Zatez cihelné zdivo pod žlab: statika, zateplení a konstrukční řešení

Projektanti i stavební firmy často uvažují o tom, kolik podlaží je schopné unést cihelné zdivo. V tomto článku chceme ukázat, že se jedná spíše o předsudek.

Únosnost cihelného zdiva a současné materiály

Klíčovou vlastností stavebních materiálů je u vícepodlažních budov únosnost zdiva, budovy však musí splňovat stále přísnější tepelnětechnické požadavky. Současné moderní pálené materiály však dokážou splnit obě kritéria a při správném návrhu není výstavba budov s pěti či šesti podlažími nic neřešitelného.

Cihelné zdivo Porotherm má charakteristickou hodnotu pevnosti zdiva v tlaku fk od 1,6 MPa až do 9,88 MPa podle druhu cihelných bloků a druhu malty. Z uvedených hodnot je zřejmé, že si vybere každý. Obecně platí, čím lepší tepelněizolační vlastnosti, tím nižší pevnost a obráceně. Jedinou výjimkou je nová řada tepelněizolačního zdiva řady Porotherm T Profi, u kterého je i při pevnosti P8 díky masivním žebrům dosaženo fk = 3,5 MPa, což odpovídá běžným cihelným blokům pevnosti P14.

Praktické zkušenosti s vícepodlažními objekty v ČR

Průkopníkem ve stavbě vícepodlažních budov, v nichž je cihlové zdivo použito jako nosná konstrukce, je v ČR např. firma Skanska. Skanska má bohaté zkušenosti s výstavbou a následným užíváním vícepodlažních budov a dospěla k tomu, že se ve svých nových projektech snaží o maximální využití cihelného zdiva. Důvody jsou jasné - odpadají komplikace při napojování zdiva k železobetonovým konstrukcím a minimalizují se tak akustické mosty. Zároveň je ve zděných objektech prokazatelně příjemnější vnitřní mikroklima. Nezanedbatelnou skutečností je i fakt, že byty ve zděných domech jsou dlouhodobě nejžádanější, a tím i lépe prodejné.

Konstrukční řešení a posouzení konkrétní konstrukce

Na základě zadání byla provedena analýza konstrukce. Převážná část stropní konstrukce je panelová, po obvodě přechází z důvodu proveditelnosti balkónů na monolitickou desku o šířce 2 m pro uchycení balkónů. Dohromady včetně balkónů je na obvodě zatěžovací šířka 3,5 m. Pro jednodušší představu: tato hodnota odpovídá zatížení od stropní desky s rozpětím 7 m. Balkóny jsou prefabrikované se zabudovanými ISO nosníky.

Pro výpočet jsme s kolegou Ing. Fiurym použili program FIN EC 2D. Při použití metodiky výpočtu dle EC 6 je obvykle nejproblematičtějším prvkem obvodové zdivo. Původní návrh uvažoval pro zdivo cihly Porotherm 25 SK Profi + zateplení 15 cm na obvodové železobetonové konstrukci (schodiště) a 12 cm na zdivu. Tato varianta se však při posouzení ukázala jako nedostatečně únosná a v některých místech ji bylo nutné nahradit akustickými cihlami Porotherm 25 AKU P+D s třídou pevnosti v tlaku P20 na maltu M15. Z důvodu možné nechtěné záměny zdiva při realizaci bylo následně se souhlasem stavební firmy rozhodnuto použít tyto cihelné bloky po celém obvodě.

Pro posouzení zdiva byl použit volně přístupný program Statika zdiva POROTHERM. V horních podlažích je poměrně malá normálová síla a ta v kombinaci s ohybovým momentem vykazuje excentricitu až mimo průřez. Zdivo proto při zohlednění kombinace Md a Nd vykazuje nulovou únosnost. Proto jsme horní podlaží posuzovali podle zjednodušeného výpočtu dle EC 6 ČSN EN 1996-1-1 Příloha C: Zjednodušená metoda výpočtu výstřednosti zatížení stěn, odst. 5, který umožňuje zanedbat excentricitu, pokud svislé zatížení přenese jedna desetina tloušťky zdiva.

Statika versus tepelnětechnické požadavky

Problém se ale objevil při zjištění požadavků tepelných techniků. Přes celoplošné zateplení požadovali v čele stropní desky zvětšit tepelnou izolaci ještě o 3 cm, což v součtu (12 + 3 cm) odpovídá zateplení obvodových železobetonových prvků.

V současnosti projektanti často začínají projektovat rozvržením tepelné izolace a teprve potom zvolí i nějakou „nepodstatnou“ konstrukci, která tu izolaci podrží. Vznikají pak absurdní situace, kdy projektant zašle dokumentaci s dotazem na možnost vykonzolování soklového zdiva a o vykonzolování nadezdívky nad stropní deskou se nezajímá. Přitom z hlediska statiky je to stejná situace jako u soklu (prakticky stejné zatížení) a často díky vložené tepelné izolaci s ještě větším vyložením.

Vykonzolování zdiva - posouzení a doporučení

Při posuzování vykonzolovaného zdiva se jedná především o smykové napětí na hraně stropní desky, případně u soklu na hraně u vyložení. Metodiku posouzení EC 6 neřeší, a proto se stává neznámou pro všechny „křehké“ materiály. Únosnost vychází z výsledků desítek zkoušek kolegů z Rakouska a především z Německa. Běžně se v praxi uplatňuje doporučení vykonzolovávat zdivo maximálně o 1/6 tloušťky horního cihelného bloku. Tato poučka však byla převzata před mnoha lety od kolegů z Rakouska na základě jejich dlouhodobých zkušeností.

Je třeba si ale uvědomit, že v době vzniku tohoto pravidla se objekty zateplovaly jen minimálně a pro dosažení dostatečného tepelného odporu se používaly cihelné bloky s šířkou kolem 40 cm. Díky velké kontaktní ploše bylo tlakové a tím i smykové napětí ve spáře podstatně menší než u zateplovaných objektů s menší tloušťkou zdiva. Obecně je známo, že u cihelného zdiva je možné vykonzolovat zdivo v šířce vyložení rovné 1/6 šířky cihly, avšak „podklady“ se rozchází v tom, zda jde o šířku širší nebo užší cihly. To ale neznamená, že nejde zdivo vykonzolovat více. Zde je již nutné ověřit statickým výpočtem, že je dostatečná únosnost styčné spáry zdiva v patě stěny.

Nejslabší místo průřezu však zpravidla není „užší“ cihla v místě soklu, ale první „širší“ cihla. Tato cihla totiž musí zajistit roznesení vnitřních namáhání (z šířky X na šířku Y) a to ve své výšce - většinou 250 mm. Čím větší je excentricita vykonzolované stěny, tím dochází ke zvýšení mimostředného působení svislého zatížení, které v konečném důsledku snižuje výslednou únosnost v základové spáře (taženou část průřezu je nutné vyloučit ze započitatelné plochy průřezu stěny).

Tento výpočet podle základů stavební mechaniky ale neumí zohlednit vnitřní namáhání v průřezu (zde přichází v úvahu hlavně smykové napětí v samotné cihle, které vzniká při rozdílných normálových (tj. tlakových) zatížení na horní a „užší“ spodní styčné spáře cihel). Ani v žádné normě není zatím stanovena metodika, jak by bylo možné toto vnitřní namáhání do statického výpočtu zahrnout. Čím větší vyložení (vykonzolování), tím samozřejmě větší namáhání, které lze zohlednit například snížením využití průřezu.

Technická řešení soklu a první řady zdiva

Ještě se nabízí i jiné technické řešení soklu a to využití plněných cihel v první řadě. Buď první řadu cihel vysypat přímo na stavbě polystyrénem nebo využít cihly již plněné z výroby. Pro zdivo z cihel FAMILY 50 toto provedení detailu při tepelně technickém posouzení na lineární činitel prostupu tepla vyhoví i doporučeným normativním hodnotám pro nízkoenergetické domy. V praxi se tento detail relativně často řeší a na stavbách tak nevznikají poruchy.

Vícepodlažní cihlové budovy v zahraničí a norma

V současnosti v zemích na západ od našich hranic probíhá renesance výstavby nezateplovaných objektů. Tento návrat k osvědčenému způsobu stavění je umožněn především novou generací cihelných bloků, u kterých již postrádá smysl jakékoliv dodatečné zateplení. V popředí je v současnosti především řada cihel Porotherm T Profi plněných vatou.

Následující tabulka ukazuje maximální počet podlaží podle tloušťky zdiva s použitím 3. dílu EC 6 (zde DIN EN 1996-3/NA).

Zde je třeba upozornit, že v současnosti v Německu vyrábí firma Wienerberger již cihelné bloky plněné vatou s charakteristickou hodnotou pevnosti zdiva v tlaku 5,2 MPa.

Zásady návrhu a provádění cihelného zdiva

Hlavním ze základních stavebních požadavků, který nikdo nezpochybňuje, je požadavek na mechanickou odolnost a stabilitu v průběhu celého životního cyklu staveb. V případě zděných staveb se však často mnohem více řeší tepelné mosty, úspora energie a v poslední době akustika. Ve statických výpočtech často posouzení zdiva není buď vůbec a nebo se odehraje na jednom formátu A4.

Doba se nám mění. Změnily se jednak materiály - místo cihel plných nebo prvních cihel děrovaných CD, CDm nebo CD Týn s pevností cihel P7 až P25 vyzdívaných nejčastěji na vápenocementové malty, tu dnes máme cihly nejčastěji v pevnosti P8 a P10, rozměrově podstatně větší, s velkým procentem děrování a s vylehčeným cihlářským střepem. Současně se ale změnily i představy o bydlení. Dnešní rodinné domy jsou často velmi prostorné, nechceme se příliš svazovat, takže preferujeme volné dispozice, z čehož vyplývají velká rozpětí místností, s minimem vnitřních nosných zdí, chceme široká okna nebo i celé prosklenné stěny. Navíc se ani nedodržuje zásada, že by nosné stěny měly probíhat od základu nad sebou přes všechna podlaží, často mají domy předsazená nebo naopak uskočená patra apod.

Vždy je třeba pamatovat na to, že zdivo se skládá z cihel a malty. A není cihla jako cihla. Cihly se podle materiálu řadí ještě do několika skupin podle způsobu a procenta děrování. Proto je třeba při návrhu zděných stěn nebo pilířů používat “rozumné” kombinace cihel a malt. Hodně namáhané zděné pilíře navrhovat tedy např. z cihel pevnosti P15, P20 nebo i P25. Na výslednou (skutečnou) únosnost zdiva pak nemají vliv jen mechanické parametry těchto základních materiálů (cihel a malty), ale také jejich vzájemné uspořádání, tj. především správná převazba zdiva, a to proto, aby se stěna nebo zděný pilíř choval jako jeden nosný prvek.

Vzájemná převazba cihel je daná normou ČSN EN 1996-1-1. Pro cihly o výšce h do 250 mm má být vzájemný přesah cihel ≥ 0,4 h nebo min. 40 mm (platí větší z hodnot). V dnešní době se na stavební trh dodávají ze sortimentu cihel pálených nejčastěji cihly broušené s výškou h = 249 mm a u těchto je tedy vzájemná převazba min. 100 mm.

Prováděcí zásady a detaily zdění

Pro snadné provádění je výhodné navrhovat půdorysnou dispozici v modulu 250 mm (alt. 125 mm), a to včetně polohy dveří a oken nebo velikosti vnitřních pilířů. Často se při návrhu ovšem zapomíná na fakt, že tento modul 250 mm se měří od vnitřního rohu zdiva. I proto výrobci pálených cihel vyrábějí tzv. doplňkové (poloviční) cihly.

Pokud je na stavbě nutné cihly řezat, pak se mají zásadně dělit pilou, nikoliv zednickým kladívkem či sekyrou apod. U cihel, které jsou upravovány řezem, nebo nejsou cihly těsně u sebe na sraz a na tzv. pero a drážku, je důležité svislou styčnou spáru mezi cihlami vyplnit maltou (svislé spáry do šířky 5 mm lze výjimečně vyplnit PU pěnou v případě technologie zdění na PU pěnu).

Při zdění se nemají nikdy osazovat cihly svou řezanou stranou směrem do ostění stavebního otvoru, ale řezanou stranou cihel se mají „schovat“ dovnitř stěny nebo pilíře a v místě řezu mezi cihlami se promaltuje svislá spára. Pokud by v ostění zůstala cihla osazená svou řezanou stranou do líce, pak vlivem odstranění obvodového cihelného žebírka dojde k jejímu oslabení, a to zrovna v místě, kde je zvýšené svislé namáhání (např. v místě uložení překladu).

U cihel broušených je nutné nanášet tenkovrstvé maltové lože podle technologických předpisů výrobce - zpravidla pomocí nanášecích válců. Nanášení tenkovrstvé malty malířskými nebo jinými válečky je určitě rychlejší, ale touto technologií zpracování malty nelze zajistit její správné nanesení jednak v dostatečném množství, ale i v požadované materiálové struktuře malty, a tak nelze při tomto způsobu nanášení malty zaručit takové pevnosti zdiva, kterou deklarují výrobci.

Prostorová tuhost objektu a ztužující prvky

Dále je třeba při návrhu zajistit prostorovou tuhost a stabilitu celého objektu. Pokud má objekt tuhou stropní konstrukci, pak postačí obvodovou stěnu ztužit po délce příčnými stěnami tloušťky alespoň 250 mm ve vzdálenosti max. 25 m. Pokud ale strop není ve své rovině tuhý, pak by ztužení příčnými stěnami mělo být po max. 12,0 m. Tuhost objektu v tomto případě pak zajišťují ztužující věnce navrhnuté jako tzv. větrové nosníky.

Zdivo a zateplení - volba tlouštěk a detailů uložení stropů

Každá obvodová stěna musí přenášet účinky od svislého zatížení a od bočního zatížení větrem. Na našem stavebním trhu se sice také vyskytují zděné obvodové stěny vícevrstvé, sendvičové nebo s nějakým typem obkladu, ale investor se většinou rozhoduje mezi dvěma základními variantami - jednovrstvá konstrukce bez zateplení nebo zdivo se zateplením. Podle toho jakých tepelněizolačních vlastností (parametrů) požaduje uživatel dosáhnout, se navrhuje tloušťka stěny.

U zdiva se zateplením při použití vápenopískových cihel s pevnostmi bloků P15 (P20) vyhoví někdy ze statického hlediska už tloušťka zdiva 175 mm (při stropní konstrukci tuhé ve své rovině). Pro obvodovou stěnu z pálených cihel děrovaných s pevností P8 (P10) nebo zděnou z pórobetonu se doporučuje optimální tloušťka zdiva 250 nebo 300 mm.

Každé řešení i zvolený materiál má své výhody i nevýhody. Zjednodušeně se dá říci, že jednovrstvá konstrukce bez zateplení je jednodušší na provádění z důvodů omezení různých technologických procesů, což přináší při vlastním zdění minimalizaci chyb. U zdiva se zateplením je zase jednodušší řešení detailů po tepelně technické stránce.

Firma HELUZ doporučuje v místě uložení stropů na zdivo v místě styku vložit asfaltový pás pod i nad stropní konstrukci, a to z důvodů statických, tepelněizolačních a akustických. V případě jednovrstvého zdiva někdy dochází v tomto detailu ke „konfliktu“ mezi statiky a tepelnými techniky, jaká má být ideální tloušťka tepelné izolace v úrovni stropu.

Pro tepelnětechnické posouzení je nejvýhodnější mít v tomto detailu co největší tloušťku tepelné izolace, z pohledu statiků by postačilo tak okolo 100 mm, protože větší tloušťky tepelné izolace mají již vliv na únosnost obvodového zdiva v hlavě a patě stěny (zvětšuje se excentricita reakce od uložení stropu a současně se zmenšuje zatěžovaná plocha). Např. pro rodinné domy (jedno a dvoupodlažní) byly vzájemným průnikem těchto oborů stanoveny u zdiva z cihel FAMILY maximální tloušťky tepelné izolace.

Pevnost, detaily u překladů a pozednice

Plněné cihly FAMILY 25 2in1 jsou optimální cihly pro řešení detailů ve zdivu šířky 500 mm, kde se zde vhodně doplňuje jak jejich pevnost, tak i nízký součinitel prostupu tepla. V případě takovýchto větších tlouštěk tepelné izolace je samozřejmě potřebné statickým výpočtem ověřit únosnost zdiva v hlavě a patě s uvažováním „nezatížené“ plochy zdiva. Obecně je třeba v místě uložení překladů nebo průvlaků apod. posoudit v kontaktní ploše zdivo na napětí v soustředěném namáhání. Pokud zdivo nevyhoví, pak je třeba v místě uložení pod překlady nebo průvlaky apod. použít adekvátní řešení.

Ideální poloha pozednice je ze statického hlediska nejvhodnější za osou nadezdívky, blíž k vnitřnímu povrchu, neboť pak svislé zatížení od krovu bude přispívat ke stabilizaci nadezdívky. Pokud je to dispozičně možné, pak je výhodné také pozednici kotvit šikmými táhly.

Prevence prasklin a správné provádění

Tento příspěvek zazněl na loňských seminářích Heluz od A do Z a je zaměřen na nejčastější příčiny trhlin ve zdivu. Většině z nich se však dá předejít správným postupem, ať už při návrhu nebo vlastním provádění. Některé z chyb se v praxi opakují dokonce tak často, že je už někdy jako chyby ani nevnímáme.

Omítnuté jednovrstvé zdivo je obecně nejosvědčenější a jedna z nejtrvanlivějších povrchových úprav zdiva. I omítek je dnes ale velmi mnoho druhů. Správný návrh vyžaduje nejen dobrý projekt, ale i kvalitní materiál a nakonec dobrou prováděcí stavební firmu, která s konkrétním materiálem umí pracovat a má také „rozumný harmonogram” postupu prací.

Praktické shrnutí pro projektanty a prováděcí firmy

• Předpoklady o max. třech podlažích pro cihly jsou často předsudkem; moderní materiály a správný návrh umožňují více podlaží.
• Při návrhu vždy zohlednit kombinaci pevnosti cihel, malty a správné převazby zdiva.
• Posouzení vykonzolování vyžaduje statický výpočet; pravidlo 1/6 šířky bloku je orientační.
• Koordinovat statické a tepelnětechnické požadavky již v předprojektové fázi, zejména detaily uložení stropů a tloušťky izolace.
• Při provádění dodržovat technologické předpisy (řezání pilou, nanášení tenkovrstvé malty válečky apod.).

Správným návrhem, volbou materiálů a pečlivým provedením tedy lze dosáhnout bezpečných a zároveň tepelně komfortních cihelných konstrukcí i u vícepodlažních objektů.

tags: #zatez #cihla #pod #zlab