Eurokód 5 - Navrhování dřevěných konstrukcí

Eurokód 5 poskytuje zásady a aplikační pravidla pro navrhování dřevěných konstrukcí pozemních a inženýrských staveb. Používá se společně s ostatními Eurokódy pro ověřování mezních stavů únosnosti a použitelnosti konstrukcí při běžné teplotě i při požáru.

Spolehlivost konstrukcí se prokazuje statickým výpočtem. Pro posouzení spolehlivosti konstrukcí se používají různé výpočtové postupy, které byly v minulosti dány pouze příslušnými národními předpisy (normami), aby bylo možné na jejich základě srovnávat hospodárnost staveb, zajistit jednotnou hladinu spolehlivosti a rozhodovat právní spory. Při prokazování spolehlivosti dřevěných konstrukcí se nejprve používala metoda dovolených namáhání, která byla později nahrazena metodou mezních stavů. Zásadní rozdíl mezi těmito dvěma metodami spočívá v tom, že metoda dovolených namáhání vycházela především z mnohaletých zkušeností při navrhování dřevěných konstrukcí, zatímco metoda mezních stavů je koncipována na principech matematické statistiky.

Pro navrhování dřevěných konstrukcí se v naší republice postupně používaly tyto národní normy:

• ČSN 1052-1929 Předpisy pro dřevěné konstrukce pozemního stavitelství;
• ČSN 1052-1941 Předpisy pro dřevěné konstrukce;
  
• ČSN 73 2050-1950 Projektování dřevěných konstrukcí;
  
• ČSN 73 1701-1969 Navrhování dřevěných stavebních konstrukcí;
  
• ČSN 73 1701-1983 Navrhování dřevěných stavebních konstrukcí
  (revize předcházející normy).

Normy ČSN 1052 a norma ČSN 73 2050 byly normami, které uváděly postupy pro navrhování dřevěných konstrukcí podle metody dovolených namáhání. Norma ČSN 73 1701 je potom již normou pro navrhování dřevěných konstrukcí podle mezních stavů. Od roku 1980 se v rámci Evropské unie zpracovává jednotná soustava normativních dokumentů pro navrhování stavebních konstrukcí označovaná pracovním názvem Eurokódy, jejímž hlavním cílem je usnadnit volný obchod s dodávkami výrobků a stavebních prací v rámci EU.

EN pro dřevěné konstrukce Tvorba evropských norem v oboru dřevěných konstrukcí je v rámci Evropské normalizační organizace CEN zajišťována těmito komisemi:

• TC 38 Trvanlivost dřeva a výrobků na bázi dřeva;
  
• TC 193 Lepidla;
  
• TC 112 Desky na bázi dřeva;
  
• TC 124 Dřevěné konstrukce;
  
• TC 250/SC 5 Eurokódy pro stavební konstrukce/Dřevěné konstrukce.

Schválené předběžné evropské normy ENV a evropské normy EN jsou průběžně zaváděny do soustavy českých norem ČSN pod označením ČSN P ENV nebo ČSN EN.

Navrhováním dřevěných konstrukcí se zabývá Eurokód 5, který navazuje na příslušné evropské normy pro dřevo, materiály na bázi dřeva, spojovací prostředky atd.

Eurokód 5 Navrhování dřevěných konstrukcí Eurokód 5 má tyto tři části:

• Část 1-1: Obecná pravidla a pravidla pro pozemní stavby;
• Část 1-2: Navrhování konstrukcí na účinky požáru;
• Část 2: Mosty.

S ohledem především na národní tradice při navrhování stavebních konstrukcí byl u všech Eurokódů zvolen následující postup jejich zavádění:

Eurokódy byly nejprve organizací CEN vydány jako předběžné evropské normy ENV pro ověření a připomínkování s tím, že měly být v jednotlivých členských státech CEN vydány jako alternativní normy k národním normám. Například v ČR byly v letech 1996 až 1998 zavedeny všechny tři části Eurokódu 5 na úrovni přednormy jako: ČSN P ENV 1995-1-1, ČSN P ENV 1995-1-2 a ČSN P ENV 1995-2. Znamená to, že v současnosti tyto normy platí souběžně s normou ČSN 73 1701.

V roce 2003 byla u Eurokódu 5 dokončena další etapa. Na základě uplynulého ověřovacího a připomínkového řízení byl Eurokód 5 transformován do podoby evropské normy EN. V rámci této transformace byla původní přednorma ENV přepracována a zjednodušeně se dá říci, že zdokonalena. V současnosti bylo zahájeno schvalovací řízení Eurokódu 5 v podobě normy EN, na které naváže dvouleté období zpracování národních verzí včetně národních příloh. Po dokončení těchto prací bude Eurokód 5 zaveden v ČR jako ČSN EN a ČSN 73 1701 by měla být zrušena.

Jiná situace je však u norem ČSN EN pro materiály, výrobky, zkušebnictví atd., neboť většina z nich okamžitě nahrazuje jim odpovídající normy ČSN. Jestliže norma ČSN EN nahrazuje normu ČSN, je tato skutečnost uvedena v záhlaví příslušné normy ČSN EN a norma ČSN je zrušena a není již uvedena v seznamu českých norem vydávaném Českým normalizačním institutem v Praze. Ve svém důsledku to znamená, že přechod k evropské soustavě norem je nevyhnutelný, neboť výhledově budou všechny normy ČSN zrušeny a nahrazeny normami ČSN EN.

Jednotlivé části Eurokódu 5:

Eurokód 5 je přínosem pro navrhování dřevěných konstrukcí. Porovnáme-li jednotlivé jeho části s ČSN 73 1701 zjistíme, že přinášejí řadu cenných návrhových postupů.

ČSN P ENV 1995-1-1 uvádí obecná pravidla pro navrhování dřevěných konstrukcí a v porovnání s ČSN 73 1701 řeší i také problematiku:

• přesnějšího určení pevností dřeva v návaznosti na jeho vlhkost a délku trvání zatížení;
  
• vlivu velikosti konstrukčního rozměru na pevnost dřeva;
  
• tlaku kolmo k vláknům v návaznosti na uspořádání konstrukčních prvků;
  
• redukce napětí v prvcích namáhaných šikmým ohybem;
  
• redukce smykového napětí v podpěrách nosníků;
  
• napjatosti zhlaví nosníků se zářezem v místě uložení;
  
• kombinace různých napětí v průřezu;
  
• únosnosti tlačených prutů s uvážením imperfekcí dřeva (rostlého a lepeného lamelového);
  
• příčné a torzní stability (klopení) štíhlých nosníků - viz obr. 1;
  
• prvků proměnného průřezu - viz obr. 2;
  
• prvků složeného a členěného průřezu (nosníky s poddajnými spoji, členěné pruty s rámovým i s příhradovým spojením) namáhaných ohybem i tlakem;
• prokluzu (posunutí) ve spojích po vnesení zatížení;
  
• výztužných (smykových) stěn;
  
• 2. řádu u rámů a oblouků;
  
• ztužidel konstrukčních soustav;
  
• spolupůsobení konstrukčních prvků;
  
• spojů prvků v kombinacích dřevo-dřevo, dřevo-deska na bázi dřeva, dřevo-ocel;
  
• tahu kolmo k vláknům dřeva ve spojích konstrukčních prvků;
  
• konečných průhybů po dotvarování materiálu;
  
• kmitání stropů.

ČSN P ENV 1995-1-2 poskytuje pravidla pro navrhování dřevěných konstrukcí na účinky požáru, pomocí kterých lze jednoduchým statickým výpočtem prokázat jejich požární odolnost. Výpočet vychází z redukce plochy průřezu a parametrů pevnosti a tuhosti dřeva a materiálů na bázi dřeva v důsledku požáru. Redukovaný průřez se přitom posoudí obvyklým způsobem na silové účinky při mimořádné kombinaci zatížení. V této normě jsou uvedena i podrobná pravidla pro řešení požární odolnosti spojů různého provedení a dále též stropů a stěn, jejichž konstrukce je tvořena dřevem a materiály na bázi dřeva v kombinaci s různými tepelně-izolačními a obkladovými materiály.

Vliv požáru na prvky ze dřeva a materiálů na bázi dřeva je možno uvážit třemi způsoby: n Při užití zjednodušené metody účinného průřezu se vypočítá únosnost pro účinný průřez za předpokladu, že parametry pevnosti a tuhosti nejsou požárem ovlivněny. Místo toho je pokles parametrů pevnosti a tuhosti kompenzován užitím zvětšené hloubky zuhelnatění.

• Při užití metody redukované pevnosti a tuhosti se vypočítá únosnost pro zbytkový průřez s uvážením poklesu parametrů pevnosti a tuhosti.
  
• Při užití obecné metody se uvažuje stav teploty a vlhkosti v kterémkoliv bodě zbytkového průřezu a také vztah mezi parametry pevnosti a tuhosti materiálu na jedné straně, a teploty a vlhkosti na druhé straně.
  

Obecně platí, že čím se použije složitější metoda, tím vycházejí příznivější hodnoty požární odolnosti. Požární odolnost dřevěných konstrukcí je v současnosti velmi diskutovaným tématem a je možno konstatovat, že obecná představa veřejnosti o chování dřeva při požáru je zkreslená. Dřevo lze zapálit, může vyživovat oheň a dále ho šířit pomocí prchavých plynů, vznikajících při vysoké teplotě. Proces zuhelnatění dřeva je však odhadnutelný a šíření plamene lze omezit impregnací nebo povrchovou úpravou. U průřezů s nejmenším rozměrem 35 mm povrch dřeva vystavený požáru zuhelnatí a odhořívá stálou rychlostí. Uvnitř zbytkového průřezu zůstává pevnost a tuhost dřeva v zásadě beze změny a únosnost konstrukčního prvku po určité době požáru se proto může určit na základě zbytkového průřezu. Z tohoto důvodu se velké průřezy lepeného lamelového dřeva chovají při požáru mimořádně příznivě (viz obr. 3), zatímco menší průřezy, např. prvky příhradových vazníků, se musí přiměřeně chránit.

ČSN P ENV 1995-2 obsahuje pravidla pro navrhování dřevěných lávek a mostů. V této normě je zpracována tato problematika nad rámec ČSN P ENV 1995-1-1:

• základů navrhování dřevěných lávek a mostů z hlediska návazných norem a dílčích součinitelů vlastností materiálů;
  
• vlastností dřeva s ohledem na vliv povětrnosti, délky trvání zatížení a vnesených napětí např. od předpínacích sil;
  
• trvanlivosti dřeva a ochrany kovových a dřevěných částí před povětrností a mechanickým opotřebením;
  
• základů konstrukční analýzy především ve vztahu k roznášení zatížení a modelování různých mostovek ze dřeva;
  
• vyztužování dřevěných prvků jinými materiály, např. skleněnými a uhlíkovými vlákny, nebo ocelí;
  
• provádění různých mostovkových desek ze dřeva včetně předpjatých - viz obr. 4;
  
• kmitání lávek a mostů způsobeného chodci, vozidly a větrem;
  
• únosnosti spojů v mostních konstrukcích (pro tyto spoje platí odlišná pravidla oproti spojům dřevěných konstrukcí pozemních staveb);
  
• kompozitních dřevobetonových konstrukcí;
  
• posouzení dřevěných prutů a spojů na únavu;
  
• ocelových tyčí vlepovaných do dřeva.

Při navrhování dřevěných mostních konstrukcí je klíčovým problémem zajištění jejich životnosti. Všechny otázky ochrany a údržby dřeva je třeba uvážit již v průběhu zpracování projektu lávky či mostu. Dřevo jako přírodní materiál je součástí koloběhu růstu a rozkladu. Jedním ze způsobů, jak přerušit tento koloběh a chránit dřevo, je udržovat ho suché. Vedle dřeva je třeba se zaměřit na ocelové spojovací prostředky. Hlavním důvodem poškození dřevěných lávek a mostů dřevokaznými houbami je téměř vždy špatná konstrukce detailů a zanedbaná údržba. Konstrukci detailů mostních konstrukcí ze dřeva je třeba věnovat mimořádnou pozornost - viz obr. 5.

U realizovaných dřevěných lávek a mostů je nutné důsledně provádět periodickou prohlídku a údržbu celé mostní konstrukce jednou za tři až pět let. Prohlídky a údržby by přitom měly být zaměřeny na:

• zvětrávání nátěrů dřevěných prvků;
• trhliny ve dřevu;
• delaminaci částí z lepeného lamelového dřeva;
• mechanické poškození prvků;
• vznik plísní a hniloby;
• koncentraci prachu, hlíny, poletovin a dalších nečistot.

Závěr

Protože jak ČSN 73 1701, tak i Eurokód 5 vycházejí z teorie mezních stavů, je přechod od ČSN 73 1701 k Eurokódu 5 bezproblémový. V koncepci navrhování není prakticky žádný rozdíl, pouze nepatrně se liší některé značky. Větší náročnost některých návrhových postupů podle Eurokódu 5 je kompenzována přesnějšími výsledky a možností přesněji definovat okrajové podmínky.

Vzhledem k tomu, že u všech částí Eurokódu 5, zavedených u nás jako ČSN P ENV, existují podrobné Národní aplikační dokumenty České republiky, je jejich používání možné v celém rozsahu jejich platnosti.

Tento článek byl zpracován za podpory projektu EU OC E24 "Spolehlivost dřevěných prvků a spojů".

Doc. Ing. Petr Kuklík, CSc.
Ing. Anna Kuklíková, Ph.D.
ČVUT v Praze, Fakulta stavební