Dřevěná střešní konstrukce Penny Marketu ve Velké Bystřici
V České republice je více než 340 prodejen Penny Market, které vznikaly na území ČR od roku 1997. Spolu s dalšími obchodními domy podobného typu (Lidl, Kaufland, Hypernova, Tesco) je v ČR cca dva tisíce takových staveb a další se stále stavějí. Obvyklým způsobem zastřešení těchto staveb jsou dřevěné vazníky se styčníkovými deskami s prolisovanými trny. Článek se zabývá zejména netypickým řešením montáže této „běžné“ konstrukce a srovnává tento postup s ustáleným řešením na základě zkušeností z ČR a ze zahraničí. Obecně jsou analyzovány požadavky na stavby tohoto typu a na příkladu reálného provedení se presentují možnosti, jak se vybrané technické problémy dají v konkrétní situaci řešit.
1 Úvod
V České republice je více než 340 prodejen Penny Market, které vznikaly na území ČR od roku 1997. Spolu s dalšími obchodními domy podobného typu (Lidl, Kaufland, Hypernova, Tesco) je v ČR cca dva tisíce takových staveb a další se stále stavějí. Obvyklým způsobem zastřešení těchto staveb jsou dřevěné vazníky se styčníkovými deskami s prolisovanými trny. Článek se zabývá zejména netypickým řešením montáže této „běžné“ konstrukce a srovnává tento postup s ustáleným řešením na základě zkušeností z ČR a ze zahraničí. Obecně jsou analyzovány požadavky na stavby tohoto typu a na příkladu reálného provedení se presentují možnosti, jak se vybrané technické problémy dají v konkrétní situaci řešit.
2 Souhrnné informace o řešeném projektu
Velikost a kompoziční řešení Penny Marketů vychází ze základních logistických požadavků kladených na tento typ stavby. Technické řešení všech stavebních částí proto musí splňovat striktně dané standardizované požadavky investora. Základní konstrukční uspořádání stavby zůstává většinou stejné, mění se jen vnější tvar, kterým může každá z prodejen získat svůj svébytný výraz. Toto se obvykle provádí změnou geometrie střešní konstrukce, často v návaznosti na okolí stavby. V našem prezentovaném případě není použita typická střešní konstrukce sedlového tvaru, nýbrž pultová střecha s výraznými atikami (obr. 1 a obr. 2). Hlavní konstrukční prvek této střechy je dřevěný příhradový vazník se styčníkovými deskami s prolisovanými trny o celkové délce 26,3 m. Tento vazník je řešen jako spojitý nosník o dvou polích, kdy větší z rozponů překlenuje 19 m široký nákupní prostor prodejny. V nejvyšším místě tento vazník dosahuje výšky 2,1 m (atika 2,3 m) a jeho hmotnost je cca 500 kg.
Základní informace o stavbě:
Výška: 11,3 m, max. šířka: 32 m, max. délka: 57 m, půdorysná plocha: 1487 m2, počet podlaží:1, umístění: Velká Bystřice (u Olomouce), nadmořská výška cca 244 m n. m., rovinatá oblast na okraji města, stavěno v roce 2013
Zatížení sněhem – oblast II, sk = 0,82 kN/m2, zatížení větrem – oblast I, max. 22,5 m/s.
K zatížení stálému bylo nutno započítat zatížení vzduchotechnických jednotek v rozsahu 15–200 kg zavěšených na dolních pasech vazníků.
Celá stavba střešní konstrukce od zadání projekčních prací, přes jednání s dodavateli, až po dokončení stavebních prací (nástup klempířů, pokrývačů atd.) trvala 5 týdnů. Z důvodu nástupu dalších profesí byly termíny striktně stanoveny a nebylo možno je měnit.
Obr. 1 – Pohled na dokončenou prodejnu Penny Marketu ve Velké Bystřici z čelní strany od vstupu
Obr. 2 – Pohled na dokončenou prodejnu Penny Marketu ve Velké Bystřici z čelní strany od rampy u nakládacího prostoru
Projekt nosné konstrukce střechy spolu s kompletním montážním postupem zpracovala firma WaVe Structural Design s.r.o. pro firmu EXTEN CZ, spol. s.r.o., která provedla montáž střechy. Generální dodavatel stavby byla firma TM Stav, spol. s r.o. Výrobcem vazníků a lisovaných ztužidel byla firma Střechy 92 s.r.o., která zajistila i dopravu 44 ks vazníků o délce 26,3 m (převáženo vcelku) na stavbu.
Střešní konstrukce je tvořena třemi základními typy vazníků. Největší vazníky tvoří hlavní střechu nad prodejními prostory a sklady obchodu (obr. 3). Zkrácené vazníky prodlužují střešní konstrukci do strany směrem nad vykládací prostor a mají výrazné konzolové vyložení (obr. 4). Nejmenší vazníky zakrývají prostor nad vstupem. U těchto vazníků je snížený podhled pod spodním pasem a sklon je zakončen výrazným vnitřním žlabem vytvořeným geometrií vazníku (obr. 5).
Obr. 3 – Geometrie hlavního vazníku s jednou vnitřní podporou. Celková délka vazníku je 26,3 m (měřeno bez přesahu horního pasu) s rozponem 19 m nad prodejním prostorem.
Obr. 4 – Geometrie vazníku nad vykládacím prostorem s konzolovým vyložením 3,75 m. Celková délka vazníku je 10,7 m.
Obr. 5 – Geometrie vazníku nad vstupem. Podhled je snížen o 0,63 m pod úroveň dolního pasu. Délka vazníku je 5,5 m.
3 Obecná analýza návrhu vazníkové konstrukce
O výběru projekčního řešení dřevěné konstrukce rozhodují hlavně následující parametry: základní volba geometrie nosných prvků, volba statického působení hlavních nosných prvků, způsob montáže konstrukce a požadavky na požární bezpečnost. Tyto parametry jsou voleny na základě zkušeností projektanta, vybavení a technologického zázemí realizační firmy, situace na staveništi a dalších smluvních záležitostí (termíny, restrikce a další požadavky investora). Parametry projektu jsou ve vzájemné interakci a jejich správné nastavení často rozhoduje o úspěšnosti celého projektu.
Geometrie vazníků
Geometrie vazníků se obvykle volí tak, aby vytvořila kompletní tvar střechy včetně atik, podhledů, žlabů a dalších požadovaných tvarů. Tímto se eliminuje nutnost montáže dalších doplňkových konstrukcí, zkracuje se čas provádění na stavbě a obecně se zvyšuje přesnost a stejnorodost hotové stavby [1]. Některé prvky proto musí mít upravenou dimenzi, která je často větší než prosté nároky statického výpočtu. Je možné uvažovat i o posílení lokálně přetížených pasů příložkami. Příkladem může být vazník nad vstupem v místě oslabení pro žlab (obr. 5). S těmito úpravami souvisí navýšení ceny vazníků, které se obvykle vrátí snížením pracnosti a úsporou času na stavbě. Toto se v našem případě potvrdilo.
Statické působení
Příhradové vazníky jsou obvykle navrhovány tak, aby staticky působily jako prostý nosník. Pokud je možno využít mezipodpory, lze vazníky navrhovat jako spojité nosníky. Výhodné je provádět spojitý nosník v případě, že rozpětí jednotlivých polí je obdobné, čímž dochází k rovnoměrnému využití všech profilů. Spojitý příhradový nosník lze také s výhodou použít v případě, kdy je třeba zvýšit únosnost prvku jiným než standardním způsobem (standardní je zvětšení výšky nebo rozměrů prutů). Výhodou spojitého nosníku je kromě úspory materiálu i vyšší rovinnost výsledné plochy (spoj není skokový a chová se spojitě i v případě jednostranného zatížení). Nevýhodou může být nutnost ztužení tlačeného dolního pásu vazníku. Další významnou nevýhodou montáže dlouhých spojitých vazníků je technologická a finanční náročnost spojená s manipulací s velkými celky. V našem případě byl pro hlavní rozpětí zvolen spojitý nosník. Výhoda snížení velikosti profilů v hlavním poli byla částečně redukována nutností použít stejnou tloušťku dřeva i v kratším poli. Výhody spojitého působení byly vyváženy nevýhodami a k výraznějším úsporám (kromě časových) v našem případě nedošlo.
Příhradové vazníky lze navrhovat i pro složité, staticky neurčité konstrukce. V těchto případech je nutná detailní znalost technologie a reálného chování vazníků se styčníkovými deskami s prolisovanými trny, obzvláště v oblasti prostorového ztužení celé konstrukce a zajištění jednotlivých spojů.
Obr. 6 – Příprava montážní skupiny (segmentu) na dočasně zpevněné ploše
Způsob montáže
Celou konstrukci významně ovlivňuje způsob montáže. Montáž lze realizovat po jednotlivých vaznících (obvyklá, standardní metoda), nebo lze montovat konstrukci po celých zaztužených segmentech neboli skupinách složených ze dvou a více vazníků (obr. 6).
Základním požadavkem umožňujícím montáž po jednotlivých vaznících je dostatečná tuhost zvedaného vazníku ve všech směrech. Některé tvary vazníků jsou pro zvedání vhodné (například trojúhelníky neboli vazníky sedlových střech), některé tvary jsou pro zvedání méně vhodné (například dlouhé obdelníky a lichoběžníky neboli vazníky širokých pultových střech). V případě vazníků nevhodných pro zvedání je možné situaci řešit zvětšením tloušťky průřezu, speciálně upraveným zvedacím přípravkem, dočasným posílením tuhosti vazníku v namáhaných místech nebo montáží po skupinách.
Základním požadavkem umožňujícím montáž po skupinách je možnost použití rovného, únosného a dostatečně velkého pracovního prostoru v blízkosti stavby, kde je možné segmenty sestavit a nechat skladovat dokud se hromadně nevyzvednou na konečné místo. Pokud toto stavba umožňuje, lze zvážit výhody a nevýhody obou variant v kontextu daného projektu. Hlavní výhodou zvedání po skupinách je snadný přístup k prováděné konstrukci. To se pozitivně odráží jak na kvalitě provedené práce (přesnost, snadná kontrola jakosti), rychlosti výstavby a bezpečnosti práce. Snižují se tím nároky na lešení a na zabezpečující prostředky. Přísné předpisy BOZP jsou hlavním z důvodů, proč je montáž po skupinách preferovaným způsobem v Irsku a Velké Británii. Nevýhodou je nutnost vytvoření pevné a rovné pracovní plochy pro sestavení segmentů a zvýšené množství materiálu, který musí vyztužit skupinu během montáže (obvykle již v konstrukci zůstává jako prostorové ztužení střechy). Další nevýhodou je nutnost použití jeřábu s vyšší nosností a zkušenou obsluhou. V neposlední řadě montáž po skupinách vyžaduje dobrou organizaci práce, která předchází prostojům během používání nákladného vysokonosného jeřábu.
Požární bezpečnost
Nároky na požární bezpečnost už v obecné rovině limitují použití dřevěných konstrukcí ve stavebnictví. Projekt dřevěné konstrukce proto musí zohlednit požadavky požárně bezpečnostního řešení stavby, nebo se v lepším případě na tomto řešení aktivně podílet. U vazníků se styčníkovými deskami s prolisovanými trny je vlastní požární odolnost konstrukce nízká [2], proto musí být provedeny dodatečné protipožární opatření (obvykle opláštění).
4 Způsob řešení dílčích částí Penny Marketu ve Velké Bystřici
Hlavním nosným prvkem střechy jsou dřevěné vazníky se styčníkovými deskami s prolisovanými trny, které kopírují tvar střechy včetně atiky (vytažení podporové svislice nad střešní rovinu) a odtokového žlabu. Tloušťka vazníků je 60 mm, což usnadňuje stykování záklopu na horních pasech i opláštění atiky v čelech vazníků. Opláštění působí i jako součást prostorového ztužení celé střechy. Tvar hlavních vazníků střechy není vhodný pro montáž po jednotlivých kusech, při nadzvedávání dochází ke kroucení celého prvku a kromě obtížné manipulace hrozí i poškození styčníkových desek.
Vzhledem k nevhodnosti tvaru hlavních vazníků pro montáž po jednotlivých kusech, ale i pro předvídatelnost trvání montáže a bezpečnosti práce byla zvolena montáž po skupinách.
Obr. 7 – Zaztužená dvojice vazníků připravená pro zvedání
Obr. 8 – Zaztužená trojice vazníků připravená pro zvedání
Obr. 9 – Ukázka zvedání krajní ztužidlové dvojice vazníků s bočním opláštěním OSB deskami
Montáž probíhala ve skupinách po 2–3 vaznících (obr. 7 a obr. 8). Sestavení skupiny probíhalo na zpevněné ploše dle montážního plánu. Ztužidlová pole byla montována přímo vložením lisovaných ztužidel mezi vazníky, čímž se zajistila i přesná rozteč vazníků. Běžné vazníky byly montovány s pomocí distančních hranolů, které zajistily jak tuhost, tak přesnost sestavovaných skupin. Horní a dolní pasy byly zajištěny diagonálním ztužením, svislice a diagonály byly v místech budoucích podélných ztužidel zajištěny ondřejskými kříži. Během zvedání byly pod horní pas vloženy dřevěné příčné hranoly, které byly dočasně zajištěny vruty. Samotné zvedání probíhalo pomocí vahadla, jehož únosnost byla ověřena výpočtem. Sestavené skupiny se během zvedání ukázaly jako velmi tuhé, což bylo nejvíce patrné při zvedání excentricky zatížené štítové skupiny (obr. 9).
Správně provedené prostorové ztužení celé střešní konstrukce je jednou ze zásadních podmínek funkčnosti vazníků se styčníkovými deskami s prolisovanými trny, které vykazují vysokou tuhost v rovině vazby, ale poměrně nízkou tuhost ven z roviny vazby.
Zajištění únosnosti a předpokládaného působení jednotlivých vazníků je provedeno podélnými deskami u každého ze spojů. Na horním pase tuto funkci přebírá OSB deska. Další výztuhy tvoří konstrukce podhledu. Statický výpočet ověřil, že není nutné zajišťovat vzpěrné délky mezipasových prvků.
Obr. 10 – Montážní plán
Prostorové ztužení střechy jako celku je složeno z tuhého diafragmatu na horním pase, ztužení dolního pasu a podélného ztužení probíhajících nad podporovými svislicemi a ve vybraných diagonálách. Tuhé diafragma na horním pase je tvořeno OSB deskou a je vyztuženo lisovanými vazníky ve ztužidlových polích. Montážní ztužení horního pásu dále toto diafragma posiluje. Podélné ztužení je tvořeno dvojící desek ve tvaru ondřejského kříže, ve ztužidlových polích je posíleno lisovanými ztužidly a nad krajními podporami jsou montážní výztuhy posíleny OSB opláštěním. Absence propojení mezi ztužidlem a podporou bývá častou vadou vazníkových staveb [3]. Ztužení dolního pasu je tvořeno lisovaným ztužidlem ve ztužidlových polích a montážními ztužidly jednotlivých skupin. Pro rychlejší osazování montážních skupin a usnadnění orientace ve ztužidlech na stavbě byl vytvořen montážní plán (obr. 10).
Kotvení konstrukce do ŽB věnce je provedeno úhelníky s hřebíky a kotvami do betonu u každého z vazníků. Na krajních podporách byly použity mechanické kotvy, na mezipodporách byly z důvodů minimálních konstrukčních vzdáleností použity kotvy chemické. Únosnější kotevní prvky byly použity při kotvení ztužidlových polí. Vzhledem k rychlé montáži po vybetonování věnců bylo nutno zohlednit technologickou mezeru. Protože u nezakryté střešní konstrukce nehrozilo nadzvedávání vazníků a montážní skupiny byly relativně tuhé, kotevní prvky byly vkládány zprvu bez utažení či zajištění chemickou maltou. Zajištění kotev bylo provedeno před opláštěním střechy.
Obr. 11 – Dilatace OSB desek
Záklop na horním pase vazníků tvoří jak nášlapnou vrstvu střechy, tak i ztužující prvek celé střechy. Vzhledem k délce střechy dosahující téměř 60 m, bylo nutné uvážit i objemovou roztažnost plošného materiálu. Podkladem k řešení byly technické materiály výrobců desek [4]. Vzhledem k časté praxi v ČR tento problém opomíjet (v anglosaských zemích tomu tak obvykle nebývá) jsme zvolili kompromisní řešení s „plovoucí“ dilatační spárou, které bylo akceptovatelné i pro navazující firmy. Podélné spoje desek byly stykovány přímo na vaznících a spoj pero-drážka mezi deskami byl proveden s dvoumilimetrovou spárou, kde se v budoucnosti může posun od roztažnosti realizovat (obr. 11). Spáry mezi deskami se nespojovaly lepidlem. Nerovnosti vzniklé během kladení desek bylo možné srovnat ve zkrácených polích vazníků, které jsou označeny jako „Srovnávací úsek“ (obr. 10).
5 Závěr
Střešní konstrukce Penny marketu ve Velké Bystřici byla postavena v létě 2013. Striktní časový plán 5 týdnů na projekci a následnou realizaci konstrukce střechy byl splněn. Ověřila se montáž skupin složených z dlouhých vazníků se styčníkovými deskami s prolisovanými trny. Potvrdilo se, že lze udržet rychlost výstavby spolu s prováděním detailů střechy přímo během montáže skupin. Postup montáže po skupinách ve srovnání se standardní technologií zvedání po jednotlivých vaznících byl po ekonomické stránce srovnatelný. Optimalizaci lze spatřovat v plném využití montážních ztužidel jako komplexního prostorového ztužení celé výsledné střešní konstrukce, což souvisí s odstraněním lisovaných ztužidel a plnou montáží záklopu a opláštění již během sestavování montážních skupin. Rezervy jsou i v možné kompletní instalaci doplňků, jako jsou například světlíky do montážních skupin. Potvrdilo se také, že odpovědným přístupem během projekční části lze splnit požadavky klienta i technologické nároky materiálu jako jsou například dilatace OSB desek, instalace revizních lávek či způsob kotvení bez významného navýšení celkové ceny. Do budoucna se na základě zahraničních zkušeností jeví jako významné i omezení práce ve výškách, a tím i zvýšení bezpečnosti práce. Vzhledem k relativně složité administrativě spojené s tímto typem stavby je vhodné se soustředit jen na malý počet technických změn oproti standardizovanému řešení, aby nebyl ohrožen termín dodávky.
Literatura a použité materiály
- [1] ČSN EN 14250 Dřevěné konstrukce – Požadavky na prefabrikované nosné prvky s kovovými styčníkovými deskami s prolisovanými trny.
- [2] Kuklík, P. – Starý, J. – Vodolan, M.: Požární odolnost dřevěných střešních konstrukcí s kovovými deskami s prolisovanými trny, In: Volyně: Vyšší odborná škola a střední průmyslová škola Volyně, 2007 s. 155–160. ISBN 978-80-86837-15-4.
- [3] Straka, B. – Vejpustek, Z. – Vaněrek, J.: O stavu příhradové vazníkové konstrukce na budově obchodního domu Tesco, Mikulov, Brno 2005.
- [4] Technické materiály k OSB deskám firem Kronospan a Egger.
The paper presents the design and construction of the wooden roof structure covering the Penny market building, which is located in the Czech Republic and was built in the summer of 2013. The building of the roof structure was based on the 26 m long elements consisting of 2 or 3 trusses assembled with punched metal plate fasteners and bracing members. The design philosophy, details and descriptions of choosen methods used in the roof design are part of the paper.
