Působení dřevěných konstrukcí v nepříznivých podmínkách (2. část)

Nekvalitní výroba a montáž se mohou výrazně projevit na celkové funkčnosti konstrukce. Kvalita výroby je důležitým faktorem především u konstrukcí z lepeného lamelového dřeva. Nedodržení předepsaných technologických postupů při výrobě může mít vážný dopad nejen na trvanlivost dřevěných prvků, ale zejména na jejich nosnou funkci.

Nepříznivé účinky nekvalitní výroby a montáže dřevěných prvků

Mezi nejčastější problémy patří použití dřeva s vyšší než předepsanou vlhkostí při výrobě průřezů, volba necertifikovaného lepidla a nedodržení pracovních postupů při lepení (nedostatečné množství naneseného lepidla na styčných plochách, nedodržení předepsaných expozičních časů pro přilnavost lepidla, případně vyvozování nižšího lisovacího tlaku).

Pokud se tyto prvky vyskytují v prostředí s kolísající vlhkostí nebo trvale vysokou vlhkostí, dochází vlivem zatížení k narušení celistvosti a homogenity průřezů a k jejich delaminaci. Dochází ke značnému snížení ohybové tuhosti průřezu, vzniku nadměrných deformací a uvolňování v místech zubových spojů lamel. Nedokonalý prvek není schopen přenášet požadované zatěžovací účinky, je-li takto postiženo větší množství prvků v konstrukci, případně pokud byl podceněn statický a konstrukční návrh, může tato porucha vést až k havarijnímu stavu.

Jako příklad kombinace výše uvedených nepříznivých vlivů na chování nosné dřevěné konstrukce byla vybrána sportovní hala realizovaná v 90. letech minulého století. Jedná se o objekt o půdorysných rozměrech 29×38,4 m se zastřešením ve tvaru pultové střechy se sklonem 3,2°. V průběhu provozování docházelo opakovaně k zatékání srážkové vody do objektu a při výměně střešní krytiny byla hala vícekrát vyplavena během opakovaných bouřek; nekvalitně vyrobené a montované prvky byly navíc vystaveny výraznému působení nadměrné vlhkosti s opakovaným vysoušením.

Odborný průzkum nosné dřevěné konstrukce zastřešení byl proveden na základě poruchy dřevěné konstrukce – prolomené vaznice, ke kterému došlo po dokončení celkových oprav haly. Průzkum prokázal velmi špatný technický stav konstrukce jako celku a havarijní stav jejích vybraných prvků.

Jako nejvážnější se ukázaly defekty střešních vaznic. U jedné vaznice došlo k úplné destrukci prolomením (Obr. 7), u několika dalších vaznic se projevily nejen výrazné průhybové deformace, ale příznaky možného lomu obdobného typu jako u porušené vaznice. Bylo zjištěno, že se porušují zubové lepené spoje lamel v dolní tažené oblasti průřezu (lamely se ve styku vysunují ve vodorovném směru). Lepené spoje lamel nesplňovaly požadavky bezpečné únosnosti. Některé vaznice byly již dříve dodatečně sanovány s použitím mechanických spojů vruty (Obr. 7, 8).

Toto opatření nebylo u některých vaznic provedeno v celé navrhované délce vaznice a zejména ne u podpor vaznic opatřených zářezem, kde z důvodu zářezu vznikají tahová napětí kolmo k vláknům, která působí proti soudržnosti lamel.

Na řadě nosných prvků se vyskytovaly výrazné trhliny, jejichž rozsah neodpovídá požadavkům norem. Jednalo se zejména o výskyt v diagonálních prutech vazníků a dolních pásech vazníků v oblasti styků (Obr. 9).

Na základě provedeného průzkumu a statického výpočtu bylo nutno přistoupit k realizaci úprav nosné dřevěné konstrukce, spočívajících zejména v doplnění ztužidel, doplňkových a distančních prvků pro zajištění stability základních nosných prutů; výměny, resp. zesílení vybraných střešních vaznic, sanace delaminovaných prutů vazníků a posílení vybraných montážních spojů.

Důsledek nedodržení pracovního postupu při výrobě lepených profilů je zachycen na Obr. 10. Vada může vést až ke kompletní delaminaci lepených spár. Sanace takto postižených prvků je přinejmenším obtížná, jelikož se jedná o systémové selhání výroby a spoj je nespolehlivý v celé šíři a délce lepené spáry.

Nepříznivé účinky vnějšího prostředí – uložení konstrukce na spodní stavbu a základy

Při osazení dřevěných prvků na základové konstrukce ve vnějším prostředí je třeba velmi pečlivě uvážit konstrukční a materiálové řešení podporového detailu. Dřevěné prvky a jejich přípoje bývají, v souvislosti s přenosem akcí konstrukce do základu, zpravidla silně namáhány. V místě uložení je třeba počítat se zvýšenou vlhkostí – jak zemní v základových konstrukcích, tak i vlhkostí od přímé nebo rozstřikující se srážkové vody. Pro minimalizaci nepříznivého vlivu vlhkosti (zejména napadení dřeva plísní, houbami, případně hmyzem) na podporový detail je nezbytné zajistit odtok vody od kotvení a umožnit rychlé vyschnutí prvků od srážkové vody.

V průmyslové zóně v blízkosti Brna se nachází jednolodní hala s nosnou dřevěnou konstrukcí, pocházející přibližně z let 1940 až 1942 (Obr. 11). V průběhu provozu se měnilo využití – objekt nejprve sloužil jako kotelna pro vytápění průmyslového areálu, později jako kuchyně s jídelnou a v současnosti jako skladovací hala. V této souvislosti byly prováděny jeho dílčí stavebně-konstrukční změny. Nosná konstrukce hlavní lodi a opláštění jejích stěn jsou ovšem v původním stavu, prováděnými stavebně-konstrukčními úpravami byly dotčeny v minimální míře.

Délka haly je 60 m, loď má světlou šířku 22,75 m. Střecha je sedlová s valbami. Nosná dřevěná konstrukce je tvořena hlavními příhradovými rámy osazenými v osových vzdálenostech 5 m, které sestávají ze střešní části – příhradové příčle sedlového tvaru se sklonem 22° a příhradových sloupů proměnné výšky, dále příhradovými nosníky a sloupy ve valbových sekcích, vaznicemi, ztužidly a střešním pláštěm. Jednotlivé pruty příhradových rámů jsou provedeny z řeziva obdélníkového průřezu, a to jako pruty celistvé nebo dvojice prutů celistvých, případně členěných. V dolní části jsou příhradové sloupy kotveny prostřednictvím ocelových botek a svorníků (šroubů) na betonové základové patky (Obr. 12). Kotvení stojek je provedeno až na výjimky nad úrovní upraveného terénu u objektu (Obr. 13).

Nosná dřevěná konstrukce je i po téměř 80letém provozování v dobrém technickém stavu. Odbornou prohlídkou byl zaznamenán pouze malý rozsah poškození dřevěných prvků, a to především lokálně hnilobou v místech zatékání střechou a v oblasti kotvení sloupů.
Podporový detail (Obr. 12) je řešen pomocí kotevních profilů z ocelových válcovaných prvků U a kotevních šroubů. Betonové patky jsou ve většině případů nad úrovní upraveného terénu. Opláštění je původní prkenné, jednotlivá prkna jsou osazována s překrytím. Původní konstrukční řešení splňuje hlavní konstrukční zásady – kotvení nad úrovní terénu, opláštění umožňuje vysychání dřevěných prvků.

Většina podporových patek je ve vyhovujícím technickém stavu. Problémy s poškozením dřevěných prvků byly zaznamenány pouze v případech, kdy kotvení bylo na úrovni terénu v okolí objektu (pravděpodobně dodatečná úprava) a to pouze tam, kde je osazeno potrubí s odvodem dešťové vody ze střechy (Obr. 14). Podložení potrubí cihlami na tomto obrázku ukazuje, že vysoká vlhkost, vyvolávající degradaci dřeva, je zapříčiněna chybným odvodněním střechy se zatékáním po fasádě (sloupu).

V dalším pokračování našeho seriá­lu budeme analyzovat kombinace nepříznivých vlivů nesprávného skladování a následného napadení dřeva biotickými činiteli a nepříznivé účinky teplotně vlhkostních změn v interním prostředí.

Autoři: doc. Ing. Bohumil Straka, CSc.; Ing. Milan Šmak, Ph.D.; doc. Ing. Jan Vaněrek, Ph.D.; Ing. Michal Zajíc
Kontakty: straka@bohumil.eu; milan.smak@seznam.cz
Foto: archiv autorů