KOTVENÍ KONSTRUKCÍ PRO DOČASNÉ STAVEBNÍ PRÁCE

Dočasné práce na stavbách tvoří nedílnou součást celého projektu a pomáhají podporovat výstavbu trvalých staveb. Zahrnují inženýrská řešení pro podporu nebo ochranu trvalých staveb během fáze výstavby, stávajících staveb během jejich rekonstrukce nebo napříkladzařízení pro zachycení zeminy během výkopových prací. Tyto práce mohou tvořit až 50 % [1] celkových nákladů projektu, a proto je nutné pečlivě vybrat, navrhnout a instalovat hned několik dočasných konstrukcí, jako jsou lešení, podpěry, pažení, bednění, konstrukce pro uchycení zeminy a zvedací zařízení (viz obrázek 1). Moderní projekty se stále více zaměřují na větší koordinaci mezi návrhem trvalých staveb a metodikou výstavby, což často vede k začlenění specifických dočasných staveb do schémat trvalých staveb a zdůrazňuje význam inženýrství těchto dočasných staveb pro snížení celkových nákladů.

Obrázek 1: Přehled několika typů dočasných prací a konstrukcí, které se obvykle nacházejí na staveništi.

Návrh dočasných prací a konstrukcí vyžaduje jiný pohled než navrhování trvalých prací. Pochopení klíčových rozdílů může pomoci stavebním inženýrům a návrhářům, kteří s těmito návrhy nejsou obeznámeni.

1. Vystavení riziku: Stavební inženýrství běžně zohledňuje rizika pro konstrukci po celou dobu její životnosti a zajišťuje odpovídající odolnost pro každý typ rizika. U trvalých staveb relativně delší životnost naznačuje, že návrh mohou ovlivňovat události s delší dobou opakování. Naopak dočasné stavby se potýkají s kratší dobou opakování, ale s větším poměrem užitného vůči trvalému zatížení na konstrukcích, které jsou kritické z hlediska tuhosti.

2. Typy zatížení: Dočasné konstrukce jsou náchylnější k výraznějším účinkům plošných (rovnoměrně rozložených) zatížení, jako jsou zatížení způsobená vlivem větru a působení teplot, stejně jako zatížení od zadržené zeminy. Navíc působení vysoce koncentrovaných (bodových) zatížení od strojních zařízení, opěr, podpěr (stojek) a dalších prvků vede k výrazně odlišným zatěžovacím stavům oproti těm, které se vyskytují u trvalých konstrukcí. Zatížení od těchto systémů je nutné vhodně roznést do odpovídajících podpor a základových konstrukcí. Následující dva příklady zdůrazňují rozdíly v typu zatížení a význam sledu výstavby a přenosu zatížení.

3. Stabilita a odolnost: U stávajících konstrukcí přispívají tužší prvky k rozdělení vodorovných zatížení do základů prostřednictvím již vytvořených přenosových drah zatížení. Naproti tomu dočasné konstrukce často vyžadují přenos zatížení v staticky určitých systémech s minimální redundancí, což snižuje schopnost redistribuce zatížení v případě lokální poruchy. Podobně mají nedokončené konstrukce zpravidla nižší tuhost než dokončené objekty, což vede k větším deformacím a odpovídajícímu nárůstu účinků druhého řádu.

4. Zajištění pevnosti: Jakmile jsou stanoveny dráhy zatížení, návrhový proces zaměřený na zajištění únosnosti a tuhosti jednotlivých prvků je obdobný jako u trvalých konstrukcí, avšak je nutné zohlednit větší excentricity a nižší pevnosti materiálů (tj. vyšší dílčí součinitele spolehlivosti) v případech, kde existuje vyšší míra nejistoty.

5. Základy: Přenos zatížení ze všech pomocných konstrukcí musí být zajištěn do nosného prostředí, jako je stávající konstrukce nebo základ, případně nově zřízené založení. Klíčová výzva, které projektanti čelí při zajištění dostatečné únosnosti a tuhosti těchto základů nebo nosných prostředí, je shodná jako u trvalých konstrukcí. Obvyklá řešení se mohou pohybovat od jednoduchých plošných základů pro podepření stojek dočasného podepření až po zapuštěné sloupy vetknuté do pilot, které přenášejí spojitě proměnlivá zatížení od věžových jeřábů, jež se mohou během několika sekund měnit z tlaku na tah. [2].

Veškeré dočasné konstrukce vyžadují určitou úroveň návrhu s cílem minimalizovat riziko selhání. Důsledky nedostatečného návrhu, provedení a údržby dočasných konstrukcí mohou vést ke kolapsu nebo poruše samotných dočasných konstrukcí nebo i trvalých konstrukcí, přičemž v druhém případě může dojít k následnému zřícení sousedních objektů (např. budov, dopravní infrastruktury a/nebo inženýrských sítí). Takové události mohou způsobit významná zpoždění a navýšení nákladů projektu, což vede k podstatnému finančnímu zatížení zhotovitelů, subdodavatelů, projektantů, dodavatelů i investorů. Ještě závažnější je reálné riziko úmrtí a vážných zranění, které hrozí pracovníkům na stavbě i veřejnosti.

K poruchám obvykle dochází ve třech bodech: tam, kde se přenáší zatížení, tam, kde je nutné zajistit stabilitu, nebo tam, kde dočasné konstrukce interagují se zemí nebo s trvalými konstrukcemi. Většina poruch často pramení z nedostatečné boční stability v důsledku chybějícího nebo nedostatečného ztužení, což je jednou z nejčastějších příčin poruch během výstavby, kdy se zatížení na nedokončenou konstrukci mění a dočasné konstrukce mohou ztratit stabilitu [3]. Zde hrají hlavní roli spojovací prvky a dva níže uvedené příklady poskytují odvětví cenné ponaučení z poruch způsobených nedostatečným návrhem dočasné konstrukce, včetně spojovacích prvků, které musí vždy ověřit odpovědný projektant.

4.1 Návod pro návrh

Několik národních dokumentů, jako například PAS 8812 [4], a mezinárodní normy, jako jsou EN 1991-1-6 [6], EN 12811 (části 1–4) [7] a EN 12812 [8], poskytují podrobné pokyny pro návrh a provádění dočasných konstrukcí. Tyto dokumenty pomáhají inženýrům při stanovení návrhových zatížení (včetně správných dílčích součinitelů spolehlivosti) a hodnot únosnosti standardních prefabrikovaných hliníkových a ocelových systémů, které lze opakovaně používat. Systémové prvky od předních výrobců uvádějí ve svých technických listech návrhové únosnosti (s odpovídajícími součiniteli spolehlivosti), například v manuálu Hilti Fastening Technology Manual.

Pro návrh spojovacích prvků obsahuje norma EN 1992-4 [9] ustanovení, která umožňují projektantům stanovit únosnost dodatečně instalovaných kotev do betonu. V technických listech výrobci obvykle uvádějí charakteristické, návrhové a doporučené hodnoty únosnosti včetně příslušných součinitelů spolehlivosti, a to za podmínky, že jsou tyto prvky instalovány v souladu s Pokyny pro použití výrobce (IFU).

Návrhové zatížení, které se porovnává s únosnostmi, lze v některých případech stanovit standardizovaně (např. u stojek či spojek), zatímco v jiných případech je nutné provést podrobné posouzení (např. u lešení nebo kotvení jeřábů při účincích větru).

4.2 Návod pro výběr

Pro pomoc statikům při výběru správného spojovacího prvku lze zvážit následující body:

• Dostupnost spojovacího prvku s evropským technickým posouzením (ETA) pro jednorázové a redundantní upevnění.

• Spojovací prvky, které lze kombinovat s dočasnými stavebními prvky, jako jsou například podpěry.

• U spojovacího prvku, který lze znovu použít, platí specifická národní schválení, jako je DIBt aBG Z21.8-2137 pro samořezný šroub do betonu Hilti HUS4, která s přesnými údaji uvádějí, kolikrát je spojovací prvek povolen k opětovnému použití a jakému zbytkovému zatížení může spojovací prvek odolat.

• Jsou pro návrh vyžadovány specifické požadavky na trvanlivost v korozivním prostředí nebo na delší životnost?

Řada šroubů do betonu HUS4 (mechanických i s chemickou kapslí) je navržena pro aplikace, kde je vyžadováno snadné opakované použití v dočasných kotveních. Poskytuje projektantům i zhotovitelům flexibilní řešení pro kotvení různých sestav dočasných konstrukcí, jako jsou lešení, bednění, podpěrné konstrukce a další aplikace, například bezpečnostní zábradlí (viz obrázek 1). Tyto aplikace patří mezi nejčetnější na typické stavbě a uvedené spojovací prvky podporují stavební týmy tím, že umožňují rychlou montáž i demontáž dočasných konstrukcí a zároveň umožňují jejich okamžité zatížení po vyvrtání a instalaci do betonu při dodržení utahovacího momentu předepsaného v Manuálu na použití (IFU). Dále, jak je znázorněno na obrázku 2 (vpravo), mohou některé konkrétní bednící sestavy vyžadovat větší odsazení, protože hliníkové nebo ocelové prvky nejsou v některých případech instalovány lícem k povrchu betonu. Současně pro tyto případy není vyžadován specifický typ hlavy, jelikož se v praxi používají standardní kotevní matice s bednicím závitem 15 mm (viz obrázek 4).

Obrázek 2: (vlevo) vzpěra se základovou deskou instalovanou lícem k povrchu betonu; (vpravo) bednění kotvené do betonu bez typické základové desky a s velkým odsazením

S cílem podpořit zhotovitele a projektanty při hledání řešení pro instalaci dočasných konstrukcí s velkým odsazením (stand-off) představuje společnost Hilti další variantu v řadě betonových šroubů HUS4 – typ HUS4-DW. Jak je znázorněno na obrázku 3, tato čistě mechanická varianta kombinuje základ šroubu HUS4 velikosti 16 s vnějším bednicím závitem 15 mm a je k dispozici ve dvou délkách, aby pokryla široké spektrum podmínek, kde jsou na stavbě vyžadovány instalace s odsazením. Závit je kompatibilní se standardními kotevními maticemi běžně používanými na stavbách (viz obrázek 4).

Obrázek 3: Nový šroub do betonu HUS4-DW, navržený pro dočasné upevnění.

Obrázek 4: Standardní bednící matice

HUS4-DW má Evropské technické posouzení ETA (20/0867) [10] pro jednorázové kotvení podle EAD 330232, což umožňuje návrh dle EN 1992-4, specifické národní schválení (aBG Z-21.8-2137 vydané DIBt) [11] určené pro kotvení dočasných konstrukcí umožňuje projektantům a zhotovitelům opakované použití betonového šroubu jak v nevyzrálém, tak i v plně vyzrálém betonu, a to v mezích daných tímto schválením.

Cloudový návrhový software PROFIS Engineering od společnosti Hilti přináší nové možnosti, které podporují projektanty při výběru a návrhu dodatečně instalovaných kotev do betonu pro dočasné i trvalé konstrukce. Jak je znázorněno na obrázku 2, lze zvolit určité předdefinované sestavy dočasných konstrukcí s doporučenými typy spojovacích prvků, včetně řady HUS4. Návrh pro jednorázové kotvení je obdobný jako u standardních kotev a je rozšířen o funkci Smart Design v softwaru PROFIS, která podporuje rychlý a zároveň komplexní návrh jak pro atypické, tak pro běžné aplikace kotvení dočasných konstrukcí.

Obrázek 5: Předdefinované sestavy dočasných konstrukcí v modulu „Kotvení do betonu“ v softwaru PROFIS

Dočasné konstrukce tvoří klíčovou a nedílnou součást každého stavebního projektu a vyžadují úroveň návrhu i provádění jednotlivých dílčích sestav srovnatelnou s trvalými konstrukcemi a založenou na stejných principech, aby bylo zajištěno efektivní přenesení zatížení do nosného prvku a minimalizováno riziko poruchy. Spojovací a kotevní prvky hrají zásadní roli při zajištění stability a přenosu zatížení z dočasných konstrukčních sestav do stávajících nosných konstrukcí.

Kombinací standardního vnějšího bednicího závitu 15 mm se šroubem do betonu HUS4 velikosti 16 ve dvou různých délkách nabízí nová varianta spojovacího prvku HUS4-DW projektantům a zhotovitelům řešení pro kotvení různých sestav dočasných konstrukcí s velkým odsazením mezi podkladem a kotveným prvkem, jako jsou lešení, bednění, podpěrné konstrukce a další aplikace, například bezpečnostní zábradlí. Díky ETA certifikátu pro jednorázové použití a národnímu schválení DIBt (aBG) pro vícenásobné použití v nevyzrálém i plně vyzrálém betonu je typ HUS4-DW integrován do softwaru PROFIS Engineering, což umožňuje projektantům i zhotovitelům navrhovat různé sestavy dočasných konstrukcí.

Chcete-li začít navrhovat, navštivte https://profisengineering.hilti.com/

VIDEO S POUŽITÍM HUS4-DW

PORTFOLIO HUS4-DW