Rekonštrukcia halových objektov s drevenou nosnou konštrukciou
V 70. a 80. rokoch minulého storočia bolo vyvinutých viacero typizovaných nosných konštrukčných sústav na báze dreva, ktoré vyrábali vtedajšie štátne drevo spracovateľské závody. Viacero z týchto sústav bolo cielene vyvinutých pre oblasť poľnohospodárstva, v rámci ktorej drevené konštrukcie sa výhodne uplatnili hlavne pre objekty so zvýšenou agresivitou prostredia ako napr. sklady priemyselných hnojív, ustajňovacie objekty atď. Niektoré z týchto objektov naďalej slúžia svojmu pôvodnému účelu aj v súčasnosti, hoci ich konštrukcie vykazujú nedostatky rôzneho charakteru.
1 Úvod
Medzi takéto objekty patria haly s drevenou nosnou konštrukciou slúžiace pre uskladnenie priemyselného hnojiva v obciach Moldava nad Bodvou, Hatalov a Hucín na východe Slovenska (obr. 1). Haly v Moldave N/B a Hatalove sú identické s lepenými lamelovanými nosnými prvkami. U haly v Hucíne sú použité lepené nosné prvky profilované s preglejkovou stenou. Statická schéma priečnej väzby je rovnaká u všetkých troch hál. V súčasnosti u všetkých hál sa vyskytujú degradačné javy rôzneho charakteru a rozsahu, ktoré vyvolali nutnosť ich opráv resp. rekonštrukcie [1], [2].
Obr. 1 Pohľady na haly v Moldave N/B a Hatalove2 Konštrukcia rekonštruovaných hál
Haly v Moldave nad Bodvou a v Hatalove
Rozpätie haly je 30,5 m, dĺžka 18×3,4 tj. 61,2 m. Výška haly v hrebeni je 13,2 m. Hlavnú nosnú konštrukciu haly tvorí 19 ks drevených priečnych rámov vo vzájomnej osovej vzdialenosti 3400 mm. Priečne rámy pozostávajú zo zvislých stĺpov v bočných obvodových stenách na ktorých je uložená kĺbová priečla s koncami prečnievajúcimi na oboch stranách rámu za obvodové steny haly. Tieto konce sú prepojené prostredníctvom šikmých kovových prútov z pásovej ocele 2×10×70 mm do železobetónovej základovej pätky stĺpov. Stĺpy sú členené s priebežnými bočnými príložkami s konštantným prierezom po celej dĺžke. Hlavná časť stĺpa je lepená lamelovaná s rozmermi prierezu 190/500 mm, príložky sú lepené lamelované s prierezom 150/200 mm. Lepená lamelovaná rámová priečla pozostáva z dvoch častí vzájomne spojených kovovými príložkami vo vrchole strechy sedlového tvaru.
Obr. 2 Jestvujúca priečna väzba haly
Obe prečnievajúce konce priečle majú konštantné rozmery prierezu 190/1260 mm až po úroveň vnútornej hrany stĺpa. V časti od vnútornej hrany stĺpa po vrcholový kĺb výška prierezu priečle skokovito postupne klesá na 360 mm. Ramená priečle sú vzájomne spojené vo vrchole rámu pomocou vrcholového kĺbu a na nižšej úrovni prostredníctvom hambálku. Tieto spojenia sú mechanické, pomocou svorníkov. Hambálok je lepený lamelovaný s prierezom 100/300 (obr. 2).
Strešnú krytinu haly tvorí pozinkovaný trapézový plech, ktorý je uložený na drevených väzniciach z rasteného dreva o priereze 140/140 mm. Väznice ležia na priečnych rámoch. Medzi rámami pod väznicou sa nachádzajú preglejkové podhľadové panely nad ktorými sú umiestnené diagonálne prúty zabezpečujúce horizontálnu tuhosť strešnej roviny. Prúty sú umiestnené v každom druhom polí cez celú šírku haly.
Obvodový plášť haly tvoria prefabrikované preglejkové panely na drevených rámoch bez tepelnej izolácie s rozmermi 1200/3200 mm s hrúbkou preglejky 15 mm. V bočných stenách panely sú ukladané medzi stĺpy priečnych rámov, v štítových stenách medzi štítové stĺpy. Panely sú fixované pomocou drevených líšt 40/40 mm z vnútornej strany obvodovej steny. Štítové stĺpy sú tiež lepené lamelované o priereze 180/400.
3 Zistené poruchy konštrukcií
V súčasnosti haly sú v nepretržitej prevádzke a naďalej sa uskladňuje v nich sypané umelé hnojivo. Drevené nosné konštrukcie hál vykazujú viaceré výrazné deformácie a poruchy a z toho dôvodu vznikla požiadavka investora na rekonštrukciu hál. Pre zistenie rozsahu potrebných rekonštrukcií boli vykonané vizuálne prehliadky konštrukcie hál. Tieto ukázali, že charakter vzniknutých porúch u oboch hál je podobný, rozdiely sú hlavne v rozsahu ich výskytu.
U oboch hál sa zistili nasledujúce nedostatky a poruchy:
- priečne väzby sú značne porušené a nadmerne zdeformované (obr. 3a) (priečle sú prehnuté rádovo v desiatkach cm, čo spôsobuje vytlačenie stĺpa smerom von a príložky sú natočené smerom dnu, čo vedie k prasknutie spoja),
- v niekoľkých miestach vykazuje známky predchádzajúcich opráv,
- viditeľné posuny lamiel priečlí vo viacerých úrovniach (obr. 3b),
- u viacerých prvkov sú vážne poruchy a prasknuté lamely,
- na viacerých miestach sú porušené spoje priečle a stĺpa a prasknuté príložky,
- viaceré vonkajšie väznice vykazujú lokálne poruchy – hlavne u krajných väzníc boli pozorované poruchy v uložení,
- miestami sú pozorovateľné mechanické poruchy obvodového plášťa a drevených krycích líšt,
- oceľové pätky nosných stĺpov sú korozívne napadnuté a značne zdegradované,
- u viacerých pätiek je výrazná nepresnosť – nesymetrické osadenie bočných plechov na úložnú dosku.
a)
b)
Obr. 3 Poruchy priečnej vázby: a) Výrazne pretvorené rámy, b) Posuny v lepenej škáre priečle
Dominantnou poruchou hál sú výrazné nadmerné deformácie priečnych rámov. Tieto deformácie vyvolali poruchy lepených škár priečlí, čím sa výrazne znížila ich tuhosť. Okrem toho k nárastu deformácií rámu a zníženiu jej tuhosti prispeli aj reologické vlastnosti dreva pri aktuálnom veku konštrukcie.
4 Nová konštrukcia haly
Na základe prieskumu bolo zistené, že u haly v Moldave N/B je v havarijnom stave približne polovica priečnych väzieb a u haly v Hatalove všetky väzby. Z týchto záverov, investor rozhodol o výmene porušených priečnych rámov v Moldave a o výmene všetkých rámov v Hatalove.
Popis priečnej väzby a výpočtový model
Obr. 4 Navrhnutá priečna väzba haly
Obr. 5 Detaily novej priečnej väzby
a) Pätka stĺpa, b) Prípoj tiahla k priečli, c) vrcholový kĺb, d) kĺbové uloženie priečle
Hlavná geometria a statická schéma nových rámov je identická so starými rámami (obr. 4). Nakoľko v súčasnosti sú v platnosti pre navrhovanie drevených konštrukcií (STN EN 1995-1-1) už novšie normy, museli byť niektoré detaily nových rámov navrhnuté odlišným spôsobom ako sú navrhnuté u jestvujúcich rámov. Jedná sa hlavne o detail spojenia vo vrchole rámovej priečle a o detail uloženia priečle na stĺpy. V oboch prípadoch spojenie prvkov je zabezpečené prostredníctvom kovovej kĺbovej spojky cez čapový spoj ø40 resp. ø60. Spojky sú k dreveným prvkom prichytené pomocou svorníkov (obr. 5).
Drevené prvky rámu sú z lepeného lamelového dreva GL 24h. Priečla má šírku 200 mm, jej výška v krajnej časti rámu je konštantná 1100 mm, od polovice dĺžky výška priečle klesá na 409 mm vo vrcholovom kĺbe. Rozmery stĺpov sú 200/500, rozmery vonkajších príložiek 140/160. Stĺpy sú kotvené pomocou nových kovových pätiek do jestvujúcich žb. základov.
Pripojenie stĺpov k oceľovým pätkám je navrhnuté použitím svorníkov. Prečnievajúce konce priečle sú spojené s oceľovou pätkou stĺpa pomocou šikmých oceľových prútov kruhového prierezu ø40 mm. Ich pripojenie k priečli a ku pätke je navrhnuté pomocou čapového spojenia. V rámci prúta je navrhnutý napínaci prvok, pomocou ktorého je potrebné aktivovať prút po osadení priečle do požadovaného tvaru.
Stĺpy priečle a klieštiny priečnej väzby sú navrhnuté z lepeného lamelového dreva (LLD) pevnostnej triedy GL 24h a tiahla sú navrhnuté z ocele S 235.
Obr. 6 Prútová schéma výpočtového modelu novej priečnej väzby
Výpočtový model
Za účelom získania silovej a deformačnej odozvy nosnej konštrukcie budovy, na zaťaženia uvedené v predchádzajúcej kapitole bol v statickom výpočtovom programe vytvorený rovinný prútový výpočtový model priečnej väzby. Aplikovaný bol nelineárny konečno-prvkový výpočet (MKP výpočet), pričom geometrická nelinearita (výpočet podľa teórie II. rádu) bola riešená pomocou Newton-Raphsonovej metódy a pre 0 prírastkov zaťaženia. Pri nelineárnom výpočte odozvy priečnej väzby bolo uvažované s:
- počiatočným zakrivením stĺpov v tvare sínusoidy s excentricitou 1/200,
- počiatočnou deformáciou stĺpov, resp. s ich pootočením o 1/200,
- ťahané prvky „laná“ boli predopnuté ťahovou resp. aktivačnou silou 1 kN.
Strešné a stenové stužidlá
Na zabezpečenie potrebnej stability a tuhosti nosnej konštrukcie haly v strešnej rovine boli doplnené diagonálne stužujúce prúty 50/180 pozdĺž pozdĺžnej osi strechy. Nové diagonály sú naviazané na systém priečnych stužidiel.
Zvislé vetrové stužidlá absentujú v jestvujúcej konštrukcii haly. Preto boli navrhnuté nové zvislé vetrové stužidlá v bočných stenách ako aj v štítových stenách haly. Diagonály týchto stužidiel sú z rasteného dreva 160/160. Ich pripojenie k hlavným resp. štítovým stĺpom je navrhnuté pomocou vrutov.
Strešný a obvodový plášť
Demontované panely obvodového plášťa po očistení a natretí vrchným náterom budú spätne namontované. V častiach obvodového plášťa, kde panely nebudú demontované, výrazne poškodené alebo chýbajúce panely nahradiť novými. V miestach demontovaných panelov použiť nové krycie lišty a miestach nedemontovaných panelov vymeniť porušené lišty, chýbajúce doplniť.
5 Záver
Ako aj uvedené príklady hál ukazujú, kritickým z hľadiska životnosti lepených drevených prvkov môže byť kvalita použitého lepidla resp. kvalita vyhotovenia lepeného prvku. Ďalším faktorom, ktorý môže ovplyvniť životnosť lepených prvkov, je agresivita prostredia, ktorá nemusí byť nebezpečná pre drevo, ale práve pre použité lepidlo. Preto pri navrhovaní lepených drevených sústav je veľmi dôležité obozretne pristupovať k ich návrhu so zohľadnením prípadnej agresivity prostredia. Okrem toho je potrebné uvažovať aj s reologickými vlastnosťami dreva, ktoré pri dlhodobom pôsobení môžu výrazne ovplyvniť pôsobenie drevených konštrukcií.
Tento článok vznikol v rámci riešenia grantového projektu č. 1/0865/11 podporovaného VEGA MŠ.
6 Literatúra
- [1] Rekonštrukcia skladu priemyselných hnojív Hatalov, Projekt stavby, Investor: TAJBA, a.s., Spracovateľ: Kanócz CONSULTING, s.r.o., Košice 2012.
- [2] Oprava konštrukcie skladu priemyselných hnojív Moldava nad Bodvou, Projekt stavby, Investor: TAJBA, a.s., Spracovateľ: Kanócz CONSULTING, s.r.o., Košice 2011.
Článek je cílen na – v současné době velmi aktuální – problematiku rekonstrukcí stávajících objektů. Je zaměřen na nosné konstrukce dvojice zemědělských hal, navržených z lepeného lamelového dřeva. Stavby byly realizovány na východě Slovenska přibližně v 70. – 80. letech minulého století jako sklady průmyslových hnojiv a stejnému účelu slouží doposud.
Text, zpracovaný v 5 kapitolách, obsahuje vcelku podrobný popis stávajícího stavu (statické a konstrukční řešení nosných konstrukcí hal, materiál, dimenze průřezů, zjištěné poruchy) a návrh rekonstrukce, resp. nových konstrukčních prvků; je vhodně doplněn ilustrativními obrázky. Článek se neomezil pouze na popis vlastní rekonstrukce objektu. Jeho přínos spočívá v komplexním pohledu na daný problém, uspořádaném v logickém sledu: diagnostika stávající konstrukce – analýza zjištěných závad nosného systému z ohledem na možnou sanaci – návrh rekonstrukce – statický výpočet základních nosných prvků – návrh/ověření prutů konstrukce – návrh konstrukčních detailů. Popis vybraných částí (statický výpočet, prostorová tuhost, návrh konstrukčních detailů) je v základních bodech vhodně rozveden, úměrně vymezenému rozsahu článku.
The 70-ers and 80-bit of the last century were developed a number of standardized structural framing wood-based, which produced the then national wood processing plants. Several of these systems have been specifically developed for agriculture, in which wooden structures are preferably applied mainly for objects with increased aggressiveness environments such as. storage of fertilizers, stabling facilities etc. Some of these buildings still serve their original purpose even today, although their structures are weaknesses of different nature.
