá spára. Pokud by v ostění zůstala cihla osazená svou řezanou stranou do líce, pak vlivem odstranění obvodového cihelného žebírka dojde k jejímu oslabení, a to zrovna v místě, kde je zvýšené svislé namáhání (např. v místě uložení překladu) a kam se budou pravděpodobně také kotvit výplně otvorů (okenní rámy, dveře).

Při použití nebroušených cihel je nutné nanášet maltové lože po celé šířce cihel, pokud není z nějakého důvodu projektantem předepsáno jinak.

U cihel broušených je nutné nanášet tenkovrstvé maltové lože podle technologických předpisů výrobce – zpravidla pomocí nanášecích válců. Nanášení tenkovrstvé malty malířskými nebo jinými válečky je určitě rychlejší, ale touto technologií zpracování malty nelze zajistit její správné nanesení jednak v dostatečném množství, ale i v požadované materiálové struktuře malty, a tak nelze při tomto způsobu nanášení malty zaručit takové pevnosti zdiva, kterou deklarují výrobci. Při zdění za teploty větší než +10°C se doporučuje před nanášením tenkovrstvé malty cihly navlhčit, aby keramický střep neodebíral z malty vlhkost (vlhčením se také odstraní jemný prach z povrchu cihly a tím je dosažena větší soudržnost).

Dále je třeba při návrhu zajistit prostorovou tuhost a stabilitu celého objektu. Pokud má objekt tuhou stropní konstrukci, pak postačí obvodovou stěnu ztužit po délce příčnými stěnami tloušťky alespoň 250 mm ve vzdálenosti max. 25 m. Pokud ale strop není ve své rovině tuhý, pak by ztužení příčnými stěnami mělo být po max. 12,0 m. Tuhost objektu v tomto případě pak zajišťují ztužující věnce navrhnuté jako tzv. větrové nosníky. Tyto větrové nosníky se dimenzují jako vodorovné nosníky, jejichž délka je vzdálenost příčných (kolmých) ztužujících stěn a statická (účinná) výška větrového nosníku vychází z šířky ztužujícího věnce.

5 Konkrétní detaily

Podívejme se tedy na zděné stavby z pohledu statiky a na výběr těch nejčastějších detailů a možných příčin poruch ve zdivu, s kterými se v praxi lze setkat.

5.1 Sokl a založení zdiva

Obecně je známo, že u cihelného zdiva je možné vykonzolovat zdivo v šířce vyložení rovné 1/6 šířky cihly, avšak „podklady“ se rozchází v tom, zda jde o šířku širší nebo užší cihly. To ale neznamená, že nejde zdivo vykonzolovat více. Zde je již nutné ověřit statickým výpočtem, že je dostatečná únosnost styčné spáry zdiva v patě stěny. Nejslabší místo průřezu však zpravidla není „užší“ cihla v místě soklu, ale první „širší“ cihla. Tato cihla totiž musí zajistit roznesení vnitřních namáhání (z šířky X na šířku Y) a to ve své výšce – většinou 250 mm. Čím větší je excentricita vykonzolované stěny, tím dochází ke zvýšení mimostředného působení svislého zatížení, které v konečném důsledku snižuje výslednou únosnost v základové spáře (taženou část průřezu je nutné vyloučit ze započitatelné plochy průřezu stěny). Tento výpočet podle základů stavební mechaniky ale neumí zohlednit vnitřní namáhání v průřezu (zde přichází v úvahu hlavně smykové napětí v samotné cihle, které vzniká při rozdílných normálových (tj. tlakových) zatížení na horní a „užší“ spodní styčné spáře cihel). Ani v žádné normě není zatím stanovena metodika, jak by bylo možné toto vnitřní namáhání do statického výpočtu zahrnout. Čím větší vyložení (vykonzolování), tím samozřejmě větší namáhání, které lze zohlednit například snížením využití průřezu.

Podle nejnovějších poznatků z praxe se dále ukazuje, že pro rodinné domy:

• zdivo tl. 38 cm lze s největší pravděpodobností vykonzolovat o 8 cm
• zdivo tl. 44 cm lze s největší pravděpodobností vykonzolovat o 10 cm
• zdivo tl. 50 cm lze s největší pravděpodobností vykonzolovat o 12 cm,

aniž by na stavbě docházelo k nějakým statickým problémům, pokud bude zdivo přitíženo tuhou stropní konstrukcí (např. trámečkové stropy, panely, železobetonová monolitická deska) a pokud nejsou v obvodové stěně navrženy nějaké subtilní sloupky, na kterých by se koncentrovalo zatížení.

Ještě se nabízí i jiné technické řešení soklu a to využití plněných cihel v první řadě. Buď první řadu cihel vysypat přímo na stavbě polystyrénem nebo využít cihly již plněné z výroby. Pro zdivo z cihel FAMILY 50 toto provedení detailu při tepelně technickém posouzení na lineární činitel prostupu tepla vyhoví i doporučeným normativním hodnotám pro nízkoenergetické domy. V praxi se tento detail relativně často řeší a na stavbách tak nevznikají poruchy. Občas se ale zapomíná, že podobný detail se může vyskytovat nejenom při založení zdiva na základy, ale může vzniknout i při založení zdiva vyššího patra, nad nenosnými schránkami roletových překladů nebo třeba u atik.

5.2 Obvodové zdivo

Každá obvodová stěna musí přenášet účinky od svislého zatížení a od bočního zatížení větrem. Na našem stavebním trhu se sice také vyskytují zděné obvodové stěny vícevrstvé, sendvičové nebo s nějakým typem obkladu, ale investor se většinou rozhoduje mezi dvěma základními variantami. A tak buď zvolí zdivo jednovrstvé nebo se investor rozhodne pro zdivo s dodatečným kontaktním zateplením (ETICS).

Podle toho jakých tepelněizolačních vlastností (parametrů) požaduje uživatel dosáhnout, se navrhuje tloušťka stěny. U zdiva jednovrstvého z moderních tepelně izolačních cihel vychází obvykle tloušťka zdiva od 380 do 500 mm.

U zdiva se zateplením při použití vápenopískových cihel s pevnostmi bloků P15 (P20) vyhoví někdy ze statického hlediska už tloušťka zdiva 175 mm (při stropní konstrukci tuhé ve své rovině). Pro obvodovou stěnu z pálených cihel děrovaných s pevností P8 (P10) nebo zděnou z pórobetonu se doporučuje optimální tloušťka zdiva 250 nebo 300 mm. Tloušťka kontaktního zateplení se navrhne v  závislosti na požadovaných tepelněizolačních parametrech a obvykle se pohybuje od 160 do 300 mm, takže celková tloušťka obvodové konstrukce je pak velmi obdobná jako u stěny jednovrstvé.

Každé řešení i zvolený materiál má své výhody i nevýhody. Zjednodušeně se dá říci, že jednovrstvá konstrukce bez zateplení je jednodušší na provádění z důvodů omezení různých technologických procesů, což přináší při vlastním zdění minimalizaci chyb. U zdiva se zateplením je zase jednodušší řešení detailů po tepelně technické stránce. Proto výrobci jednotlivých materiálů mají zpravidla zpracované typové detaily v praxi osvědčené, které usnadní projektantům i stavebníkům správný návrh a provedení.

5.3 Uložení stropů na zdivo

Firma HELUZ doporučuje v místě uložení stropů na zdivo v místě styku vložit asfaltový pás pod i nad stropní konstrukci, a to z důvodů statických, tepelněizolačních a akustických. V případě jednovrstvého zdiva někdy dochází v tomto detailu ke „konfliktu“ mezi statiky a tepelnými techniky, jaká má být ideální tloušťka tepelné izolace v úrovni stropu. Pro tepelnětechnické posouzení je nejvýhodnější mít v tomto detailu co největší tloušťku tepelné izolace, z pohledu statiků by postačilo tak okolo 100 mm, protože větší tloušťky tepelné izolace mají již vliv na únosnost obvodového zdiva v hlavě a patě stěny (zvětšuje se excentricita reakce od uložení stropu a současně se zmenšuje zatěžovaná plocha). Např. pro rodinné domy (jedno a dvoupodlažní) byly vzájemným průnikem těchto oborů stanoveny u zdiva z cihel FAMILY maximální tloušťky tepelné izolace – viz obr.

Plněné cihly FAMILY 25 2in1 jsou optimální cihly pro řešení detailů ve zdivu šířky 500 mm, kde se zde vhodně doplňuje jak jejich pevnost, tak i nízký součinitel prostupu tepla. Naopak poměrně nevýhodné (zvláště z finančního hlediska) je použití těchto cihel jako obvodová stěna bungalovů, neboť ta se musí zpravidla ještě zateplit.

V případě takovýchto větších tlouštěk tepelné izolace je samozřejmě potřebné statickým výpočtem ověřit únosnost zdiva v hlavě a patě s uvažováním „nezatížené“ plochy zdiva. Délka uložení stropů podle těchto detailů je ještě tak velká, že lze s výhodou použít výpočty podle zjednodušených metod viz postup dle ČSN EN 1996-3 (délka uložení stropu vyhovuje okrajovým podmínkám pro použití těchto zjednodušených metod posouzení zdiva).

Zároveň s tím je nutno ještě v projektu zohlednit nebo vyřešit případné horizontální drážky jednotlivých profesí (ZTI, UT, VZT), aby pak řemeslníci na stavbě ve zdivu ještě nevysekali drážky a zdivo v patě stěny tak dále neoslabovali.

5.4 Uložení překladů a průvlaků na zdivo

Úplně nejčastější chybou vyskytující se ve zděných stavbách při provádění je pravděpodobně nepodmaltování překladů v místě jejich uložení, neboť překlady mají na spodní straně drážky, a tak dochází prakticky ke zmenšení úložné plochy a tím k většímu namáhání zdiva v uložení.

Obecně je třeba v místě uložení překladů nebo průvlaků apod. posoudit v kontaktní ploše zdivo na napětí v soustředěném namáhání. Pokud zdivo nevyhoví, pak je třeba v místě uložení pod překlady nebo průvlaky apod. již v projektu navrhnout zhotovení roznášecího bloku z betonu nebo ocelovou roznášecí desku o potřebné tuhosti (plech tl.16 – 25  mm) apod.

5.5 Půdní nadezdívky a kotvení krovu

Zásadou je důkladné kotvení pozednice do pozednicového věnce tak, aby vodorovná síla od krovu nezpůsobila vychýlení půdní nadezdívky, které se pak projeví zpravidla jako vodorovná trhlina mezi první a druhou řadou cihel nebo trhlinami ve štítu. Je ovšem třeba kotvit nejen pozednici ke ztužujícímu věnci, ale také ztužující věnec mít navržený ideálně jako průběžný po celém obvodě nebo ho alespoň zakotvit do štítových a středních nosných stěn (zkrácení rozpětí vodorovného nosníku – viz kapitola 4).

Ideální poloha pozednice je ze statického hlediska nejvhodnější za osou nadezdívky, blíž k vnitřnímu povrchu, neboť pak svislé zatížení od krovu bude přispívat ke stabilizaci nadezdívky. Pokud je to dispozičně možné, pak je výhodné také pozednici kotvit šikmými táhly (např. pásovinou 5/30) přímo do stropu.

5.6 Omítky

Omítnuté jednovrstvé zdivo je obecně nejosvědčenější a jedna z nejtrvanlivějších povrchových úprav zdiva. I omítek je dnes ale velmi mnoho druhů. Doporučuje se volit systémová řešení podle konkrétního typu zdiva (= cihel a typu malty), která mají uvedená na svých internetových stránkách výrobci cihel ve spolupráci s výrobci omítek, neboť zdivo a omítky musí být sladěné podle své objemové hmotnosti, tepelné vodivosti a modulu pružnosti.

6 Závěr

Správný návrh vyžaduje nejen dobrý projekt, ale i kvalitní materiál a nakonec dobrou prováděcí stavební firmu, která s konkrétním materiálem umí pracovat a má také „rozumný harmonogram” postupu prací. Jakmile jeden z těchto prvků chybí, přínos těch druhých se tím znehodnotí a finální výsledek, v našem případě stavba, nemusí být dobrý.

Čas a finance, které budeme věnovat prováděcí dokumentaci (i u rodinných domů), přípravě stavby a seznámení se s konkrétními materiály a technologickými postupy výrobců se všem zainteresovaným jistě vrátí.

Reference

1. Podklady výrobce
2. ČSN EN 1996-1-1 Navrhování zděných konstrukcí - Část 1-1: Obecná pravidla
3. ČSN EN 1996-3 Navrhování zděných konstrukcí - Část 3: Zjednodušené metody
4. internet: www.heluz.cz, www.porotherm.cz, www.maxit.cz