Detaily podlahových konštrukcií v styku s obvodovou konštrukciou v priemyselných prevádzkach

• Foto

ÚVOD DO PROBLEMATIKY

Priemyselné budovy halového typu sú v mnohých prípadoch realizované ako veľkopriestorové. Správny návrh ich podlahových konštrukcii vo väzbe k ostatným nosným konštrukciám nadobúda čoraz väčší význam. Aj keď navonok podlahové konštrukcie vystupujú ako nenosné prvky v budove, v čase jej užívania sú tieto konštrukcie vo väčšine prípadov najviac namáhanou časťou stavby. Preto je dôležité venovať náležitú pozornosť ich správnemu návrhu, konštrukčnému riešeniu vo väzbe k ostatným stavebným konštrukciám a v neposlednom rade správnej technológii pri ich realizácii.

PODLAHOVÉ KONŠTRUKCIE V PRIEMYSLE

Návrh podlahových konštrukcií v priemyselných prevádzkach vo väzbe k iným nosným konštrukciám je ovplyvnený celým radom vstupných parametrov z hľadiska statiky, stavebnej hydroizolačnej techniky, protiradónových opatrení a v neposlednom rade z hľadiska stavebnej tepelnej techniky. Rešpektovanie špecifických požiadaviek jednotlivých vedných disciplín musí v teórii konštrukčnej tvorby budov predstavovať symbiózu vyjadrujúcu optimálne riešenie. Konštrukčné riešenie priemyselných podlahových konštrukcií je ovplyvnené viacerými faktormi. Prvým kritériom pri správnom výbere podlahovej konštrukcie je poznanie druhu výroby budúcej výrobnej priemyselnej budovy. Je zrejmé, že budovy tohto typu sa navzájom líšia typom výrobnej prevádzky a s ním súvisiacimi parametrami vnútorného pracovného prostredia. V súčasnosti technická prax často používa všeobecné delenie výrobných priemyselných budov, ktoré sa odlišujú kvalitatívnymi a kvantitatívnymi stránkami, veľkosťou ako aj konštrukčnou tvorbou [1]:

a) výrobné budovy pre ľahký priemysel,
b) výrobné budovy pre stredne ťažký priemysel,
c) výrobné budovy pre ťažký priemysel,
d) výrobné budovy pre priemysel špeciálny (napríklad chemický).

Ďalšími kritériami ovplyvňujúcimi správny výber podlahovej konštrukcie sú mechanické a dynamické namáhania, odolnosť proti šmyku a schopnosť odvádzať elektrostatický náboj, chemické namáhania, požiadavky na vnútorné pracovné prostredie priemyselných budov, požiadavky z hľadiska stavebnej fyziky, stavebnej hydroizolačnej techniky, statiky, protiradónovej ochrany a požiarnej bezpečnosti, požadovaný čas realizácie a uvedenia podlahy ako celku do prevádzky.

Podlahové konštrukcie výrobných budov na rastlom teréne

Pri tvorbe podlahových konštrukcií na rastlom teréne vo väzbe k zvislým nosným konštrukciám a základom, z hľadiska optimalizácie vnútorného pracovného prostredia a energetických kritérií, sa zohľadňujú vonkajšie a vnútorné vplyvy.

Medzi najdôležitejšie vonkajšie vplyvy možno zaradiť teplotu vonkajšieho vzduchu θ_ae (°C), intenzitu slnečného žiarenia I (W / m²), prúdenie vonkajšieho vzduchu (rýchlosť prúdenia vzduchu v_a (m/s) a smer prúdenia vzduchu), vplyv farebnosti a štruktúry zemského povrchu – vplyv na povrchové teploty a relatívna vlhkosť vonkajšieho vzduchu φ_e (%). Najdôležitejším činiteľom, ktorý vplýva na tepelnotechnický režim podlahových konštrukcií vo väzbe k obvodovým konštrukciám a základom je teplota vonkajšieho vzduchu v letnom a zimnom období. Kolísanie teploty vonkajšieho vzduchu θ_ae (°C) v priebehu jedného dňa, resp. v priebehu jedného roka, má približne pravidelný kolísajúci charakter s charakteristickou amplitúdou kolísania teplôt a ich maximálnou a minimálnou hodnotou.

Medzi najdôležitejšie vnútorné vplyvy možno zaradiť teplotu vnútorného vzduchu θ_ai (°C), sálanie okolitých povrchov (závisí od druhu prevádzky), relatívna vlhkosť vnútorného vzduchu φ_i (%) a pohyb vnútorného vzduchu.

Pri návrhu stavebných konštrukcií a priestorov určených stavom vnútorného prostredia všetkých typov budov sa z hľadiska stavebnej tepelnej techniky požadujú v zmysle platných normatívnych predpisov štyri základné kritéria: 

1. minimálna hodnota tepelného odporu R, alebo maximálna hodnota súčiniteľa prechodu tepla U,
2. vnútorná povrchová teplota obalových konštrukcií vyššia ako je kritická teplota pre rast plesní,
3. požadovaná výmena vzduchu vyššia ako je odporúčaná pre daný druh činnosti,
4. potreba tepla alebo energie na vykurovanie.

Jedným z nich je hygienické kritérium, ktoré hovorí, aby teplota na vnútornom povrchu θ_si (°C) bola väčšia, nanajvýš rovná kritickej povrchovej teplote pre rast plesní stanovenej pri 80 % relatívnej vlhkosti vzduchu v tesnej blízkosti vnútorného povrchu stavebnej konštrukcie. Uvažuje sa teplota vnútorného vzduchu θ_ai (°C) a relatívna vlhkosť vnútorného vzduchu φ_i (%) so zarátaním bezpečnostnej prirážky Δθ_si (°C), ktorá zohľadňuje spôsob vykurovania a užívania budovy.

θ_si ≥ θ_si,N = θ_si,80 + Δθ_si (°C)

Ďalším dôležitým kritériom pri návrhu podlahových konštrukcií je kritérium minimálnych tepelnoizolačných vlastností stavebných konštrukcií. Podlahové konštrukcie v novostavbách by mali byť navrhnuté tak, aby hodnota ich súčiniteľa prechodu tepla U (W / (m².K)) bola menšia nanajvýš rovná normovej hodnote súčiniteľa prechodu tepla U_N = 0,40 W/(m².K) do vzdialenosti dvoch metrov od vnútorného povrchu vonkajšej obvodovej steny.

Pri návrhu podlahových konštrukcií na rastlom teréne vo väzbe k ostatným nosným konštrukciám sú dôležité dve požiadavky:

a) hygienická požiadavka (na vnútornom povrchu stavebnej konštrukcie nesmie kondenzovať vodná para),
b) ekonomická požiadavka (podlahové konštrukcie na rastlom teréne vrátane obalových konštrukcií by sa mali svojimi fyzikálno-technickými vlastnosťami zúčastňovať na komplexnej energetickej efektívnosti budovy).

Ako príklad sa uvádza návrh podlahovej konštrukcie na rastlom teréne vo väzbe k obvodovej konštrukcii (obvodový plášť z keramických tvaroviek a ľahký obvodový plášť) obr. 1, a obr. 2 v priemyselnej budove halového typu s vnútornými ziskami nižšími ako 25 W/m³ [4]. Takto navrhnuté konštrukčné detaily by mali spĺňať normové požiadavky na minimálnu teplotu vnútorného povrchu stavebnej konštrukcie pri presne stanovených okrajových podmienkach, zároveň požiadavku, aby nedochádzalo ku kondenzácii vodnej pary na vnútornom povrchu konštrukcie a pod.

Ako príklad tiež možno uviesť konštrukčné riešenie (navrhnuté projektantom stavby) detailu styku základu, obvodového plášťa a podlahy na rastlom teréne (obr. 3) vo výrobnej priemyselnej budove halového typu (pôdorysných rozmerov 72 × 36 m), ktorá je situovaná v 3. teplotnej oblasti s vonkajšou výpočtovou teplotou θ_e = –15 °C. Priemysel v budove je zameraný na výrobu elektrotechnických súčiastok + drobná kovovýroba (ľahký priemysel), kde sa uvažuje s vnútornou výpočtovou teplotou θ_i = 18 °C a relatívnou vlhkosťou φ_i = 60 %. Predpokladá sa, že daná budova nebude vykazovať vnútorné zisky väčšie ako 25 W/m³. Referenčná budova má navrhnutý skeletový konštrukčný systém. Základové konštrukcie tvoria základové pätky pod oceľovými stĺpmi a základové pásy pod ľahkým obvodovým plášťom. V rámci grantového výskumného projektu „Hodnotenie tepelných, vlhkostných a svetelných podmienok výrobných priemyselných budov“ bolo realizované experimentálne testovacie meranie (vo vnútornom pracovnom a vonkajšom prostredí ako aj v podloží budovy).

Úlohou bolo posúdiť konštrukčný detail styku základu, obvodového plášťa a podlahy na rastlom teréne v priemyselnej výrobnej budove halového typu (obr. 3). Vychádzalo sa z okrajových podmienok stanovených podľa STN 73 0540 (θ_e = –15 °C, φ_e = 84 %), STN EN 12 831 (θ_i = 18 °C, φ_i = 60 %) a z teoretického predpokladu teploty zeminy v hĺbke 3 m pod úrovňou priľahlého terénu (θ_z = 5 °C). Navrhnutý konštrukčný detail bol posúdený výpočtovým programom AREA 2002. Pri takto zadaných okrajových podmienkach bola vypočítaná teplota na vnútornom povrchu v mieste styku základu, obvodového plášťa a podlahy na rastlom teréne θ_si = 11,12 °C, t.j. nie je splnené hygienické kritérium.

Pre presnejšie modelovanie daného detailu slúžili merania (in situ) v priemyselnej budove halového typu. Na základe týchto meraní bol posúdený ten istý konštrukčný detail (pri nameraných okrajových podmienkach). Merania sa uskutočnili v mesiaci – marec 2007, z čoho bolo zvolené najnepriaznivejšie týždenné meranie v čase od 12. 3. 2007 do 18. 3. 2007. V rámci toho boli merané teploty vnútorného a vonkajšieho vzduchu pomocou 2 snímačov, teploty zeminy v hĺbke 3 m pod úrovňou priľahlého terénu vo vzdialenosti 1 m od základovej konštrukcie (vonkajšia sonda) pomocou snímača Ntc v nerezovej rúrke ∅ 12 mm a teploty na vnútornom povrchu podlahovej konštrukcie v tesnej blízkosti s obvodovou konštrukciou, vo vzdialenosti 1 m a 2 m od obvodovej konštrukcie a v strede priemyselnej budovy halového typu. Pre názornosť a bližšie porovnanie sú uvedené teplotné priebehy (povrchové teploty θ_si, teploty vnútorného a vonkajšieho vzduchu a teploty zeminy v hĺbke 3 m) na začiatku pracovného týždňa (graf č. 1), v strede (graf č. 2) a na konci pracovného týždňa (graf č. 3).

Z jednotlivých meraní boli zvolené teplotné priebehy namerané v strede pracovného týždňa (14. 3. 2007) o 6. hodine ráno ako vstupné okrajové podmienky pre výpočet povrchových teplôt v konštrukčnom detaile styku základu, obvod. plášťa a podlahy na rastlom teréne: teplota vnútorného vzduchu θ_ai = 13,80 °C, relatívna vlhkosť vnútorného vzduchu φ_i = 82,3 %, teplota vonkajšieho vzduchu θ_ae = 1,90 °C, relatívna vlhkosť vonkajšieho vzduchu φ_e = 100 % a teplota zeminy v 3 m hĺbke θ_z = 10,23 °C. Jednotlivé číselné hodnoty teplôt na vnútornom povrchu je možné vzájomne porovnať (tab. 1), pričom minimálna požadovaná teplota na vnútornom povrchu podlahovej konštrukcie je θ_si = 14 °C [2], [3].

Na základe vypočítaných hodnôt je možné konštatovať, že takto navrhnutý konštrukčný detail je z hľadiska tepelnej techniky poddimenzovaný. Príčinu je možné hľadať nielen v malej hrúbke prídavnej zvislej tepelnej izolácie základovej konštrukcie, ale taktiež v polohe ľahkého obvodového plášťa v konštrukčnom detaile. Pri realizácii priemyselnej výrobnej budovy halového typu sa tieto nedostatky ešte znásobili nesprávnou realizáciou konštrukčného detailu a nedodržaním zásad s cieľom vytvárania zdravotne nezávadného prostredia pre užívateľa budovy, zabránenia vzniku kondenzácie vodných pár na povrchu a vo vnútri stavebných konštrukcií a zabezpečenia hospodárneho využívania energie na vykurovanie budovy pri dodržiavaní požadovanej tepelnej pohody. Zároveň výsledné hodnoty teplôt (tab. 1) na vnútornom povrchu podlahovej konštrukcie poukazujú na to, že hodnoty namerané sú ešte nižšie ako vypočítané hodnoty povrchových teplôt. Príčinu je možné hľadať práve v chybnej realizácii a nedodržaní aspoň uvedeného projektového návrhu konštrukčného detailu styku základu, obvodového plášťa a podlahy na rastlom teréne v priemyselnej výrobnej budove halového typu.

Dnešné výrobné technológie ponúkajú veľké množstvo stavebných materiálov, kde správnym výberom jednotlivých materiálov a správnym návrhom skladieb podlahových konštrukcií, pri rešpektovaní normatívnych požiadaviek, je možné dosiahnuť vysoko-estetické a zdravé vnútorné pracovné prostredie priemyselných výrobných budov. Práve návrh takýchto budov sa stáva prestížnou záležitosťou mnohých projekčných kancelárií.

ZÁVER

Podlahové konštrukcie v priemyselných budovách tvoria dôležitý architektonický prvok, ktorý slúži k skvalitneniu povrchu vodorovných konštrukcií. Návrh a realizácia podlahových konštrukcií vo väzbe k iným nosným stavebným konštrukciám si vyžaduje náležitú pozornosť tak, aby pri optimálnej ekonomickej náročnosti boli zabezpečené normatívne požiadavky a zároveň vhodné vnútorné pracovné podmienky. V súčasnosti sa do popredia dostávajú stupňujúce sa požiadavky na kvalitu pracovného prostredia. Správnym výberom stavebných materiálov a ich zakomponovaním do skladby podlahovej konštrukcie je možné vytvoriť estetický návrh vnútorného pracovného prostredia priemyselných budov.

Tento príspevok vznikol pri riešení grantového projektu VEGA 1/0835/14.

LITERATÚRA:
[1] Katunský, D.: Priemyselné halové objekty. Vývoj konštrukcií a funkčné požiadavky. TU – Stavebná fakulta, Košice 2003, ISBN 80-8073-001-6.
[2] Rusnák, A., Sedláková, A.: Podlahové konštrukcie v priemyselných budovách, In: Materiály pro stavbu 5/2007, str. 42–46, ISSN 1213-0311.
[3] Rusnák, A., Sedláková, A.: Kvalita a funkčnosť priemyselných podlahových konštrukcií ovplyvnená konštrukčnou tvorbou a technológiou výroby / Andrej Rusnák, Anna Sedláková – 2007. In: Podlahy 2007. – Praha: Betonconsult, 2007 P. 99-104. – ISBN 9788025401446
[4] Rusnák, A., Katunský, D.: Podlahové konštrukcie v priemyselných budovách halového typu / Andrej Rusnák, Dušan Katunský – 2009. In: Materiály pro stavbu. Vol. 15, no. 2 (2009), p. 36–37. – ISSN 1213-0311

Details of Floor Structures in Contact with the Peripheral Structure of Industrial Plants
When using industrial production buildings, floor structures are mostly the most stressed elements of the building. Their quality and functionality is influenced by respecting
the requirements for stability and load-bearing capacity in relation to load-bearing structures, physical and technical as well as other requirements, such as the quality of producing the details of the structure.

Autoři

• prof. Ing. Katunský Dušan CSc.
• Ing. Rusnák Andrej