Stropy a vodorovné konstrukce
Partneři sekce:
Stropy jsou vodorovné nosné dělicí konstrukce, které rozdělují prostor budovy ve svislém směru na jednotlivá podlaží a určují celkový charakter nosné konstrukce budovy. Strop musí zabezpečit vodorovné vyztužení objektu. Charakter provozu budovy rozhodujícím způsobem ovlivňuje volba nosné konstrukce stropu.
Stropní konstrukce se skládá z nosné části stropu, podlahy a podhledu. Konstrukce stropu vytváří podklad pro konstrukci podlahy. Podlaha tvoří povrchovou úpravu vodorovné dělicí nosné konstrukce a dotváří tak vnitřní prostředí budovy. V některých případech členění tvaru spodní části nosné konstrukce má příznivý vliv na architektonické dotváření vhodného prostředí.
Tloušťka stropní konstrukce včetně konstrukce podlahy má být podle možnosti co nejmenší, aby se nezvětšovaly konstrukční výšky jednotlivých podlaží a tím i celková výška budovy. Stropy musejí být dlouhodobě trvanlivé, musejí vyhovovat požadavkům statického a dynamického zatížení, tepelné a zvukové izolace a předpisům požární bezpečnosti. Na zabezpečení těchto požadavků se podílí nejen vlastní nosná konstrukce stropu, ale celá její skladba včetně konstrukce podlahy a podhledu.
Požadavky na stropní konstrukce
Únosnost, maximální rozpětí a stavebněfyzikální vlastnosti stropní konstrukce ovlivňují možnosti architektonického ztvárnění celé budovy. Zvětšováním rozpětí narůstá plošná hmotnost stropu a zvětší se zatížení na svislé nosné konstrukce (stěny, sloupy, základy), čímž se zvýší i celkové náklady stavby. Stropy by měly umožnit i dodatečná řešení prostupů.
Hlavním požadavkem na strop je jeho únosnost a stabilita. Stropní konstrukce musí být schopná bezpečně přenášet zatížení vlastní tíhou a rovněž stálé a dynamické užitkové zatížení svislými nosnými konstrukcemi budovy. Převážné zatížení stropu tvoří jeho vlastní tíha, která představuje rozhodující složku zatížení ovlivňující dimenzování nejen samotného stropu, ale i svislých nosných konstrukcí a základů.
Stropní konstrukce musí vykazovat dostatečnou tuhost, i když budou působit předpokládaná možná extrémní zatížení. Tuhost stropních konstrukcí a jejich návaznost na ostatní nosné konstrukce (např. svislé nosné stěny a sloupy) podmiňuje tuhost stavby jako celku především u vícepodlažních výškových objektů.
Stropní konstrukce musí vykazovat minimální průhyby. Nadměrná deformace stropu může například způsobit poruchy podlahy nebo podhledu a též nepříznivě působit na vnitřní dělicí konstrukce – příčky, proto je potřeba zabezpečit především u lehkých montovaných příček dilatační styk se stropem.
Strop představuje z požárního hlediska jednu z nejdůležitějších částí konstrukce objektu. Rozděluje objekt po výšce na úseky, které často korespondují s požárními úseky. Požární odolnost konstrukcí se určí na základě výpočtu požárního rizika, který zahrnuje geometrii budovy a stupeň požární bezpečnosti. Požární odolnost dělicích stropních konstrukcí je limitovaná časem (v minutách), během kterého konstrukce odolává působení ohně, přičemž požární strop nesmí ztratit únosnost, stabilitu a celistvost. Minimální požární odolnost požárních stropů je zatříděná až do pěti stupňů požární bezpečnosti.
I akustické požadavky patří mezi důležitá kritéria, která ovlivňují návrh skladby stropních konstrukcí. Stropní konstrukce musí splňovat z hlediska ochrany proti hluku požadavky na vzduchovou neprůzvučnost (šíření zvuku vzduchem) a na kročejovou neprůzvučnost (šíření zvuku hmotou konstrukce). Z hlediska tepelnětechnických požadavků musí stropní konstrukce splňovat minimální hodnoty tepelného odporu RN (m2 . K/W) při zabezpečení tepelné pohody v místnosti v zimním období a energetických požadavků.
Důležitým požadavkem při návrhu konstrukce stropu je omezení tepelných mostů, které nejčastěji vznikají ve styku obvodového pláště s vnitřním stropem a stropem nad vnějším prostředím. V těchto kritických místech je nutné navrhnout detail překrytím anebo přerušením tepelného mostu účinnou tepelnou izolací tak, aby bylo zajištěno hygienické kritérium podle normy ČSN 73 0540-2. V praxi to znamená, že nejnižší vnitřní povrchová teplota konstrukce musí být nad teplotou rosného bodu, aby se vyloučilo riziko vzniku plísní.
Typy stropních konstrukcí
Podle materiálu můžeme stropní konstrukce rozdělit na dřevěné, železobetonové (které mohou být monolitické, montované a prefabrikované monolitické) a ocelové. Všechny můžeme z konstrukčního hlediska rozdělit na deskové a nosníkové konstrukce.
Dřevěné stropy
Dřevěné stropy se zhotovují z měkkého dřeva. Pro malou plošnou hmotnost a nenáročnou montáž se v současnosti používají především u menších staveb (rodinné domy, rekreační chaty a podobně). Jejich nevýhodou je malá požární odolnost a velká spotřeba řeziva. Dřevěné stropní konstrukce nejsou dostatečně tuhé ve vodorovné rovině a vykazují značné průhyby. Protože dřevo podléhá různým škůdcům (hniloba, dřevokazné houby a podobně) vyžadují dřevěné konstrukce i dokonalou chemickou ochranu impregnací nebo ochranu nátěrovými látkami.
Nosnou konstrukci dřevěných trámů stropů tvoří trámy (stropnice) v osové vzdálenosti 0,8 až 1,2 m a záklop. Pro zvýšení stability nosných stěn je zapotřebí dřevěné stropnice kotvit ocelovými kotvami do svislé nosné konstrukce. Dřevěné trámy nesmějí být do zdiva těsně zazděné. V úložném prostoru okolo záhlaví trámu má být vzduchová mezera se šířkou minimálně 50 mm a podložka (z hydroizolačního pásu) má přesahovat úložnou plochu nejméně o 30 mm. Tím se dřevěný trám chrání před působením vlhkosti a před hnilobou.
Železobetonové stropy
Železobetonové stropy jsou v současnosti nejvíce používané stropní konstrukce. Výhodou těchto stropů je velká únosnost, odolnost, tuhost v horizontální rovině, libovolné tvarování a velká požární odolnost. Z hlediska velkého zatížení svislých konstrukcí, základů a rovněž vlastní konstrukce stropu je velká objemová hmotnost železobetonu nevýhodná. Na druhé straně však pomáhá z hlediska akustických vlastností stropu (vzduchové neprůzvučnosti). Ve snaze o zjednodušení, zefektivnění a urychlení výstavby se z původních monolitických trámových a deskových konstrukcí vyvinuly konstrukce prefabrikované a rovněž prefabrikované monolitické.
Monolitické železobetonové stropy
Monolitické železobetonové stropy jsou vybetonované do bednění přímo na stavbě. Půdorysně jsou mnohem variabilnější než prefabrikované stropy. Nevýhodou těchto stropů je velká stavební pracnost, náročné vyztužování, omezení výstavby v zimním období, nutnost technologických přestávek, zvýšené náklady na bednění, výrobu a dopravu betonové směsi. Tyto stropy dělíme na deskové a trámové.
Předností deskových monolitických železobetonových stropů je jednoduchost bednění a vyztužování, a hlavně rovný podhled. Při menších rozpětích jsou z hlediska spotřeby betonu a výztuže tloušťky desek hospodárné. Při větších rozpětích, v porovnání s trámovými a žebrovými stropy, spotřeba neúměrně roste. Desky mohou být nosné v jednom nebo dvou směrech. Desky jednosměrně vyztužené uložené na dvou protilehlých stranách prostě (kloubově) se navrhují do rozpětí 3 m, desky uložené vetknutím do rozpětí 4,5 až 6 m. Desky vyztužené ve dvou směrech (křížem armované) podepřené po obvodu stěnami nebo průvlaky je možné použít na větší rozpětí. V závislosti na způsobu uložení je lze použít do rozpětí 7,2 × 7,2 m i více. Desky bodově podepřené je vhodné použít na menší zatížení s minimálním rozpětím 5 m. V místě styku sloupu s deskou hrozí nebezpečí propíchnutí desky sloupem. Proto se do tohoto styku vkládá ocelová hlavice. Pro skeletové objekty s větším zatížením i rozpětím (5 až 12 m) je možné navrhnout takzvané hřibové stropy. Jsou to deskové stropy zesílené nad sloupy hřibovými viditelnými hlavicemi ve tvaru seříznutého jehlanu nebo kuželu.
Monolitické železobetonové trámové a žebrové stropy se navrhují na větší rozpětí. Trámová konstrukce stropu má menší plošnou hmotnost než desková. Nosné trámy jsou monoliticky spojeny s deskou a tvoří tak staticky výhodný průřez ve tvaru T, který umožňuje hospodárné rozložení materiálu. Pro velkou pracnost bednění, vyztužování a pro nerovný pohled se tento typ stropu v současnosti navrhuje zřídka. Je-li možné podepřít strop po celém obvodu, doporučuje se použít roštové a kazetové konstrukce s trámy orientovanými ve dvou směrech.
Monolitické železobetonové žebrové stropy vložkové. Vzhledem k nevýhodám trámových a žebrových stropů se vyvinuly různé systémy stropů, u nichž se využívá stropní vložka (z keramických tvarovek, z lehkých betonů nebo z polystyrenu), která vytváří ztracené bednění pro žebra a desky monolitického žebrového nebo kazetového stropu. Výhodou takovéto konstrukce je jednodušší bednění, rovný podhled, relativně malá plošná hmotnost, jednoduché řešení svislých prostupů a velká architektonická a konstrukční variabilita (vhodné na nepravidelné půdorysy).
Nevýhodou je větší pracnost oproti prefabrikovaným a prefabrikovaným monolitickým systémům. Žebra jsou zpravidla v osových vzdálenostech 300 až 750 mm se šířkou 60 až 120 mm. Výšku žebra určuje výška tvarovky. Tloušťka horní betonové desky je 40 až 70 mm. Tuhost stropu ve vodorovné rovině se zabezpečuje vyztužením horní desky ocelovou síťovinou. Tento typ stropu je možné navrhnout pro nižší objekty, kde nevadí nižší tuhost ve vodorovné rovině.
Prefabrikované (montované) železobetonové stropy
Hlavní nevýhody monolitických stropů odstraňuje prefabrikovaná technologie. Průmyslová výroba stropních panelů umožňuje jejich vylehčení (dutinami nebo keramickými tvarovkami) a též jejich předpínání. Tím lze dosáhnout rozpětí 12 a více metrů. Velikost panelů (šířka panelů od 2,4 do 3,6 m) a jejich velká hmotnost omezuje dopravní a manipulační možnosti.
Předností prefabrikovaných stropů je jejich rychlá montáž a menší pracnost na stavbě. Nosnou konstrukci tvoří prefabrikované železobetonové stropní panely. Jsou vyztuženy nejčastěji v jednom směru. Ukládají se na dvě protilehlé stěny anebo průvlaky. Po uložení stropní konstrukce je nutné zabezpečit spolupůsobení jednotlivých dílců. Proto jsou stykové plochy panelů tvarované. Do takto vzniklých spár mezi panely se vkládá styková výztuž a betonová zálivka, které zajišťují tuhost ve vodorovné rovině.
Prefabrikované monolitické železobetonové stropy
Prefabrikované monolitické železobetonové stropy jsou kombinací prefabrikované a monolitické části realizované přímo na stavbě. Prefabrikovaná část zpravidla plní funkci skrytého bednění, čímž se urychluje postup výstavby. V konečném stavu obě části spolupůsobí ve výsledné spřažené konstrukci. Tyto typy stropů odstraňují nevýhody monolitických stropů (pracné bednění) a rovněž prefabrikovaných stropů (náklady na dopravu, manipulaci na stavbě a podobně). Intenzivní výzkum působení těchto spřažených železobetonových konstrukcí v posledních desetiletích umožňuje navrhovat stropy hospodárněji, progresivněji a rychleji. Konstrukce prefabrikovaných monolitických stropů mohou být nosníkové s vložkami a deskové.
Prefabrikované monolitické železobetonové stropy z nosníků a vložek. Základní nosný prvek tvoří nosníky, mezi které se ukládají stropní vložky z keramiky, z lehkých betonů a podobně. Po vyskládání těchto prvků se vybetonuje žebrový strop (často je označován jako polomontovaný strop). V současnosti se navrhují ze spřažených nosníků typu filigrán nebo FERT. Prefabrikovaný nosník tvoří betonová nebo keramická patka, do níž je zabetonovaná hlavní příhradová výztuž. Nosníky se v průběhu stavby dočasně podepřou zpravidla v 1/3 rozpětí. Až potom se osadí stropní tvarovky (keramické, pórobetonové nebo betonové). Celá konstrukce stropu se zabetonuje. Nad stropními vložkami se vytvoří betonová vrstva o tloušťce 40 až 60 mm.
Systém nevyžaduje celoplošné bednění stropu, což urychluje výstavbu a snižuje náklady na strop. Na tomto principu se vyrábí celá řada nosníků a vložek pro různá rozpětí a zatížení. Tloušťka stropu se pohybuje od 190 do 300 mm podle výšky tvarovky a vybetonované monolitické vrstvy. Vzhledem k zatížení a tloušťce stropu je možné navrhnout stropy do rozpětí 7,5 m, což je vhodné zejména pro výstavbu rodinných a bytových domů.
Prefabrikované monolitické železobetonové stropy deskové. Nevýhodou běžných prefabrikovaných deskových stropů je malá variabilita na rozdíl od výroby prefabrikovaných desek (takzvaný filigrán) pro prefabrikované monolitické spřažené stropy, která je založená na maximální variabilitě půdorysného tvaru. Stropní konstrukci tvoří prefabrikovaná deska (slouží jako ztracené bednění), na kterou se vybetonuje horní monolitická část. Tenké prefabrikované železobetonové desky (o tloušťce 50 až 80 mm) jsou vyztuženy podélnou výztuží a základními prostorovými příhradovými nosníky. Spřažení obou částí zabezpečuje i drsný horní povrch prefabrikované desky. Pro větší rozpětí se používají předpjaté stropní desky. Maximální šířka desky je zpravidla 2,4 m. Délka prefabrikátu je limitovaná statickými požadavky.
Ocelové a ocelobetonové spřažené stropy
Ocel je tradiční stavební materiál používaný pro konstrukci stropů. V současnosti se kromě běžných ocelových nosníkových stropů používají spřažené ocelobetonové stropy z ocelových nosníků, tvarovaných ocelových plechů a monolitické betonové desky. Výhodou oceli je velká únosnost, malá hmotnost a jednoduchá montáž. Ocelové stropy se používají pro velká rozpětí a zatížení. Nevýhodou oceli je vyšší cena materiálu, malá požární odolnost a nutnost protikorozní ochrany. Pro malou plošnou hmotnost ocelových prvků má stropní konstrukce horší akustické vlastnosti. Z akustického hlediska je proto výhodná kombinace s betonovou deskou.
Konstrukční řešení ocelových a ocelobetonových stropů dělíme na nosníkové a deskové konstrukce. Nosníkové konstrukce tvoří nosníky (stropnice), které podepírají stropní desku. Nosníky mohou být ocelové (z válcovaných, příhradových nebo z plnostěnných svářených profilů) anebo spřažené ocelobetonové (ocelový nosník spřažený trnem s nadbetonovanou deskou). Desky mohou tvořit tvarované ocelové plechy, železobetonová deska (monolitická anebo prefabrikovaná), plechobetonová deska, případně keramické desky (Hurdis). Deskové konstrukce se vytvoří z tvarovaných ocelových plechů, které přenášejí všechna zatížení a tvoří tak ocelový deskový strop, nebo spolupůsobí s nadbetonovanou deskou, čímž vzniknou ocelobetonové spřažené desky.
Na závěr můžeme zdůraznit, že při návrhu a realizaci vodorovných nosných konstrukcí stropů je nutné především pečlivě dbát na kvalitní provedení a zajištění ze statického hlediska nejbezpečnějšího a až potom hospodárnějšího řešení.
Ing. Terézia Miklósiová, Ph.D.
Foto: Leier, Wienerberger, a archiv vydavatelství
