Nosné prvky stavby

Voľba konštrukčných systémov

Voľbu nosných konštrukčných systémov ovplyvňuje veľa rôznych požiadaviek, napríklad architektonické, optimalizačné, technické požiadavky a požiadavky zaťaženia. Z architektonického hľadiska zvolený konštrukčný systém musí umožňovať a spĺňať požiadavky variability a flexibility dispozičného riešenia, vybavenosti a funkčnosti. Podľa optimalizačných požiadaviek treba vytvoriť súlad medzi konštrukčným riešením a optimálnou pohodou človeka (tepelná pohoda, hluk, osvetlenie, vlhkostné, toxické a iné požiadavky). S technickými požiadavkami súvisí napríklad únosnosť, použiteľnosť, ekonomickosť, dlhá životnosť a pod.

V priebehu existencie stavby by nemalo prísť k porušeniu nosnej konštrukcie (k strate únosnosti) do takej miery, aby sa konštrukcia musela odstrániť. Konštrukcia musí byť vždy použiteľná a slúžiť svojmu účelu; trvanlivá a s dlhou životnosťou, ktorú dokážeme ovplyvniť vhodnou voľbou stavebných materiálov. Napokon nemôžeme opomenúť zaťaženie, ktoré spôsobuje zmenu napätosti v konštrukčnom systéme. Patrí sem zaťaženie vlastnou tiažou konštrukcie, zaťaženie od vonkajších síl (zaťaženia ľuďmi, nábytkom a zariadením, vrstvami podláh a priečkami), zaťaženie fyzikálnymi vplyvmi, ako sú teplota, dotvarovanie, zmrašťovanie, zaťaženie účinkami vetra a zaťaženie dynamickými účinkami, napr. seizmicitou.

Nosné konštrukcie stavby sa rozdeľujú (členenie zhora nadol) na nosné konštrukcie strechy, horizontálne a vertikálne nosné konštrukcie a konštrukcie základov.

Nosné konštrukcie strechy

Strecha je jednou z najdôležitejších častí objektu. Je vystavená zložitému pôsobeniu vonkajšej a vnútornej klímy, ktorá ovplyvňuje jej hydroizolačnú schopnosť, tepelnotechnické a iné fyzikálne vlastnosti, ktoré spätne degradujú jej konštrukčnú funkčnosť, únosnosť, trvanlivosť a životnosť. Podľa tvaru sa strechy členia na šikmé (so zošikmením nad 10°), ploché (so spádom od 0° do 10°), so zakrivenou strednicou (oblúkové, klenbové a pod.) a iné. V súčasnosti sa najviac používajú ploché a šikmé strechy. Šikmé strechy môžu mať stanový, sedlový, valbový, polovalbový, manzardový, pultový alebo kombinovaný tvar. Nosným konštrukčným systémom šikmých striech je krov. Je to systém nosných krokiev (v optimálnej osovej vzdialenosti 1,0 až 1,2 m), ktoré vystihujú tvar šikmej strechy a prenášajú zaťaženie (od vrstiev strechy, vlastnej hmotnosti, účinkov vetra a snehu) do ostatných nosných prvkov krovu – na väznice (väznicový krov s podopretím so stojatou alebo s ležatou stolicou), do hambálkov a pomúrnic (hambálkový krov, ktorý je vhodný na obytné podkrovie) alebo na väzníky (väzníkový krov).

Nosná konštrukcia šikmej strechy

Voľba konštrukčného systému strechy závisí od rozpätia zvislých nosných konštrukcií (ich osovej vzdialenosti), ktoré bezpečne prenesú zaťaženie do podložia. Väznicový krov so stojatou alebo ležatou stolicou patrí ku klasickým typom krovov. Zaťaženie z väzníc prenáša sústava stĺpikov a klieštin (tzv. plné väzby, ktorých optimálna vzdialenosť je 4,0 až 4,5m) do väzného trámu. Väzné trámy sa ukladajú do nosných múrov a tak zabezpečujú prenos zaťaženia zo strechy na spodnú časť stavby. Ak sú nosné stĺpiky vertikálne, ide o väznicový krov so stojatou stolicou, ak sú nosné stĺpiky zošikmené, ide o väznicový krov s ležatou stolicou. Výhodou tohto konštrukčného systému je úspornosť materiálu a nízka hodnota vodorovných síl. Nevýhodou systému je, že sa nehodí na obytné podkrovia. Plné väzby obmedzujú dispozíciu podkrovia.

Väznicový krov sa používal až do rozšírenia obytných podkroví. Z hľadiska statického pôsobenia je to veľmi vhodná konštrukcia. S výstavbou obytných podkroví sa do popredia dostal hambálkový krov s optimálnym rozpätím 9,0 až 12,0 m. Dve krokvy, ktoré ležia v jednej rovine, sú v polovici až vo dvoch tretinách svojej výšky spojené ťahadlom, ktoré nazývame hambálok. Hambálok znižuje veľkosť vnútorných síl v priereze krokvy (ohybových momentov a priečnych síl), čo v konečnom dôsledku vedie k úspore materiálu. Zaťaženie sa prenáša cez pomúrnice do nosných zvislých konštrukcií. Výhodou tohto krovu je, že neobmedzuje dispozíciu podkrovia. Hambálok slúži aj na zavesenie podhľadu podkrovia. Nevýhodou tohto konštrukčného systému sú pomerne vysoké hodnoty vodorovných síl, ktoré treba zachytiť napr. do železobetónových vencov. Tie sa nesmú prerušiť po celom obvode stavby. Aj kotvenie pomúrnic sa musí navrhnúť na vodorovné účinky síl.

V prípade vyšších nosných stien v podkroví, alebo ak sú nosné steny z materiálu s nižšou pevnosťou (pórobetón), odporúča sa nosné steny zosilniť pod pomúrnicami nosnými stĺpikmi na báze ocele alebo oceľobetónu, ktoré prepájajú vence pod pomúrnicou a v rovine stropu. Väzníkové krovy sú vhodné na väčšie rozpätia a malé sklony striech. Používajú sa najmä na občianske, priemyselné a poľnohospodárske stavby. Dôležitým faktorom je aj voľba druhu materiálu. Na klasické krovy sa používajú plné drevené profily. Úsporu znamenajú lepené profily. Na väčšie rozpätia sú vhodné oceľové krovy, resp. kombinácia materiálov.

Horizontálne nosné konštrukcie

K horizontálnym nosným konštrukciám patria stropy a previsnuté konštrukcie ako napr. balkón, rímsa, pavlač, terasa alebo plochá strecha. Stropy zabezpečujú členenie budovy po jej výške (na jednotlivé podlažia). Zvyčajne sa skladajú zo stropnej nosnej konštrukcie, podlahy a podhľadu. Z hľadiska statického pôsobenia prenášajú okrem zaťaženia vlastnej hmotnosti aj zaťaženie ľuďmi, nábytkom a zariadeniami, vrstvami podláh a priečkami do zvislých nosných konštrukcií. Dôležitým faktorom pre stropné nosné konštrukcie je aj odolnosť proti ohňu. Napr. vo verejných a obytných budovách nad tri podlažia musia byť stropy nehorľavé s odolnosťou 90 minút. Od toho sa odvíja aj voľba materiálu na stropné konštrukcie.

Podľa materiálu delíme stropy na drevené, keramické, oceľobetónové, sklobetónové, predpäté, oceľové a kombinované. Medzi drevené patria povalové, trámové a fošňové stropy, pomenované podľa prierezu nosnej časti stropu. Medzi keramické patria polomontované stropy z keramických nosníkov a stropných vložiek zaliatych betónovou zálievkou. V zásade sú to rebierkové stropy. Ich nevýhodou je malá zvukovoizolačná schopnosť, výhodou zasa rýchla montáž bez debnenia. Medzi oceľobetónové stropy patria doskové, trámové, rebierkové, kazetové, hríbové, bezprievlakové stropy a pod. Podľa technológie ich delíme na monolitické a montované. Medzi ich výhody patrí takmer neobmedzená životnosť, dobré statické, akustické a protipožiarne vlastnosti a rôznorodosť tvarov. Nevýhodou monolitických konštrukcií je debnenie. Z oceľových môžeme spomenúť nosné konštrukcie z plnostenných nosníkov, z priehradových nosníkov, z tvarovaných plechov, resp. ich kombinácie.

Ďalšími dôležitými faktormi pre stropné nosné konštrukcie sú únosnosť a hodnoty maximálnych deformácií. Popraskaný strop, pri ktorom priehyby prekročili maximálne hodnoty určené normou pôsobí na psychiku človeka veľmi zle. Pri takýchto vizuálnych priehyboch sa človek často nemôže zbaviť obavy zo zrútenia stropu. Voľbu typu stropnej konštrukcie ovplyvňuje aj rozpätie, ktoré treba preklenúť. V súčasnosti sa na menšie rozpätia, napríklad v objektoch na bývanie, používajú polomontované stropy na báze keramiky alebo betónu. V ostatnom čase sa pre malú výšku stropu a jednoduché debnenie rozšírili aj doskové stropy s vystužením v jednom alebo v obidvoch smeroch. Na väčšie rozpätia, napríklad pri priemyselných a poľnohospodárskych objektoch, používajú sa predpäté oceľobetónové a oceľové stropy. S drevenými stropmi sa stretávame zvyčajne pri rekonštrukciách.

Vertikálne nosné konštrukcie

Vertikálne nosné konštrukcie prenášajú zaťaženie zo striech a stropov do základov a potom do podložia budovy. Patria medzi ne steny, stĺpy a piliere. Podľa materiálu ich delíme na keramické, pórobetónové, oceľové, betónové, oceľobetónové, sklobetónové, drevené a kombinované. Podľa technológie sú monolitické a montované. Nosné steny patria medzi plošné konštrukcie, ktoré okrem nosnej funkcie plnia aj ohraničujúcu, resp. deliacu funkciu. Steny v objekte vytvárajú určitý nosný systém, ktorý môže byť:

• pozdĺžny – stropné a strešné konštrukcie sú uložené na stredných a obvodových stenách, priečne steny tvoria priečne stuženie,

• priečny – stropné a strešné konštrukcie sú uložené na nosných stenách kolmých na hlavné priečelie objektu,

• kombinovaný – stropné a strešné konštrukcie sú uložené na pozdĺžnych aj priečnych nosných stenách.

Voľbu materiálu ovplyvňuje zaťaženie z vyšších podlaží. Nosné steny napr. na báze keramiky alebo pórobetónu treba stiahnuť vencom, zvyčajne oceľobetónovým. Funkciou venca nie je len zabezpečiť tuhosť objektu vo vodorovnej rovine, ale aj eliminovať momentové účinky od konštrukcie stropu na nosné murivo, ktoré je napr. pri murovaných tehlách, resp. pórobetóne únosné v tlaku, a nie v ohybe.

Nosné stĺpy sú bodové vertikálne nosné konštrukcie, ktoré spolu s prievlakmi v objekte vytvárajú:

• skeletový nosný systém s prievlakmi v pozdĺžnom smere – nosnú konštrukciu tvorí kostra vytvorená stĺpmi spojenými s prievlakmi rovnobežnými s hlavným priečelím;

• skeletový nosný systém s prievlakmi v priečnom smere – nosnú konštrukciu tvorí kostra vytvorená stĺpmi spojenými s prievlakmi kolmými na hlavné priečelie;

• kombinovaný skeletový nosný systém – nosnú konštrukciu tvorí kostra vytvorená stĺpmi spojenými s prievlakmi v obidvoch smeroch,

• stĺpové konštrukcie s doskovými stropmi – zdvíhané stropy (všetky stropné dosky sa betónujú na úrovni prvého podlažia a potom sa dvíhajú po oceľových stĺpoch do jednotlivých podlaží);

• stĺpové konštrukcie s hríbovými stropmi – nosnú konštrukciu tvoria stĺpy a doskové stropy, v mieste spojenia sú stĺpy zosilnené do tvaru hlavíc;

• stĺpové konštrukcie s bezhlavicovými stropmi – nosnú konštrukciu tvoria stĺpy a doskové stropy, v mieste spojenia sú hlavice skryté;

• kombinované nosné systémy, pri ktorých zaťaženie prenášajú stĺpy aj steny.

Nosné vertikálne konštrukcie musia byť riadne odizolované od zemnej vlhkosti, pretože zavlhnutie takýchto konštrukcií neznižuje len estetickú stránku objektu, ale aj únosnosť, stabilitu a v neposlednom rade poruchy nosných konštrukcií.

39778
Dominik Vlaheko

Základové nosné konštrukcie

Základové nosné konštrukcie prenášajú zaťaženie z nosných vertikálnych konštrukcií do podložia. Členia sa na plošné a hĺbkové. Plošné základy (základové pásy a rošty, základové pätky, základové dosky, škatuľové základy) sú charakteristické tým, že ich šírka je väčšia ako hrúbka. Patria medzi ne základové pásy a rošty – pre nižšie budovy väčšinou so stenovým nosným systémom pri pomerne dobre únosných podložiach s únosnosťou nad 0,15 MPa (štrky, štrkopiesky). Môžu byť monolitické alebo montované z betónu alebo z oceľobetónu. Sú ekonomické.

Základové pätky sú základové konštrukcie pod stĺpy a piliere (vhodné pod skeletové nosné sústavy) pri pomerne dobre únosných podložiach (štrky, štrkopiesky). Sú ekonomické do rozmerov 3,0 × 3,0 m. Môžu byť monolitické alebo montované z betónu (na menšie zaťaženia) alebo z oceľobetónu. Z dôvodu úspory materiálu sa realizujú ako stupňovité – spodná časť je z prostého betónu a horná z oceľobetónu. Základové dosky sú základové konštrukcie pri nízkom dovolenom namáhaní podzákladia (0,10 až 0,15 MPa). Ide o tuhú oceľobetónovú dosku, ktorá je odolná proti rozdielom v sadaní. Môže ňou byť doska rovnakej hrúbky alebo rebrová doska.

Škatuľové základy tvoria základová doska, steny podzemného podlažia a stropná konštrukcia, ktoré sú tuho spojené. Medzi hĺbkové základy patria pilóty, šachty, kesóny a studne. Pilóty sú prútové prvky, ktoré prenášajú zaťaženie svojimi prierezmi a trením plášťa do väčších hĺbok (realizujú sa s priemerom od 150 do 600 mm). Môžu byť opreté o podložie, plávajúce alebo votknuté do podložia. Šachty sú pilierové prvky, ktoré prenášajú zaťaženie svojimi prierezmi a trením plášťa do väčších hĺbok (realizujú sa s priemerom nad 600 mm). Pri návrhu a voľbe základových konštrukcií je rozhodujúcim kritériom únosnosť základovej pôdy a výška hladiny podzemnej vody. Preto pri jednoduchších stavbách je vhodné poradiť sa s geológom, pri stavbách zložitejších je potrebný inžiniersko-geologický prieskum.

Nosné konštrukcie sú hlavnou kostrou stavby, závisí od nich, či stavba počas celej svojej životnosti bude prevádzkyschopná, bez porúch a trhlín a bude spĺňať všetky funkcie a požiadavky. Preto pri ich realizácii treba dodržiavať všetky technologické predpisy a používať kvalitné trvanlivé materiály s dobrými fyzikálnymi vlastnosťami. Prehnané šetrenie v tomto prípade nie je namieste. Nosné konštrukcie treba chrániť omietkami, nátermi, obkladmi, izoláciami a inými prostriedkami, aby sme zabezpečili ich funkčnosť. Únosnosť nosných konštrukcií treba vždy preveriť statickým výpočtom.