Konstrukční řešení u prosklených střech a světlíků

1. Úvod

a) exteriér

b) interiér

Obr. 1 Skleník zámku Lednice

Nejstarší dochované skleníky v ČR jsou na zámku Veltrusy a zámku Lednice. Skleník zámku Lednice se začal budovat v roce 1843 podle projektu anglického architekta P. H. Desvignese a dokončen byl v roce 1845. Skleník je 92 m dlouhý, 13 m široký a 10 m vysoký. Střešní konstrukci nesou dvě řady litinových štíhlých sloupů ve tvaru bambusových stvolů. Objekt kryje skleněná střecha obloukovitého tvaru, složená z malých skleněných šindelů, které lomí světlo. Se svou moderní konstrukcí a zvláštní půlkruhovou formou byl v tehdejší době mimořádnou stavbou. Dnes patří mezi unikátní historické technické památky.

Další zajímavou stavbou s historickou skleněnou střechou je pražský Palác Lucerna. Skelet budovy vznikl v letech 1907 až 1921. Na tehdejší dobu se jednalo o velice unikátní stavbu, neboť to byla jedna z prvních železobetonových staveb v Praze vůbec, s velmi originálně řešenou sklem zastřešenou pasáží.

a) prosklená kopule – interiér

b) exteriér

c) sklobetonová střecha

Obr. 2 Prosklené střechy Paláce Lucerna

Prosvětlovací prvky na střešních pláštích se v minulosti uplatnily též ve formě světlíků. Střešní světlíky se začaly objevovat na střešních pláštích od dob průmyslové revoluce od poloviny 18. století.

V současnosti se s nástupem nových konstrukčních řešení moderní architektury se postupně od 90. let čím dál tím ve větší míře začínají uplatňovat nejen střešní světlíky, a to i velkoplošné, ale i prosklené střešní pláště atrií nad prostory s trvalým pobytem lidí. Prosklené střechy musí splňovat vysoké energetické požadavky a stavebně fyzikální nároky na tvorbu těchto konstrukcí. To vyžaduje komplexní projektový návrh a přesné stavebně fyzikální výpočtové postupy při návrhu prosklených střešních plášťů a prosvětlovacích střešních prvků.

Střešní světlíky jsou samostatné zasklené (průsvitné) části konstrukce osazené do otvorů ve střešních pláštích, které slouží k prosvětlení vnitřních prostorů, případně k jejich větrání. Pro navrhování ocelových střešních světlíků je v současnosti platná návrhová norma ČSN 74 6350 Kovové světlíky – Základní ustanovení [2]. Střešní světlíky plastové pásové mají pouze výrobkovou normu ČSN EN 14963 [4], bodové plastové světlíky pak normu ČSN EN 1873 [5]. Skleněné světlíky lze deklarovat jako otvorové výplně, které je možné navrhovat a posuzovat podle souboru norem ČSN platných pro otvorové výplně.

Prosklené střešní pláště, tedy pláště se skleněnou krytinou, se navrhují k prosvětlení podstřešního prostoru, a to nejen u zimních zahrad, skleníků apod. Většinou se jedná o rozsáhlé střešní plochy a pasáže, kde nosné stropní prvky jsou ocelové vazníky či rámy, a ty tvoří nosný systém pro prvky systému lehkého obvodového pláště, na kterém jsou aplikovány zasklívací jednotky, které tvoří střešní krytinu, a zároveň musí zajistit i tepelně izolační vlastnosti navržené prosklené střechy.

Na navrhování prosklených střech je již zadána další část souboru ČSN 73 1901 [1].

2. Zásady pro návrh prosklených střech

a) sklon a tvar proskleného střešního pláště – návrh zasklívacích jednotek, systém zabudování, kompletujících prvků a detailů

Sklon prosklených střech je tvořen především sklonem konstrukce střechy. Obecně lze říci, že jednoduchý tvar a dostatečný sklon přispívají k bezpečnému a plynulému odtoku vody ze střechy a jsou základem spolehlivé funkce střešního pláště. Pro prosklené střešní systémy jednotliví výrobci prosklených systémů deklarují minimální sklon v rozmezí 5–7 ° podle typu systému. Střešní krytina ze skleněných tabulí, či jiného průhledného materiálu, tvoří společně s těsnicími profily systému hydroizolační konstrukci, která je pro spolehlivost střech z hlediska hydroizolačního zásadní.

Krytina z tabulového skla se navrhuje z kombinace tepelně tvrzeného skla pro exteriér a bezpečnostního vrstveného skla pro interiér. Sklo střešního pláště se na základě tepelnětechnických požadavků aplikuje ve formě dvojskla nebo trojskla s teplým distančním rámečkem. Vzhledem k mechanickým vlastnostem skla je nutné zajistit dokonalou dilataci skleněných tabulí ve stycích a v napojení na ostatní konstrukce, v kombinaci se základní funkcí střešního pláště – vodotěsností. To je pro konstrukční řešení obtížný úkol. Spoje a styky zasklívacích jednotek se navrhují jako volné s přesahem či zasunutím nebo těsněné těsněním či pružnými tmely. V horizontálních spárách se skleněné tabule spojují pomocí speciálních profilů, jejichž velikost je závislá na sklonu krytiny.

Detaily prostupujících konstrukcí prosklenými střešními plášti a jejich napojení na přilehlé konstrukce je nutné řešit tak, aby byla splněna funkční způsobilost celku (hydroizolační, stavebně fyzikální i mechanická odolnost a stabilita).

Obr. 3 Příklad řešení detailu návaznosti prosklené střechy na přilehlou střechu

Návrh odvodnění střechy a průřezů odvodňovacích konstrukcí závisí na velikosti odvodňované plochy, na tvaru odvodňovacích prvků, specifické vydatnosti deště v daném místě stavby, na detailech střechy, na prvcích střechy a na součiniteli odtoku. Odvodňovací prvky a dešťové odpadní potrubí se dimenzují nejméně podle norem ČSN EN 12056-3 (ČSN 75 6760) [9]. Vždy musí být zajištěno bezpečné odvedení srážkových vod vně stavby. Navazující konstrukce musí být navrženy tak, aby si i při nadměrném výskytu srážek zachovaly svoji funkci.

b) stabilita zasklívacích jednotek – statický návrh

Každou střešní konstrukci je nutno také posoudit podle norem ČSN EN 1991–1–4 - Eurokód 1: Zatížení konstrukcí – Část 1-4: Obecná 1991–1 větrem [6] a ČSN EN 1991–1–3 Eurokód 1: Zatížení konstrukcí – Část 1-3: Obecná zatížení – Zatížení sněhem [7].

c) stavebněfyzikální návrh (tepelná technika, osvětlení, akustika)

Každý střešní plášť musí být navržen v souladu se závaznými kritérii souboru technických norem ČSN 73 0540 Tepelná ochrana budov – Část 1 až 4 [8], které jsou v současné době závazné jako celek. Tato kritéria jsou:

• součinitel prostupu tepla, včetně tepelných mostů v konstrukci;
• nejnižší vnitřní povrchová teplota/teplotní faktor konstrukce – doporučená hodnota;
• tepelná stabilita konstrukce v zimním a letním období ve vazbě na místnost nebo budovu;
• prostup tepla obvodovým pláštěm budovy ve vazbě na další konstrukce.

d) požární odolnost

Požární odolnost prosklených střech musí být navržena v souladu s platnou normou ČSN 73 0810 Požární bezpečnost staveb – Základní ustanovení [3]. Prosklené střešní konstrukce se řídí podobnými požadavky jako obvodové pláště.

U prosklených střech nastává jedna speciální vlastnost-parametr R, tedy označení „nosné konstrukce“. Pokud je střecha většího rozsahu (rozponu), potom není uvažována jako výplňová konstrukce nebo fasádní plášť, ale jako součást nosné konstrukce objektu – krov. Z toho vyplývá požadovaná odolnost – např. REI30 pro jednotlivé nosné profily (systémové nebo nosná konstrukce) musí vykazovat stabilitu po dobu požáru 30 minut. Toto kritérium se dá prokázat výpočtem podle Eurokódů, anebo lze zajistit ochranou nosné konstrukce, či ověřit zkouškou za specifických podmínek.

3. Závěr

Lze říct, že návrh i realizace prosklených střešních plášťů musí být proveden vždy komplexně a systematicky. Důležitý je bezchybný návrh střechy, včetně všech detailů střešního pláště, a jejich tepelnětechnické posouzení z hlediska funkčních požadavků s důrazem na odolnost konstrukce proti klimatickým zatížením. V současné době není ještě zpracována platná ČSN pro navrhování prosklených střešních plášťů. Je proto nanejvýš nutné ji v brzké době zpracovat.

4. Literatura

1. ČSN 73 1901–1 Navrhování střech – základní ustanovení, 2020.
2. ČSN 74 6350 – Kovové světlíky – základní ustanovení, 2023.
3. ČSN 73 0810 Požární bezpečnost staveb – Základní ustanovení.
4. ČSN EN 14963 Střešní světlíky plastové pásové.
5. ČSN EN 1873. bodové plastové světlíky.
6. ČSN EN 1991–1–4 - Eurokód 1: Zatížení 1991–1 Část 1-4: Obecná zatížení – Zatížení větrem.
7. ČSN EN ČSN 1991–1–3 Eurokód 1: Zatížení konstrukcí – Část 1-3: Obecná zatížení – Zatížení sněhem.
8. ČSN 7300540 Tepelná ochrana budov – Část 1 až 4.
9. ČSN EN 12056-3 (ČSN 756760) Vnitřní kanalizace – Gravitační systémy – Část 3: Odvádění dešťových vod ze střech – Navrhování a výpočet.