Prvky kotvenia moderných fasád a ich elementov – časť 2.
Obvodový plášť moderných budov plní nielen architektonicko-estetickú funkciu, ale aj vytvára obálku budovy, ktorá zabezpečuje kvalitu vnútorného prostredia. Opláštenie chráni interiér pred poveternostnými vplyvmi a zároveň musí spĺňať vysoké nároky na tepelnoizolačné vlastnosti. Dôležitým kritériom je aj pevnosť a bezpečnosť kotviaceho systému fasády k nosnej konštrukcii stavby. Ak tento systém nie je dostatočne tuhý, môže dôjsť k roztváraniu spojov, čo naruší vodotesnosť a vzduchotesnosť fasády. Pri zlyhaní systému môže dokonca dôjsť k vypadnutiu celého fasádneho elementu. Tento článok nadväzuje na predchádzajúci, ktorý sa zaoberal plechovými systémovými úchytmi – pracňami, ktoré sa používajú najmä na uchytávanie okenných rámov do otvorov. Popisuje postup experimentálneho overenia odolnosti masívnejšieho typu ťažšieho kotvenia určeného skôr pre predsadené ľahké fasádne systémy.
Ilustrační foto moderní fasády Zdroj: Pexels
Úvod
Pri vyšších stavbách, kde sú účinky zaťaženia vetrom výraznejšie alebo je potrebné kotviť elementy s vyššou hmotnosťou, je nevyhnutné použiť masívnejšie kotviace prvky než tie, ktoré boli prezentované v časti 1 (plechové systémové pracne). Masívnejší kotviaci element je vyrobený ako oceľový zvarenec umožňujúci aj smerovú rektifikáciu. Na kotvu bol napokon pripojený rovnaký hliníkový profil ako v prvej časti.
Popis experimentálne overovaného prvku a jeho zaťaženie
Obr. 1 Kotevný prvok okenného rámu s naznačenou maximálnou návrhovou silou 1,58kN a polohou a smerom silového účinku na prvok
Obr. 2 Zostavený model celej kotvy aj s okenným rámom
Celý prvok kotvy pozostáva z dvojice segmentov. Segment K03, ktorý je kotvený na železobetónový skelet (žltá farba), tvorí platnička z plechu P10 (materiál S355) s rozmermi 170×120 mm. V platničke sú dva otvory, do ktorých sú vovarené závitové tyče M12 s dĺžkou 100 mm z materiálu 10.9. Platnička je pripojená k železobetónovému skeletu dvojicou mechanických kotiev HILTI HST 3 M10×90.
Rám okna je uchytený druhým segmentom K04-O (zelený), ktorý je vyrobený z plechu P5 (materiál S355) ohnutého do tvaru písmena L a doplneného privarenou výstuhou z plechu hrúbky 5 mm. Vzájomné spojenie kotevnej platničky je zabezpečené pomocou dvoch skrutiek, podložiek a matíc M10. Celý prvok je navrhnutý tak, aby umožňoval rektifikáciu v horizontálnom aj vertikálnom smere. Bližší popis a názorná ukážka sú na obrázkoch 1 a 2. Samotný rám okna je pripojený k segmentu K04-O pomocou štyroch samorezných skrutiek. Konfigurácia kotvy umožňuje rektifikáciu segmentu K04-O v dvoch smeroch: vo vodorovnom smere a tiež je možné meniť vzdialenosť segmentu od železobetónového skeletu.
Návrh a popis experimentálneho merania
Pri realizácii merania boli použité komponenty meracej aparatúry HBM Spider 8, silový článok S9 a deformačný snímač (ihla) WA50.
Overovaná kotva bola uchytená do koľajnice zaťažovacej dráhy pomocou dvojice závitových tyčí M10. Konzola bola pripojená ku koľajnici tak, aby simulovala skutočné pôsobenie elementu, pričom platňa konzoly sa opierala v miestach, kde sa na reálnej konštrukcii bude opierať o železobetónový skelet.
Skúška prebehla v dvoch predpokladaných pozíciách kotviaceho L-profilu K04-O:
- Častá pozícia odsadenia L-profilu K04-O od steny cca 55 mm + na okraji oválnych dier (obr. 3).
- Hraničná pozícia – L-profil K04-O odsadený na maximum – cca 80 mm od steny + na okraji oválnych dier (obr. 4).
Obr. 3 Častá pozícia odsadenia L-profilu (s nepriaznivou výškovou polohou kotvy)
Obr. 4 Hraničná pozícia odsadenia L-profilu (maximálne odsadenie K04-O)
Obr. 5 Deformácia pri maximálnom dosiahnutom zaťažení 8 kN
Na koniec L-konzoly bol pripojený plech, na ktorý sa pripojila zaťažovacia sústava so silomerom. Na podlahu laboratória bol pevne osadený deformačný snímač, aby bolo možné zachytiť deformácie voči pevnému podkladu (železobetónovému skeletu).
V oboch prípadoch bola overovaná vzorka zaťažovaná cyklicky na hodnotu zaťaženia cca 5 kN. Na maximálnu hodnotu bola zaťažovaná len vzorka s polohou L-profilu 2 (obr. 5). Podrobnejšie výsledky sú zhrnuté v ďalšej kapitole.
Overovala sa úroveň zaťažení nad charakteristickou hodnotou (2 kN) – 2. medzný stav a nad návrhovú hodnotu zaťaženia – 1. medzný stav (5 kN).
Vyhodnotenie experimentálneho merania
Obr. 6 Označenie miesta merania deformácie – červená a pôsobenia zaťažovacej sily – modrá
V nasledujúcej časti sú zhrnuté merania pre rôzne konfigurácie polohy segmentu K04-O. Element bol ťahaný zvislo hore a meraná bola nielen sila, ale aj deformácia – pridvihnutie ťahaného konca od pôvodnej nulovej vodorovnej polohy (pred zaťažením) (obr. 6).
Meranie A: Poloha segmentu K04-O vo vzdialenosti 57 mm od kotevného plechu (2 kN)
Graf 1 Časová závislosť závislosti (os X) a meranej sily (os Y)
Graf 2 Časová závislosť (os X) a meranej deformácie (os Y)
| Meranie | 1. | 2. | 3. | 4. | 5. | 6. |
| Sila [kN] | 1,908 | 1,905 | 1,884 | 1,926 | 1,899 | 1,911 |
| Defo. [mm] | 1,42 | 1,45 | 1,44 | 1,50 | 1,50 | 1,56 |
Meranie B: Poloha segmentu K04-O vo vzdialenosti 80 mm od kotevného plechu (2 kN)
Graf 3 Časová závislosť časovej závislosti (os X) a meranej sily (os Y)
Graf 4 Časová závislosť (os X) a meranej deformácie (os Y)
| Meranie | 1. | 2. | 3. | 4. | 5. |
| Sila [kN] | 1,94 | 1,90 | 1,971 | 1,887 | 1,914 |
| Defo. [mm] | 1,47 | 1,48 | 1,49 | 1,52 | 1,50 |
Meranie C: Poloha segmentu K04-O vo vzdialenosti 80 mm od kotevného plechu (5 kN a viac)
Graf 5 Časová závislosť (os X) a meranej sily (os Y)
Graf 6 Časová závislosť os X) a meranej deformácie (os Y)
| Krok merania | 1. | 2. | 3. | 4. |
| Sila [kN] | 5,016 | 5,658 | 5,544 | 5,46 |
| Defo. [mm] | 5,97 | 6,52 | 6,14 | 6,20 |
| Krok merania | 5. | 6. | 7. |
| Sila [kN] | 5,87 | 5,99 | 6,13 |
| Defo. [mm] | 6,59 | 6,75 | 7,09 |
Pri skúškach nenastalo poškodenie kotviacich prvkov oceľovej konzoly ani L-profilu. Všetky deformácie boli pružné.
Meranie D: Poloha segmentu K04-O vo vzdialenosti 80 mm od kotevného plechu (plastizácia komponentov kotvenia)
Graf 7 Časová závislosť (os X) a meranej sily (os Y)
Graf 8 Časová závislosť (os X) a meranej deformácie (os Y)
| Max. hodnoty | Ustálené hodnoty | Zostatkové hodnoty | |
|---|---|---|---|
| Sila [kN] | 8,27 | 7,65 | 0 |
| Defo [mm] | 10,75 | 10,64 | 2,01 |
Pri skúškach nenastalo poškodenie kotviacich prvkov, ale na závitových tyčiach zostala plastická deformácia 2,01 mm.
Záver
Overovaná nesystémová kotva (zvarenec) ľahkého obvodového presadeného plášťa bola laboratórne overovaná v dvoch konfiguráciách – častej a hraničnej polohe L-profilu. Obe polohy boli cyklicky zaťažené silou 5–6 kN a ani pri jednej skúške nebola závitová tyč M12 porušená alebo plasticky zdeformovaná. Konzola bola v hraničnej polohe L-profilu zaťažená silou 8 kN a pri tejto skúške zostala na závitových tyčiach M12 plastická deformácia – vyhnutie tyčí o 2 mm. Ohnutie je viditeľné vo voľnej časti tyče, nie v zvare, ktorý naďalej aj po realizácii experimentu pôsobí bez porušenia ako votknutie. Predpokladaná maximálna charakteristická sila uvedená v statickom posudku pre kotvu K03 v nárožných oblastiach obvodu objektu je 1,58 kN (návrhová 1,58 * 1,5 = 2,37 kN). Skúška potvrdila odolnosť kotviaceho prvku, vysokopevnostných tyčí M12 a pripojenia L-profilu k prvku. Na základe skúšok je možné skonštatovať, že kotviaci element je dostatočne únosný a pevný. Plastická deformácia, ktorá vznikla pri pôsobení extrémneho zaťaženia, nemá vplyv na bezpečnosť konštrukcie. Čiastočne by mohla byť narušená len tesnosť obvodového plášťa. Je predpoklad, že pri takto vysokých hodnotách zaťaženia by sa porušili skorej iné elementy.
Kotvenie samotnej konzoly do železobetónového skeletu overované nebolo, ale aj skúška so zohľadnením kotvenia do betónu by bola technicky možná a realizovateľná.
Uvedený postup vhodne ilustruje možnosti overovania nesystémových nosných prvkov inak ako numerickými výpočtovými metódami, ktoré vždy nemusia správne vystihnúť reálne pôsobenie konštrukcie.
The envelope of modern buildings not only serves an architectural and aesthetic function but also creates a shell that ensures the quality of the indoor environment. The cladding protects the interior from weather influences and must also meet high demands for thermal insulation properties. An important criterion is the strength and safety of the facade anchoring system to the load-bearing structure of the building. If this system is not sufficiently rigid, it can lead to the opening of joints, which disrupts the watertightness and airtightness of the facade. In the event of system failure, it can even result in the entire facade element falling out. This article follows up on the previous one, which dealt with metal system anchors - brackets that are primarily used for securing window frames into openings. It describes the procedure for experimentally verifying the resistance of a more massive type of heavier anchoring intended mainly for protruding lightweight facade systems.
