Současné stavebnictví klade důraz na minimalizaci dopadu průmyslové výroby na životní prostředí a na prevenci vzniku odpadů. Tím je umožněna péče o životní prostředí a využívání stavebních konstrukcí a jejich prvků - praxe, která byla běžná po staletí. Stavební průmysl patří k největším spotřebitelům přírodních zdrojů a zároveň k významným producentům průmyslového odpadu. Bohužel se na něj vážou i vysoké emise skleníkových plynů vzniklých zejména při výrobě základních stavebních materiálů jako jsou beton a ocel.
Ačkoli se dnes konstrukční ocel recykluje téměř beze ztrát, jedná se přesto o energeticky náročný proces, kde další snižování emisí naráží na technologické limity. Princip opětovného využití není novinkou. Zejména po první a druhé světové válce byly navrhovány rozsáhlé tovární komplexy z dostupných stavebních prvků. Dnešních cílů lze dosáhnout zejména obnovou a oběhem existujících konstrukčních prvků, a to jak ve stavebnictví, tak i v dalších průmyslových odvětvích bez nutnosti jejich separace na základní materiály a další recyklace.
Řešení umožňují nové průmyslové technologie a efektivní dodavatelské řetězcem. Klíčem k efektivní demontáži a dalšímu využití materiálů je digitalizace, která celý proces výrazně zjednodušuje a přináší možnosti jednoduššího hodnocení kvality materiálu a následného obchodování s použitými konstrukčními prvky. Abychom v budoucnu mohli připravit funkční a udržitelná řešení, je třeba porozumět tomu, jak se bude životní prostředí v následujících desetiletích měnit. Právě tyto úvahy formují cíle a hranice moderního cirkulárního plánování staveb a infrastruktury.
Ocelové stavební konstrukce se v Evropě téměř beze zbytku recyklují. V současnosti jsou možnosti tvorby tzv. reverzibilních spojů - tedy takových, které lze snadno rozebrat a opětovně použít - stále omezené. Montované ocelové haly přirozeně splňují většinu požadavků moderního cirkulárního stavebnictví - zejména díky použití šroubových spojů. Existují již konkrétní příklady úspěšného opětovného využití těchto konstrukcí, které mohou sloužit jako základ pro systematický a průmyslově škálovatelný přístup.
Inovace v oblasti ocelových konstrukcí navíc přináší výhody i pro využívání jiných stavebních materiálů. Ocelové nosné konstrukce jednopodlažních prutových soustav lze využít jako celek, nebo využít pouze jejich prvky. Pro oba záměry jsou vhodné šroubované třecí spoje vysokopevnostními šrouby. Lze navrhnout demontovatelné kotvení patní a kotevní deskou obr. 1.
Metodika návrhu byla vyvinuta v projektu INFASO RFSR 2007-00051 a doplněna výsledky ČVUT v Praze. Využití ohybové tuhosti styčníků lehké tenkostěnné rámové konstrukce na kotevních šroubech bez patní desky a řada dalších inovativních prvků byla připravena v projektu, které připravili pracovníci ČVUT v Praze pod vedením Ing. Mareše. Na obr. 3 je šroubovaný rámový roh plnostěnného sloupu a příčle, který je navržen v řadě manuálů SCI (Steel Construction Institute).
U jednopodlažních prutových konstrukcí s krátkým a středním rozpětím lze detail příčle nahradit vzpěrou s použitím čtvercového dutého průřezu se 4 šrouby připojenými k přírubě krokve a sloupu, obr. 4. Tyto šrouby působí ve smyku a tahu v závislosti na orientaci ohybového momentu. Šikmá vzpěra svírá s vodorovnou rovinou asi úhel 45°. Vzpěra se navrhuje z uzavřeného průřezu např. RHS 150×150. Umístí se přibližně 1,5 m pod osou připojení prutu. Omezuje využití prostoru. Pásnice sloupu a příčle se vyztužují na vybočení z roviny. Pro rozpětí 24 m bude osová síla v šikmé vzpěře asi 200 kN. Čelní desku lze navrhnout se čtyřmi šrouby M20. V příčli síla vyvodí přibližně 300 kNm.
Základem ocelobetonových konstrukcí patrových budov je spřažení. Pro jeho demontáž bylo vyvinuto a v praxi ověřeno několik systémů. Inženýři neustále přicházejí s inovacemi. Pro navrhování dřevobetonových konstrukcí byly první podklady připraveny před deseti lety v USA. Spřahovací prvky jsou vždy demontovatelné. Výhodné je využití stropů z desek LCT panelů. Příklad spřažení je uveden na obr. 8.
Projekty ADVANCE a PROGRESS se zaměřily na zvýšení podílu opětovně využitých ocelových komponentů. Zatímco míra recyklace oceli se od roku 2000 zvýšila z 93 % na 96 %, míra opětovného využití stagnuje. Přípoje ocelových konstrukcí na betonové prvky a spřažení ukazují možnosti plnohodnotného znovupoužití i v moderních halových a patrových objektech.
Článek se zabývá aktuální problematikou opětovného využití ocelových konstrukcí jako efektivního nástroje pro snížení environmentální zátěže stavebního sektoru. Na rozdíl od běžné energeticky náročné recyklace oceli představuje opětovné využití prvků významný potenciál pro snížení emisí skleníkových plynů. Autoři zdůrazňují význam digitalizace při demontáži, evidenci a znovupoužití těchto prvků, čímž se podporuje princip cirkulární ekonomiky. Prezentují výsledky evropských výzkumných projektů ADVANCE a PROGRESS, zaměřených na vývoj technologií a metodik pro návrh halových i patrových objektů pro účely dalšího použití. Popsány jsou konkrétní konstrukční řešení šroubovaných styčníků, demontovatelných stropních systémů a spřažených ocelobetonových spojů.
- Přístup k cirkulární ekonomice vyžaduje navrhování pro rozebiratelnost a demontáž.
- Schopnost demontovat a znovu použít šroubové spoje podporuje opětovné využití konstrukčních prvků.
- Digitalizace a evidenční systémy usnadňují hodnocení kvality materiálu a obchodování s použitými prvky.
- Projekty ADVANCE a PROGRESS propojují poznatky pro halové i patrové objekty a sběr použitelných komponentů.
Praktické prvky a technické řešení pro opětovné využití
Šroubové spoje a demontovatelné kotvení umožňují flexibilní rozebírání a znovupoužití konstrukčních prvků. Obr. 3-4 ilustrují konkrétní prvky a uspořádání, včetně rámových rohů a přírub, které lze snadno rozebrat. Spřažené ocelobetonové konstrukce vyžadují vhodné spojovací systémy a konstrukční prvky pro demontáž, které jsou již ověřené v projektech ADVANCE a PROGRESS. Důraz je kladen na modulárnost a možnosti opětovného nasazení jednotlivých komponentů a celých konstrukčních celků.
Vzhledem k skutečnosti, že reverzibilní spoje jsou stále častější, lze očekávat širší uplatnění těchto principů napříč průmyslovými odvětvími. Demontovatelné střešní a stropní systémy, stejně jako spřažené prvky, umožňují rychlejší a méně energeticky náročné přesuny a opětovné použití materiálů na jiných objektech. Zásadní roli hraje digitalizace materiálového registru a standardizace postupů hodnocení kvality použitých prvků.
V závěru článku jsou shrnuty hlavní poznatky o moderním cirkulárním plánování staveb a infrastrukturních projektů s důrazem na ocelové a betonové konstrukce. Efektivní demontáž a následné opětovné použití vyžadují koordinované zázemí výzkumu, průmyslové praxe a mezinárodní spolupráce, kdy projekty ADVANCE a PROGRESS slouží jako pilíře pro budoucí vývoj technologií a metodik.
Obr. ukazuje šroubovaný rámový roh plnostěnného sloupu a příčle, který se používá v různých konstrukcích pro snadnou demontáž.
Schéma demonstruje princip spřažení ocelobetonových konstrukcí a možnosti demontáže pro budoucí opětovné nasazení.