Svaz českých a moravských bytových družstev

Absence seismického zatížení při návrhu jednotlivých konstrukčních soustav panelových budov je vada, která značně snižuje statickou bezpečnost nosných konstrukcí. Při návrhu sanace panelových domů je tedy nutné o tomto zatížení uvažovat.

 

Nosné konstrukce panelových budov přinesly v době svého vzniku novou kvalitu do konstruování pozemních staveb. Nedostatečné znalosti o chování nosné konstrukce, podcenění vzájemného spolupůsobení jednotlivých dílců, nahrazení prostorového působení nosné konstrukce zjednodušujícími modely, které nedostatečně vystihovaly její skutečné chování, podcenění řady závažných zatěžovacích účinků (objemové změny, mimořádné zatěžovací účinky) a nedostatky při výrobě a montáži i následné údržbě jsou již desítky let příčinou vad a následně poruch nosných konstrukcí. Z hlediska požadavků na mechanickou odolnost a stabilitu lze u starších stavebních soustav panelových budov realizovaných do roku 1972 za hlavní vady považovat např.: * nedostatečnou nebo žádnou věncovou podélnou výztuž s dopadem na únosnost a tuhost svislých styků stěn, * chybějící příčnou výztuž v patě stěnových

            dílců, * nesprávně navržené styky mezi obvodovým pláštěm a vnitřní konstrukcí s ohledem na objemové změny.

Nosná konstrukce jednotlivých stavebních soustav byla navrhována pro “běžné” zatěžovací účinky - zatížení vlastní hmotností, konstrukcemi kompletačními, užitným zatížením a zatížením větrem. “Nesilové” zatěžovací účinky byly postupně zaváděny do výpočtu až u tzv. nových konstrukčních soustav.

            Při návrhu nosné konstrukce nebylo u žádné stavební soustavy uvažováno o zatížení přírodní seismicitou, která může být příčinou nejen poruch, ale i zřícení budov.

 

Posuzované stavební soustavy

 

Na základě analýzy namáhání a únosnosti nosné konstrukce a příslušných konstrukčních úprav lze předejít vzniku závažných poruch.

Pro posouzení účinku přírodní seismicity byly vybrány panelové budovy postavené v letech 1957 - 70, tzn. s řadou projektových i dalších vad, případně i poruch a tudíž s malou únosností styků.

            Zároveň byly vybrány stavební soustavy v oblasti současného největšího výskytu seismického zatížení a soustředěné bytové výstavby - zejména na Ostravsku.

            Řadové sekce stavební soustavy G 57 byly realizovány na Ostravsku v několika variantách.

Nosnou konstrukci tvoří příčné stěny vzájemně vzdálené 3,6 m, u posuzovaného objektu tloušťky 200 mm struskopemzobetonové (u vyšší zástavby železobetonové), doplněné podélnou stěnou u schodiště. Stropní konstrukce je ze železobetonových dílců tloušťky 100 mm. Hloubka řadové sekce 11,2 m, délka řadové sekce 5 x 3,6 m, výška posuzované budovy 7+1 podlaží (monolitický suterén); konstrukční výška podlaží 2,85 m.

            Další posuzovaná stavební soustava T 06 B má obdobnou konstrukci - příčné stěny v modulu 3,6 m tloušťky 140 mm železobetonové, doplněné též pouze jednou podélnou stěnou u schodiště. Stropní konstrukce je ze železobetonových plných stropních dílců tloušťky 120 mm. Celková délka řadové sekce 5 x 3,6 m, hloubka sekce včetně obvodového pláště 12,6 m, obvodové parapetní dílce jsou ze struskopemzobetonu tloušťky 220 mm, výška posuzovaných řadových sekcí osm podlaží bez suterénu, konstrukční výška 2,80 m.

 

Seismické zatížení

 

Seismická oblast s intenzitou 7°MSK-64 (největší v České republice) je od roku 1992 na severovýchodní Moravě - viz ČSN 730036, změna 2. Budovy postavené před touto změnou normy nebyly na tento účinek navrženy a dochází u nich tedy ke značnému snížení statické bezpečnosti.

            Vodorovné seismické síly působící na konstrukci byly stanoveny dle v závislosti na hmotnosti konstrukce i dalšího stálého, nahodilého dlouhodobého i redukovaného krátkodobého zatížení a na vodorovném zrychlení základů. Zatížení působí na budovu ze dvou sekcí v podélném směru. Záměrně byly vybrány budovy s malou tuhostí v podélném směru.

            Odezva konstrukce je ovlivněna dynamickým chováním konstrukce, stanoveným na základě vlastních kmitů (zpravidla první tvar vlastních kmitů). Výsledné síly jsou ještě korigovány základovými podmínkami a útlumem konstrukce. Tento zjednodušený způsob výpočtu dle je vhodný pro tuhé konstrukce (stěnové konstrukční systémy), kdy nedochází k pootočení základů a jedná se o oblasti s malým seismickým zatížením.

            Pro další výpočet posuzovaných budov byla uvažována intenzita zemětřesení 6° a 7°MSK-64; základní seismický součinitel K = 0,01 a 0,02; dynamický součinitel rozmezí 1,3 - 1,6; součinitel útlumu konstrukce = 1,0 a součinitel základové půdy z = 1,0.

 

Zatížení větrem

 

Dle ČSN 730035/86 Zatížení stavebních konstrukcí je v oblasti uvažované soustředěné bytové zástavby větrová oblast III. V dalším výpočtu bylo uvažováno základní zatížení větrem wo = 0,45 kN/m2, terén typu A, tvarový součinitel 1,40, součinitel dle výškových pásem a součinitel zatížení 1,20. Zatížení působí na budovy sestavené vždy ze dvou sekcí v podélném směru.

 

Svislé zatížení

 

Zatížení vlastní hmotností nosné konstrukce, hmotností kompletačních konstrukcí a užitným zatížením jsou pro kombinaci se zatížením větrem zaváděna se součiniteli zatížení > 1,0. Pro kombinaci se seismickým zatížením jsou součinitelé zatížení 1,0 a redukované užitné zatížení.

 

Posouzení nosné konstrukce

 

Porovnání statické bezpečnosti nosné konstrukce je provedeno pro “původní” navrženou kombinaci zatížení, tj. zatížení větrem v podélném směru budovy a svislé zatížení pro “novou” kombinaci zatížení - seismické zatížení působící též v podélném směru budovy a svislé zatížení .

Výsledky výpočtu vnitřních sil a napětí v konstrukci jsou uvedeny vždy pro budovy stavební soustavy G 57 a T 06 B sestavené ze dvou sekcí a pro přehlednost pouze na úrovni patní spáry montované konstrukce, či v úrovni 2. podlaží.

 

Porovnání výsledků výpočtů a jejich závažnost

 

Při kombinaci zatížení 1 (zatížení větrem v podélném směru a zatížení svislé) není překročena mezní únosnost stěnových dílců nebo vodorovných styků stěna-strop-stěna v tlaku u žádné posuzované stavební soustavy.

            Není překročena ani mezní únosnost svislých styků - výjimkou je svislý styk mezi podélnou a příčnou stěnou soustavy G 57.

            Při kombinaci zatížení 2 (seismické zatížení a zatížení svislé) se normálové síly zvýšily ve srovnání s kombinací zatížení 1) u soustavy G 57 o 53 %, u soustavy T 06 B o 63 %, ale nepřekračují mezní únosnost dílců v tlaku.

V podélné stěně u T 06 B dochází k tahu až 1,03 MPa.

            Smykové síly se zvýšily oproti kombinaci 1 u soustavy G 57 2,1x, dále u soustavy T 06 B 2,71x, tudíž překročení mezní únosnosti svislého styku mezi příčnou a podélnou stěnou je 2,32 až 2,71 násobné. K překročení únosnosti by došlo i při seismickém zatížení “pouze” 6° MSK-64.

            Pro přenesení sil od seismických účinků působících v podélném směru by bylo nutné výrazně zvýšit únosnost svislých styků i nadpraží a zároveň zajistit přenesení i tahových sil v části podélné stěny. Výpočet vnitřních sil byl proveden pro konstrukci působící v lineárně pružném oboru, tj. pro konstrukci s nevyztuženými svislými styky bez oblasti nelineárně pružného chování a s nedostatečným vyztužením stropní konstrukce, tedy pro panelové konstrukce realizované do roku 1972. Vyztužené svislé styky s výraznou nelineární pružnou oblastí u novějších stavebních soustav umožňují plastické přetvoření konstrukce, aniž dojde k jejich výraznému porušení (výztuž ve stěnových dílcích spojená ve svislých stycích a zálivková výztuž ve stropní konstrukci) .

            Po dosažení únosnosti některých styků na mezi úměrnosti dochází k redistribuci vnitřních sil a následně k absorbování přetvárné energie dle velikosti plastické deformace a také vzhledem k velmi krátkému časovému působení seismického zatížení.

            Proto např. norma zavádí do výpočtu konstrukce působící v pružném oboru součinitel duktility, vystihující schopnost plastické deformace.

 

Závěr

 

Z analýzy namáhání nosných konstrukcí panelových budov a únosnosti především svislých styků mezi stěnovými dílci a nadpraží vyplývá, že účinky přírodní seismicity mohou způsobit překročení mezních únosností styků a nadpraží a vyvolat vznik jejich poruch (trhliny, výrazné snížení prostorové tuhosti), nebo dokonce způsobit zřícení budov a ohrozit životy a zdraví obyvatel. Výsledky výpočtů prokazují závažnost seismického zatížení a nutnost vícepodlažní budovy v seismické oblasti 7° (6°) MSK-64 na toto zatížení posuzovat, především stavební soustavy realizované do roku 1972. Při sanaci nosné konstrukce je nutné zesílit nevyhovující styky a nadpraží, dodatečně vyztužit stropní konstrukci, případně provést sepnutí stěn v úrovni stropů. Při posouzení se musí přihlédnout i k dalším zatěžovacím účinkům, včetně mimořádných zatížení havarijního rázu.

            Příspěvek byl zpracován za podpory prostředků z Výzkumného záměru č. 1 MSM 6840770001 “Spolehlivost, optimalizace a trvanlivost stavebních materiálů a konstrukcí”.