Mechanické kotvení je nejběžněji používaným způsobem stabilizace střešních povlakových krytin. Důvody k použití právě tohoto systému upevnění jsou prosté: nízká ekonomická náročnost, jednoduchá montáž a možnost provádění za téměř jakýchkoli klimatických podmínek. Návrh kotevních prvků vychází z ČSN EN 1991-1-4 Zatížení konstrukcí větrem a evropského nařízení ETAG 006 Systémy mechanicky kotvených pružných střešních hydroizolačních povlaků.
ÚVOD
Návrh mechanického kotvení se v minulosti prováděl především dle zkušeností. Empirický návrh kotev vycházel z německých předpisů a bylo možné jej použít, pokud byl objekt vysoký do 20 m a nebyl vystaven extrémním větrným podmínkám. V praxi bylo zavedeno jakési pravidlo 3-4-6 ks/m2 pro nízké budovy a 3-6-9 ks/m2 pro vysoké budovy. Tyto hodnoty jsou některými realizačními firmami používány dodnes. Taktéž doporučená únosnost jednoho kotevního prvku Fdov = 0,4 kN je čistě empirická a nezahrnuje odolnost kotevního prvku ve spojení s hydroizolačním povlakem. Návrh kotevních prvků dle zkušeností či doporučení neodpovídá platným normám a vyhláškám a může být podnětem k nepřevzetí díla, dodatečnému dokotvení či dokonce havárii střechy.
VSTUPNÍ INFORMACE
Návrh kotevních prvků závisí na výpočtovém zatížení a únosnosti kotevního prvku. Na základě těchto hodnot se stanoví počet kotevních prvků potřebných ke stabilizaci povlakové krytiny. K výpočtu je nutné znát:
- Přesnou polohu objektu (adresa, GPS) k určení větrové oblasti a kategorie terénu
- Přesné rozměry střechy, nejlépe půdorys včetně zobrazení návazností na ostatní střechy případně objekty
- Skutečnou výšku střechy nad terénem včetně výšek atik, nejlépe řez se zobrazením návazností na ostatní střechy případně objekty
- Přesnou skladbu kotveného střešního pláště včetně tlouštěk s uvedením nosného podkladu a jeho stavu (beton, pórobeton, dřevo, trapézový plech), u podkladu s trapézového plechu ne nutné znát rozteč vln
- Typ hydroizolace včetně tloušťky a požadované šířky (1000, 1500, 2000 mm), požadovaný směr kladení hydroizolace, dokument ETA nebo prohlášení o vlastnostech
- Typ kotevních prvků a příslušný dokument ETA nebo prohlášení o vlastnostech
- Protokol o výtažných zkouškách dle ETAG 006 s uvedením dovolené návrhové odolnosti kotevního prvku
Názorným příkladem si ukážeme, jak se při návrhu mechanického kotvení postupuje dle současných platných norem a nařízení.
Je dána střecha tvaru a rozměrů uvedených na obrázku 1. Dle lokality spadá do II. větrové oblasti (základní rychlost větru vb,0 = 25 m/s) a nachází se v kategorii terénu II (z0 = 0,05 m, zmin = 2 m). Výška objektu nad terénem je 3,5 m.
Původní střecha měla skladbu:
- žebírkový stropní panel tl. 50 mm
- spádová betonová vrstva min tl. 30 mm
- souvrství asfaltových pásů tl. 20 mm
Nově navržené souvrství počítá se zateplením střechy EPS 100 v celkové tloušťce 160 mm, pokládkou separační textilie plošné hmotnosti 300 g/m2 a hydroizolační fólie PVC-P tl. 1,5 mm určené k mechanickému kotvení. Fólie byla zvolena v šíři 1,3 m. Dle evropského technického schválení navrhované hydroizolační fólie ve spojení s daným typem kotevních prvků, je návrhová hodnota Wadm = 0,62 kN.
Před prováděním byly zhotoveny výtažné zkoušky se šrouby do betonu průměru 6,3 mm, kdy jednotlivé výtažné síly dosahovaly hodnot okolo 2,7 – 2,9 kN a průměrná výtažná síla byla 2,76 kN. Jelikož ve výpočtové hodnotě musíme zahrnout bezpečnostní součinitel pro betonové vrstvy hodnotou 3, tak povolené zatížení na jeden kotevní prvek získáme jako podíl průměrné výtažné síly a bezpečnostního součinitele, tedy Fadm = 0,92 kN.
V ETAG 006 je uvedeno, že se pro navrhování má použít nižší z hodnot Wadm nebo Fadm. Pro návrh kotevních prvků bude tedy použita hodnota 0,62 kN.
Dle kategorie terénu, větrové oblasti, rozměrů objektu a výšky objektu získáme hodnoty maximálního zatížení působícího na střešní plášť. Výpočet vychází z ČSN EN 1991-1-4. Nejprve se určí základní rychlost větru, následně se vypočítá střední rychlost větru a intenzita turbulence větru. Na základě těchto hodnot se vypočítá maximální dynamický tlak větru qp(z). Tlak větru, který působí na střešní konstrukci,se získá jako součin maximálního dynamického tlaku a součinitele tlaku větru (tabulka z normy), we = qp(z) . cpe, 1. Poté zbývá jen vypočítat počet kotevních prvků na m2 dle zatížení získaného z výpočtu a návrhové odolnosti kotev Wadm. Na závěr výpočtu se provede optimalizace počtu kotev v závislosti na použité šíři fólie (Tab. 1).
Tabulka 1 – Výpočtové hodnoty a optimalizace počtu kotevních prvků
Optimalizaci počtu kotev provádíme tak, aby byl dodržen požadavek na minimální množství kotev/m2,který udává výrobce (pro náš případ 2 ks/m2) a zároveň bylo dosaženo co možná nejvyšší účinnosti kotevních prvků, tedy 100%. Vzdálenost prvků v řadě volíme v rozmezí od 120 do 500 mm (podle předpisu výrobce hydroizolace). Jestliže ani při nejmenší možné vzdálenosti kotev v řadě není dosaženo teoretického počtu kotev, musí být zvolena jiná šíře hydroizolačního povlaku nebo musí být vložena řada příp. řady kotevních prvků. V našem případě je dosaženo téměř 100% účinnosti, čili zvolená šíře fólie je z ekonomického hlediska zcela ideální. V případě, že by nosným podkladem byl trapézový plech, je nutné při optimalizaci zohlednit vzdálenost vln, což vede ke zvýšené spotřebě kotevních prvků někdy až o 40%.
Nyní provedeme rozdělení objektu na oblasti dle obrázku níže, který vychází z ČSN EN 1991-1-4 čl. 7.2.3. Střecha je tvořena dvěma obdélníky o rozměrech 51,4 x 9,0 m a 11,4 x 5,3 m. Rozdělení se provede pro oba obdélníky v obou směrech a veškeré doposud získané údaje se zpracují do grafické podoby.
ZÁVĚR
Při návrhu kotevních prvků nelze vycházet z empirických hodnot odolnosti kotevních prvků ani se řídit doporučeními, které nejsou zahrnuty v žádných normách, vyhláškách ani nařízeních. Vlivem použití empirického návrhu kotev či Fdov = 0,4 kN může dojít k nedostatečnému kotvení střešního pláště nebo naopak ke zbytečnému zvýšení nákladů ať již na pořízení samotných kotevních prvků či provádění pásků hydroizolace k zakrytí vložených řad kotev. Tím se samozřejmě zvyšuje pracnost celkového provedení a rostou rizika možného zatečení vlivem vysokého množství svárů. Návrh mechanického kotvení je nutné provádět vždy v souladu s ČSN EN 1991-1-4 a ETAG 006. Použitím správné sestavy hydroizolačního povlaku a kotevních prvků lze množství materiálu optimalizovat tak, aby konečný výsledek odolal všem zatížením, které na střešní plášť působí, a zároveň byl hospodárný.
Poděkování:
Ing. Aleš Oškera, Ing. Richard Rothbauer, Ing. Libor Bednář
