Modelovanie stavebných konštrukcií – pohľad z praxe statika

Možno bez preháňania tvrdiť, že najdôležitejšou časťou práce statika v praxi je správne namodelovanie konštrukcie (t.j. stanovenie jej skutočného pôsobenia a určenie najvýstižnejšej výpočtovej schémy) a správne určenie zaťaženia, nielen čo do veľkosti, ale aj čo do smeru a miesta pôsobenia. V tomto krátkom príspevku chcem uviesť niekoľko príkladov nesprávneho stanovenia výpočtovej schémy alebo opomenutia faktorov, vyplývajúcich napr. zo stavebného postupu. Tým chcem zároveň aj zdôrazniť, že statik je povinný predpísať pracovný postup, ak môže iný postup spôsobiť iné skutočné pôsobenie konštrukcie, než on uvažoval vo svojom výpočte.

Konkrétny príklad ovplyvnenia pôsobenia konštrukcie stavebným postupom bola napríklad realizácia podzemnej nádrže.Nádrž mala byť zastropená vo výške 5,5 m, ďalej steny vytvárali suterénny priestor a na nich bola uložená nosná konštrukcia haly.Nádrž sa stavala tak, že najprv sa vybetónovali zvislé steny a hneď sa začala zvonku zasýpať. Asi 2 týždne po vybetónovaní sa stena na úseku zhruba 30 m dlhom zrútila.

Keby bol strop vybudovaný, fungoval by ako rozpera, takto však stena pôsobila ako oporný múr, dole kotvený do dna, hore voľný – ohybový moment vo votknutí vzrástol oproti predpokladom viac ako dvakrát !!!

Mimochodom, aj projektant sa dopustil vo výpočte chyby v predpoklade pôsobenia konštrukcie, ktorá by sa prejavila neskôr, tesne pred dokončením celej konštrukcie, pri uklSadaní stropných prefabrikátov. Projektant totiž počítal tlak zeminy ako aktívny zemný tlak, čo však predpokladá, že stena by sa v hornej časti odklonila cca o 1% výšky (cca 10 cm!!!). Pretože konštrukčné usporiadanie toto odklonenie neumožňovalo, mal počítať tlak zeminy v pokoji, čo napríklad u štrkopiesku predstavuje asi 1,5 násobok aktívneho zemného tlaku.

Ďalší prípad nesprávneho odhadu pôsobenia konštrukcie bol projekt a následná realizácia prefabrikovanej stoky > 2000 mm. Vonkajší tvar hotovej konštrukcie bol osemuholníkový, vnútorný kruhový. Stoka sa skladala z dvoch dielcov, horného a dolného, pričom dolný dielec bol priamo položený na podkladový betón.

Projektant uvažoval vo výpočtovej schéme pôsobenie konštrukcie ako kruhový rám s dvoma vloženými kĺbmi, kým usporiadanie stykov dielcov pôsobilo ako posuvné uloženie, t.j. nevzdorovalo pôsobeniu vodorovných síl. Návrh mal, mimochodom, viac chýb, ale táto bola azda najzávažnejšia. Výsledkom bola deštrukcia vyše kilometrového úseku (po zasypaní) a nutnosť demontáže ešte nezasypaných úsekov v celkovej dĺžke niekoľko km.

Prípad nesprávneho postupu vo výpočte je nosná konštrukcia jednoposchodového prístavku. Nosnú konštrukciu tvorili štyri železobetónové stĺpy, na nich bola vybetónovaná železobetónová doska. Stĺpy boli založené na dvoch základových pásoch, vzájomne stiahnutých železobetónovými ťahadlami. Na konzolovito vyložených častiach dosky (v jednom smere 1000 mm, v druhom na jednom konci 265 a na druhom 450 mcm) bolo murivo z dutých tehál 300 mm hrubé, v každom rohu nosné tehlové piliere 300 x 600 mm, ktoré niesli strešnú konštrukciu nad poschodím.

Vo výpočte bolo uvažované votknutie stĺpov do základov aj do stropnej dosky. Avšak konštrukčné usporiadanie tomu nezodpovedalo (nedostatočne a nesprávne zakotvená výstuž stĺpu v doske, nebola zabezpečená tuhosť proti vodorovnému posunu) a reálne styky boli kĺbové, čo viedlo k nestabilnému systému. Okrem toho pri výpočte stĺpov projektant nesprávne predpokladal namáhanie ohybom len v jednom smere, v skutočnosti boli namáhané kombináciou tlaku a šikmého ohybu, ktorá je z hľadiska únosnosti prierezu nebezpečnejšia, lebo možno uvažovať vždy len jednu rohovú výstužnú vložku ako ťahovú.

Príkladom nesprávnej interpretácie výsledkov statického výpočtu z počítača je návrh a realizácia valcovej nadzemnej nádrže. Výpočet vnútorných síl bol urobený na počítači overeným programom. Projektant nadimenzoval stenu nádrže len na zvislý ohybový moment, vodorovnú výstuž dal len ako rozdeľovaciu, vôbec nebral do úvahy veľkú obvodovú ťahovú silu, ktorá v plášti nádrže vznikla vplyvom tlaku náplne (pretože išlo o nadzemnú nádrž, nebolo možné uvažovať spriazňujúci účinok zemného tlaku zvonka). Pri napúšťaní nádrže (ešte nebola dosiahnutá maximálna prevádzková hladina, ale len asi 2/3 výšky) vznikli viaceré zvislé trhliny v stene, ktorými začala tiecť voda z vnútra nádrže. Pri rekonštrukcii bolo nevyhnutné okrem utesnenia trhlín aj dodatočné zachytenie obvodovej ťahovej sily opásaním nádrže z vonkajšej strany predpínacou výstužou.

Ďalší prípad porušenia valcovej nadzemnej nádrže súvisí s nesprávnym stavebným postupom. obdobne ako v predchádzajúcom prípade bol výpočet vnútorných síl urobený na počítači overeným programom, projektant správne navrhol výstuž (aj obvodovú), avšak nezohľadnil dôležitý fakt, vyplývajúci zo stavebného postupu, ktorý zvolil dodávateľ – použitie ťahaného debnenia – a to v dvoch dôležitých bodoch:

1. Šplhacie tyče ťahaného debnenia boli umiestnené vo vnútri steny (pravdepodobne v osi steny), ale projektant uvažoval plnú hodnotu hrúbky steny (v danom prípade to bolo 800 mm). Je zrejmé, že šplhacie tyče, kvôli pohybu debnenia naolejované, určite nespolupôsobia s betónom, a teda stena nádrže je vlastne oslabená – namiesto 800 mm je to cca 2 x 350 mm (ak hrúbka šplhacej tyče je 100 mm) a toto statický výpočet už nezohľadnil.

2. Použitím ťahaného debnenia dodávateľ betónoval celú nádrž na plnú výšku (21 m) v jednom zábere, bez pracovných škár, vždy po vybetónovaní 1 vrstvy po celom obvode, čo trvalo podľa výpovedí pracovníkov stavby asi 2 hodiny, debnenie sa posunulo o ďalšiu vrstvu nahor a betónovala sa ihneď ďalšia vrstva. Objemové zmeny (zmrašťovanie), ktoré prebiehali takto počas betónovania, boli ďalším významným faktorom, ktorý prispel k porušeniu nádrže. Účinky zmrašťovania sa mohli významne eliminovať realizovaním viacerých pracovných škár po výške nádrže. Pravda, podmienkou na zachovanie vodotesnosti nádrže je správne ošetrenie týchto pracovných škár podľa napr. STN EN 13670.

V poslednej dobe sa väčšina statických výpočtov realizuje na počítači niektorým zo statických programov, v drvivej väčšine na báze MKP (len tak ako príklad uvádzam Scia Engineer, resp. jeho predchodcu Scia ESA PT, NEXIS a iné). Je potrebné si však uvedomiť, že program samotný nie je samospasiteľný, ale je nevyhnutné správne zadať vstupné údaje a najmä správne stanoviť výstižnú výpočtovú schému a okrajové podmienky.

Eduard Vyskoč