Omlazení starých průmyslových hal

Začneme od střechy

Studijní a typizační ústav v Praze dostal v minulém století vládní úkol nahradit ocelové střešní vazníky železobetonem. Tak se v roce 1962 narodil příhradový železobetonový předepnutý vazník typu SPP 6 18/6 a následně pak jeho modifikace. Níže se díváme na jeho tvar. Staré, rukou kreslené výkresy, mají svou poezii.

Současné normové předpisy stanovují návrhovou životnost průmyslových konstrukcí 50 let. Z tohoto pohledu mají tyto vazníky právo na důchod. Jejich smůlou byla skutečnost, že tehdejší živičná hydroizolace nebyla v modifikovaném provedení, kdy by se vyrovnala s tepelnými deformacemi a měla povrchovou úpravu odolnou proti UV záření. Tak záhy začalo střechou zatékat. To by až tak nemuselo vadit, kdyby byl vazník proveden tak, jak má.

Vazník byl vyroben ze tří dílů po 6 m s osazenými prostupy pro předpínací výztuž. Na stavbě byl sestaven, předepnut a na závěr měl být ve svislé poloze zainjektován. To se dost často nepovedlo, zejména v horních částech diagonál. K tomu špatná zálivka horní kotevní oblasti vytvořila houbu, která kotevní oblast zásobovala srážkovou vodou. Ta pak vtékala do kabelů v diagonále a koroze dostala zelenou. Vazníky netrpí jenom korozí, ale i nerovnoměrným napnutí jednotlivých drátů vlivem neodborného předepnutí.

Z vazníku se stala mediální hvězda poté, co v roce 2018 ve stejné lokalitě spadl již podruhé tento typ vazníku. Havárie se stala v noci ve skladu bez lidských obětí, ale poukázala na existující problém.

Autor článku se účastnil diagnostiky stovek vazníků. Pravidelně u všech nacházel stopy koroze a uvolněné dráty. Cca v 15 až 20% byl stav vazníků havarijní. Z pohledu autora článku je semidestruktivní diagnostika vazníků omezena rozsahem a pouze na dané místo sondy. Jak vyhledat vazníky v havarijním stavu, které bude třeba neodkladně řešit a jak určit ty, co ještě chvíli vydrží?

Řešení jsme nalezli v dronovém průzkumu vazníku a to v místě tzv. Achillovy paty vazníku, která se nalézá kousek pod úložnou konzolou v horním místě diagonály.

Zatímco dolní pás vazníku je vyztužen 4 kabely po 12 drátech, jsou v diagonále jen 2 kabely po 12 drátech. Při oslabení kabelů v diagonále, a to buď korozí, nebo špatným předepnutím, dojde ke koncentrování zatížení na snížený počet oslabených drátů. Dojde k protažení drátů až za mez pevnosti, předpínací výztuž tzv. „teče“. Nachází se ve své hlubokotažné oblasti za mezí pevnosti, udržuje si svou stávající únosnost na vrub své deformace. Beton a měkká výztuž již není tlačena, ale tažena, vazník na předpínací výztuži visí a vše se projeví příčnou trhlinou diagonály pod uložením. V této fázi jsme jen krůček od kolapsu vazníku.

Méně časté (a méně nebezpečné) jsou podélné trhliny souběžné s osou diagonály. Tyto trhliny jsou způsobeny korozí, vzniklé zatékáním od horní kotevní oblasti až do dolního kotvení. Korozivní zplodiny zvětšují svůj objem až 10 x, až nakonec odtrhnou minimálně betonovou krycí vrstvu.

U těchto trhlin byli pracovníci provádějící destruktivní průzkum občas osprchováni proudem vody akumulované v kabelu.

Pomocí dronu lze spolehlivě diagnostikovat trhliny v diagonále vazníku a jejich modifikace. Takto zjištěné poruchy doporučujeme neodkladně opravit.Vazníky dost často v průmyslových halách vynášejí podvěsné jeřábové drážky a rozvody inženýrských sítí.

Z našich rozborů jednoznačně plyne, že nejekonomičtější a časově nejrychlejší je oprava příhradového vazníku zesílením. Stávající staré předepnutí a kotvení se zachová v plném rozsahu. Vazník se doplní novým vnějším zesílením vedeným v těsné blízkosti prvků vazníku. Zesílení je provedeno po obou stranách vazníku bez narušení původního kotvení a to jak nahoře, tak i dole. Více viz obrázek.

I kdyby rez překousal veškerou původní předpínací výztuž, nestane se vůbec nic. Nová aktivovaná výztuž, bez deformací, převezme v plném rozsahu funkci původní. Realizovat toto zesílení lze jen za dílčího omezení provozu v hale, v průběhu několika dnů. Bez zásahů do střešní konstrukce. Dalších 50 let má zákazník pokoj.

Pokračujeme ke konzole sloupu

Konzola sloupu vynáší zpravidla nosník jeřábové dráhy. Sloup má již dlouhodobě ve svém návrhu pevnostní rezervu, neboť jeho návrh podléhá kriteriu stability. To znamená, že sloup se sám o sobě vypořádá s vyšším zatížením od nového jeřábu a většího břemene, ale slabým článkem se stává konzola sloupu. Stále přežívá představa, že konzola je ohýbaný prvek. Není. Jedná se o silně tlačenou část mezi patou a břemenem.

Způsob porušení konzoly publikoval Ing. Horáček v roce 1962. Nejprve se objevily modré trhliny I, ale jako rozhodující byla červená trhlina II. Trvalo to až do roku 1986, než se výsledky výzkumu dostali do národní normy.

Konzola je namáhána tlakem na spojnici středu zatížení od nosníku jeřábové dráhy a paty konzoly. Červení prasklina II vzniká příčným tahem kolmo na trhlinu. Pokud červená oblast (úplně vpravo), není vykryta tahovou výztuží, dochází k prasknutí konzoly. Konzola má doslova svoji Achillovu patu, neboť v průsečíku paty konzoly dochází k porušení konzoly a sloupu.

Výsledná celková únosnost konzoly je dána únosností v patě.

Od začátku prefabrikace v ½ 50. let minulého stolení až do roku 1986 byly konzoly navrhovány chybně a jsou kritickým místem většiny jeřábových hal. Snímky pocházejí z firemního výzkumu. Síla, která konzolu roztrhne a vytvoří skoro svislou trhlinu, působí kolmo na ní. Setrvačnost dřívějšího navrhování konzol má velkou setrvačnost a většina „nových“ konzol je navržena špatně.

Máme tedy halovou konstrukci navrženou před rokem 1986 s „chybně“ navrženou konzolu, která statikovi nevyhoví dle současných ČSN EN (EC). U stávající konzoly prakticky nelze zjistit původní vyztužení, ale to nevadí. Řešením je konzolu stlačit pomocí předepnutých tyčí a vytvořit si rezervu proti příčnému tahu.

Sekvence obrázků ukazuje způsob zesílení konzoly, které zahrnuje vrtání, osazení předpínacích prvků, předpínání a výsledné zesílení pod kontrolou tenzometru. Konzolu lze tímto způsobem zesílit až 10 x bez ohledu na původní vyztužení. Po zesílení je konzola trvale lehce tlačená a příčný tah je přenášen snižováním tlaku. Vše se odehrává v pružné oblasti betonu, což znamená nižší deformaci, menší opotřebení a vyšší životnost zesílené konzoly.

Víme, že sloup má pevnostní rezervu. Když je bez konzoly, je tak trochu nevyužitý. Není problém. Připneme konzolu novou. Zvládnutí této technologie předcházel firemní výzkum a vývoj za podpory dotačního titulu OP PIK – APLIKACE – VÝZVA III a výsledky prošli oponentním řízením.

Předvrtáme otvory ve sloupu a osadíme konzolu s provlečenými kotevními prvky, předepneme a je to. Takto připnutá konzola se chová stejně jako konzola monolitická. Její únosnost je dána pevností sloupu a konzoly v její  patě a také výškou konzoly.

Řešení dodatečně připnuté konzoly bylo opakovaně experimentálně ověřeno pomocí ocelové konstrukce a hydraulických pístů.

Deformace konzol a zkušebního fragmentu sloupu byla tenzometricky měřena.

Nosník jeřábové dráhy

Máme zesílenou stávající konzolu, to je fajn. Konzola vynáší původní betonový nosník jeřábové dráhy, který teď pro nové zvýšené zatížení nevyhoví. Co s tím?

Jeřábový betonový nosník je dodatečně podepřen minimálně dvojicí trasovaných předpínacích lan. Nové podpory přenesou zatížení blíže ke stávajícím podporám. Takto navržené podepření působí proti stálému zatížení, které je dáno vlastní tíhou konstrukce. Dále může vytvořit mírné nadvýšení, ale bez rezervy v překonání pevnosti betonu v tahu v horních vláknech nosníku. Tímto způsobem lze zvýšit nosnost nosníku cca 2x.

Co když nevyhoví sloup?

Týká se to zejména krajních sloupů jednolodních hal. Vlastní tíha střešní konstrukce není tak velká jako u vnitřních sloupů a to je právě kamenem problému.

Řešením je toto chybějící zatížení dodat pomocí předpínacích lan.

Princip zesílení je vidět v interakčním grafu železobetonového průřezu.

Přidání normálové tlakové síly vrací průřez do únosného prostoru.

A na závěr zbývá otázka: Co únosnost základové patky?

Každé dlouhodobé zatížení stlačuje svou vlastní tíhou své podloží. Ještě před našimi stavbami to dělala před miliony lety příroda a to zejména v období kvarténu pomocí masivních ledovců

Původní národní ČSN 731001 Zakládání staveb umožňovala ponechat patku bez úprav, pokud nárůst nového zatížení na patku nepřesáhnul 20% původního zatížení. Toto řešení z národní normy je ještě výrazně na stranu bezpečnou. Ze současné ČSN EN se toto ustanovení vytratilo, ale fyzikální jev konsolidace podloží pod stavbou vlivem stlačení zůstává.

Obecně je přitížení na základovou spáru od zesílení a případného nového jeřábu s větším břemenem velmi malé, ve srovnání s tíhou železobetonové haly.

Závěrem

Dodatečné předepnutí dává prostor pro zesílení původních železobetonových a předepnutých konstrukcí. Zvyšuje jejich užitnou funkci a prodlužuje životnost, neboť omezuje deformace.

Zároveň je ekologicky úsporné, kdy na základě malého množství ušlechtilého ocelového materiálu s využitím montážních postupů, je dosaženo velkého efektu. Dochází ke snižování objemu stavebních prací a tím i ceny.

Autor článku:
Ing. Jiří Chalabala
jednatel a majitel společnosti PEEM, spol. s r. o., Brno

Rádi se zesílením vazníků pomůžeme i vám

Neváhejte se nám ozvat přes kontaktní formulář níže na stránce. Rádi zodpovíme všechny dotazy ohledně zesílení vazníků nebo kalkulace zakázky.