Spřahování ocelobetonových konstrukcí

• Foto

Vytvoření spřaženého ocelového nosníku s betonovou deskou má za důsledek zvýšení únosnosti stropní konstrukce. Dochází ke spojení dvou materiálů, které se vzájemně doplňují – ocel je vynikající v tahu a beton zase v tlaku, a vzhledem k poměru ceny oceli k betonu tak spolu vytvářejí nákladově velmi úspornou konstrukci. Na druhou stranu je známé, že spřažení současně zvyšuje náročnost na provedení této konstrukce. Spřahovací prvky X-HVB od firmy Hilti tento problém technologické náročnosti významně řeší.

Spolupůsobení mezi ocelovými stropními nosníky a betonovou deskou je možné dosáhnout pomocí spřahovacích prvků X-HVB. Spřahovací prvek X-HVB se jednoduše připevní k pásnici nosníku dvěma hřeby X-ENP-21 HVB pomocí vsazovacího přístroje DX 76. Bez velkých investic do technologie může takto provést spřažení ocelobetonového nosníku i firma, která dosud neměla zkušenosti s realizací této konstrukce. Vsazovacím přístrojem DX 76 je také možné aplikovat samostatné hřeby, které mohou sloužit k fixaci trapézových plechů k ocelovým či betonovým prvkům, nebo závitové hřeby pro uchycení jiných prvků k oceli a betonu atd.

Prvky X-HVB jsou vyrobeny z plechu tloušťky 2 nebo 2,5 mm s mezí pevnosti 270 až 350 MPa. Povrch X-HVB je pozinkován vrstvou 8 až 16 µm. Vyrábějí se v různé velikosti (obr. 3). Číslo v označení prvku X-HVB odpovídá jeho výšce. Jak již bylo řečeno, k pásnici ocelového nosníku se pomocí vsazovacího přístroje připevní spřahovací prvek X-HVB dvěma hřeby s označením X-ENP-21 HVB. Aplikovat hřeby X-ENP-21 HVB lze i přes plech, takže je možné X-HVB použít také ve spojení s trapézovými plechy (obr. 1, 2, 4). Maximální tloušťka plechu může být 1,25 mm. Při použití plechů ve více vrstvách (v místě překrytí plechů) lze aplikovat hřeby i přes 2 × 1,0 mm nebo 4 × 0,75 mm tlusté plechy. Naopak pásnice nosníku, do které se hřeby vsazují, musí mít tloušťku min. 8 mm (obr. 4). Tloušťka pásnice i několik centimetrů není obvykle překážkou. Při aplikaci X-HVB nedochází k tepelnému namáhání okolního materiálu. Tato skutečnost umožňuje aplikovat X-HVB v blízkosti např. dřevěných konstrukcí bez požárního rizika. Zároveň nedochází k poškození povrchových ochranných vrstev na nosníku či plechu. Přímá montáž je dokonce vhodné řešení na stavbách, kde je zakázáno svařování.

K dalším výhodám této technologie patří nezávislost na vnější energii. Energie potřebná pro vsazení hřebů do pásnice nosníku je uložena v nábojce se střelným prachem. Z výše uvedeného vyplývá, že lze aplikovat X-HVB i u starších, relativně nesvařitelných nosníků. Nabízí se tím například rychlá a levná rekonstrukce letitých
stropů s mělkou klenbou mezi I nosníky, či stropů s Hurdiskami. Postup není složitý. Odstraní se čisté podlahy až na horní pásnice nosníků, následuje aplikace X-HVB a pokračuje se betonáží tenké železobetonové desky. Hurdisky či klenba v takovém případě fungují jako ztracené bednění pro novou železobetonovou desku. Dodejme, že deska zvýší únosnost mezi nosníky, spřažení vede ke zvýšení únosnosti nosníků. Spřažení konstrukce jako takové však vede i k vylepšení průhybu konstrukce. Podle doporučení současně platných norem a v případě jejich následování je možné pomocí spřažené konstrukce navrhnout ekonomicky efektivnější konstrukci s vyšší únosností (spřažením je možné dosáhnout nižších nosných profilů pří stejné únosnosti jako u nespřažených konstrukcí, obdobně to platí i pří problémech s průhybem).

Otázka použití spřahovacích prvků X-HVB pro primární či sekundární nosníky je vyřešena tak, že základnu těchto prvků lze orientovat jak rovnoběžně s osou nosníku, tak i kolmo na osu nosníku, aniž by se změnila jejich návrhová únosnost. Tento fakt vyplývá z vysoké pevnosti spoje mezi hřebem a pásnicí, protože hřeb X-ENP-21 HVB při vysoké rychlosti vniknutí svaří svůj plášť s ocelovou konstrukcí. Vlastní prvek X-HVB se nemůže „položit“ (momentový efekt je eliminován okolním betonem) a rozhodujícím pro únosnost je smyková pevnost prvku HVB u jeho základny, resp. smyková únosnost dvojice hřebů X-ENP-21 HVB.

Z hlediska bezpečnosti vsazování hřebů lze obecně říci, že většina vsazovacích přístrojů, se kterými je možno se setkat na trhu, funguje na následujícím principu: Energie nábojky uvede do pohybu vnitřní píst a teprve tento píst vytlačuje hřeb z osazovacího přístroje. Hřeb je tím pádem vlastně zatloukán a to podstatně menší rychlostí než kdyby byl vystřelen z pistole přímo, jak tomu bylo v minulosti. Toto opatření zajišťuje vysokou bezpečnost při provádění.

Základem pro statický návrh je charakteristická smyková únosnost PRk, která se určí protlačovací zkouškou. Pro X-HVB 50 je rovna hodnotě 23 kN; pro X-HVB 80 je P_Rk = 28 kN a pro ostatní prvky X-HVB je P_Rk = 35 kN. Spřahovací prvky X-HVB byly odzkoušeny v celé řadě zemí. V České republice byly provedeny jak protlačovací, tak i nosníkové zkoušky v souladu s EC4 na katedře ocelových konstrukcí Fakulty stavební ČVUT.

Spřahovací prvek X-HVB patří do skupiny částečně poddajných spřahovacích prvků, a proto lze v rámci plastického návrhu (EC4) realizovat nosník jako částečně spřažený. Při návrhu je tedy možné rozhodnout, zda bude rozložení spřahovacích prvků po délce nosníku rovnoměrné nebo ne. Je vhodné zvážit tuto možnost a to z důvodu vyvarování se zbytečných omylů a nejasností v čase montáže. Při návrhu je možné pomoci konstrukci různým způsobem. Např. dočasné podepření nosníku během zpracování betonu přináší další zmenšení výšky nosníku a zároveň zmenšení počtu X-HVB. To vede k další úspoře ceny nosné konstrukce. V současné době je zdarma dostupný software BDES, který Vám podle aktuálně platného eurokódu EC4 pomůže navrhnout velmi jednoduše spřaženou konstrukci. Návrhový software je možné stáhnout na www.hilti.cz v sekci Technické poradenství.

Od roku 1993, kdy byly v České republice použity poprvé, jsou spřahovací prvky X-HVB aplikovány s úspěchem na stovkách staveb.

Coupling of Reinforced-Concrete Structures
The Hilti company has been at the world construction market for decades. As early as 1941, the Martin Hilti’s company patented a safe technique of embedding steel nails into steel. Later on, engineers of the Hilit company picked up on this patent and developed a unit for coupling of a composite – reinforced-concrete structure – slide connector X-HVB.

Autoři

• Ing. Jonáš Jan
• Ing. Kubicová Zuzana