Geotechnické metody měření deformací velkých dřevěných objektů

Ve stavebnictví lze v současné době pozorovat větší využívání dřeva a materiálů na bázi dřeva pro nosné konstrukce a zvýšený zájem investorů a architektů o tyto konstrukce. Trend, který zřejmě bude pokračovat i v dalším období, potvrzuje jejich množství realizované v zahraničí, ale i u nás. Jedná se přitom nejen o konstrukce krovů a zastřešení objektů menších rozpětí, u nichž je používání dřeva tradiční, ale rovněž o konstrukce velkých rozpětí, složitějších geometrických tvarů, přenášející poměrně velké účinky zatížení, a konstrukce navrhované pro dopravní i speciální účely.
Dřevěné konstrukce velkých rozpětí se vyrábějí zpravidla z lepeného lamelového dřeva nebo z nových druhů materiálů na bázi dřeva jako jsou materiály z vrstveného dřeva a dýhových vrstev typu Kerto (Finsko), Micro-Lam (USA), Parallam (Kanada, USA) a Intrallam (USA). Pro určité typy nosných soustav lze však použít i rostlé dřevo obvyklých tříd pevnosti, případně v kombinaci s uvedenými materiály. V konstrukcích velkých rozpětí je nutné používat nové typy spojů s dostatečnou únosností a přijatelnými prokluzy v přípojích. Mezi tyto typy patří prutové konstrukce se spoji řešenými na principu ocelových styčníkových plechů [1]. Základním nosným prvkem je příhradový nosník (obr. 1), rám nebo oblouk (obr. 2). Chování spojů a dílčích segmentů bylo laboratorně testováno ve zkušebních zařízeních. Pro zjištění skutečného působení konstrukcí v montážních a provozních podmínkách jsou nezbytná měření s použitím geodetických metod.
Možnost využití současné nejmodernější výpočetní techniky a nového softwarového vybavení dává projektantovi nástroje, které dovolují navrhovat a modelovat velké a složité stavební konstrukce s využitím nových technologií a stavebních materiálů. Životnost stavebních konstrukcí, mimo řady dalších faktorů, ovlivňuje i geometrická přesnost jejich provedení a dlouhodobé vlivy související nejen s konsolidací základové půdy, ale rovněž s působením vnějších podmínek.

VLIV ZPĚTNÉ VAZBY
Při navrhování stavebních objektů a dimenzování stavebních konstrukcí se vychází z velkého počtu údajů určených na základě předpokladů a teoretických vlastností materiálů. Ve skutečnosti pak dochází k nejrůznějším prostorovým změnám a odchylkám oproti teoretickému chování objektů a konstrukcí. Měření prostorových vztahů a jejich dlouhodobých časových změn dává konstruktérovi zpětnou vazbu o provedení a chování stavební konstrukce v daných konkrétních podmínkách. Je třeba přitom získávat pokud možno komplexní informace o konstrukci a jejích vlastnostech, a proto se souběžně se změnami geometrie konstrukce sledují i vlastnosti prostředí (teplotní a vlhkostní pole apod.). Zobecnění poznatků o reálném chování konstrukcí přispívá k rozvoji a optimalizaci návrhových metod a konstrukčních řešení. Vzájemné prostorové vztahy prvků nosných konstrukcí lze efektivně určovat měřením geodetickými metodami.

GEODETICKÉ METODY MĚŘENÍ KONSTRUKCÍ
Cílem geodetických metod je určení prostorových geometrických vztahů prvků konstrukce a jejich přetvoření. S využitím geodetických metod lze určovat změny geometrických parametrů stavebních konstrukcí vzhledem k nezávislé vztažné soustavě. Z geodetických dat je možné vyhodnocovat stav konstrukce jako celku a postupně přecházet ze širších prostorových vztahů k relativním, což umožňuje získávat informace pro nejrůznější účely diagnostiky stavebních konstrukcí. Zásadní roli při měření stavebních konstrukcí hraje rozmístění měřických značek. Kvůli jednoznačnosti identifikace míst měření se na konstrukci umísťují cílové značky. Z měřenína nich (představují diskrétní místa na konstrukci) se usuzuje na chování celé konstrukce. Proto je třeba věnovat značnou pozornost jejich počtu a rozmístění v charakteristických místech konstrukce. Značky musí mít vhodný tvar a velikost, aby tvořily jednoznačný, dobře identifikovatelný a měřitelný cíl.
Velmi progresivní metodou určování prostorových vztahů stavebních konstrukcí a jejich změn je metoda laserového skenování objektu (tzv. laser scanning). Technologie laserového skenování systémem Cyra byla použita např. pro kontrolu prostorových vztahů střešní konstrukce více účelové haly Sazka Arena v Praze. Kromě geometrických parametrů je třeba měřit další faktory vnějšího prostředí, které ovlivňují chování konstrukcí. Zejména se jedná o teplotní, případně vlhkostní pole.

KONSTRUKCE SPORTOVNÍ HALY V BÍLOVCI
V roce 2001 byla realizována stavba sportovní haly v Bílovci. Jedná se o konstrukční soustavu velkého rozpětí vyrobenou z rostlého dřeva (obr. 3a, b). Hlavní nosné dílce tvoří trojkloubové oblouky na rozpětí 59 m. Tyto oblouky – spolu s příčnými a podélnými příhradovými ztužidly – vytvářejí prostorový nosný systém. Přípoje prutů ve styčnících jsou řešeny tenkými ocelovými plechy, vkládanými do výřezů ve dřevě, a nastřelovanými hřebíkovými spoji, montážní styky a podporové uzly jsou kolíkového typu.
Nosná konstrukce je uložena na betonové základové patky pomocí kloubových ložisek. Půdorys konstrukce je přibližně obdélníkového tvaru 60 × 30 m.
Jednou ze základních výchozích informací o stavu konstrukce po jejím smontování jsou hodnoty skutečných geometrických odchylek od projektovaného stavu. Tyto hodnoty svědčí o jakosti realizace geometrie konstrukce, resp. jakosti montážních prací. Postupem času se konstrukce dotvarovává jednak svým dosednutím, jednak působením vnějších povětrnostních podmínek, zejména vlivu extrémních teplot (zima, léto) a zatížení (vítr, sníh).

Celý nezkrácený článek s tabulkami a fotografiemi naleznete v čísle 1/2006.

Autor

• Doc. Ing. Straka Bohumil CSc.