Aké sú maximálne rozpätia predpätých panelov? Technický prehľad pre projektantov a statikov

Pri návrhu moderných stavieb, či už ide o rezidenčné objekty s otvorenými dispozíciami alebo priemyselné haly, je otázka voľného rozponu kľúčová. Predpäté stropné panely (Spiroll) predstavujú špičku v efektivite horizontálnych nosných konštrukcií. V PREFA Michalovce vyrábame prvky, ktoré posúvajú hranice možností bežného železobetónu.

V tomto technickom prehľade sa pozrieme na limity rozponov, vzťah medzi hrúbkou panelu a jeho únosnosťou a faktory, ktoré definujú výsledný statický návrh stropnej tabule.

Prečo predpätie prekonáva monolitické riešenia?

Hlavným limitom klasického železobetónového monolitického stropu je jeho vlastná tiaž. Pri väčších rozpätiach monolit "nesie sám seba" a na úžitkové zaťaženie ostáva len minimálna rezerva.

Predpäté panely využívajú vysokopevnostné oceľové laná, ktoré do betónového prierezu vnášajú tlakovú predpätosť. Táto sila eliminuje ťahové napätia vznikajúce od vlastnej tiaže a prevádzkového zaťaženia, čo dovoľuje:

• Subtílnejšie konštrukcie: Menšia hrúbka stropu pri zachovaní vysokej únosnosti.
• Extrémne rozpätia: Výrazne väčšie voľné rozpony bez potreby vnútorných podpier alebo prievlakov.
• Efektívny priehyb: Aktívne predpätie minimalizuje deformácie (priehyb) konštrukcie.

Vzťah hrúbky panela a maximálneho rozponu

Maximálne rozpätie je vždy funkciou hrúbky panelu a charakteristického plošného zaťaženia (qk). V našom výrobnom závode v Michalovciach sa zameriavame na najžiadanejšie hrúbky pre rôzne segmenty výstavby:

Kľúčové faktory ovplyvňujúce statický návrh

1. Rozpätie a štíhlosť konštrukcie

Základným východiskom návrhu je pomer rozpätia k hrúbke panelu (štíhlosť). So zväčšujúcim sa rozpätím klesá dovolené užitkové zaťaženie.

• Optimalizácia: Projektant musí hľadať rovnováhu medzi výškou panelu a vystužením. Ak to podmienky dovoľujú, je staticky aj ekonomicky výhodnejšie použiť menej vystužený panel väčšej hrúbky, než tenší panel s maximálnym počtom lán.
• Limitné stavy: Návrh musí vyhovieť Medznému stavu únosnosti (MSÚ – ohybový moment, šmyk) a Medznému stavu použiteľnosti (MSP – priehyb, šírka trhlín, vibrácie),.

1. Vystuženie a poloha predpínacích lán

Únosnosť panelu je definovaná počtom, priemerom a polohou lán (dolné ťahané, horné konštrukčné/tlačené).

• Typ vystuženia: Vyrábame rôzne stupne vystuženia pre rovnakú hrúbku (napr. SP200 0/5, SP200 0/7), čo umožňuje optimalizovať návrh pre konkrétne zaťaženie,.
• Krytie lán: Poloha lán (krytie) zásadne ovplyvňuje nielen statickú únosnosť, ale aj požiarnu odolnosť. Vyššie krytie zvyšuje požiarnu odolnosť, ale znižuje efektívnu výšku prierezu a tým aj únosnosť.

1. Otvory a prestupy (Oslabenia)

Otvory sú kritickým bodom návrhu, pretože prerušujú betónový prierez a často aj predpínacie laná.

• Malé prestupy: Je možné vŕtať do dutín bez statického posúdenia, pokiaľ nezasiahnu nosné rebrá (stojiny) a laná,.
• Veľké otvory: Ak otvor znižuje únosnosť o viac ako 15 % alebo pretína laná, vyžaduje statické posúdenie. Všeobecne platí, že v poli by otvory nemali presiahnuť 1/4 dĺžky dielca a v podporovej oblasti sú ešte prísnejšie obmedzenia.
• Výmeny: Otvory širšie ako šírka panelu (zvyčajne 1,2 m) sa riešia vynechaním panelu a vložením oceľovej výmeny, ktorá prenáša zaťaženie na susedné panely.

1. Vzopätie (Nadvýšenie)

Predpäté panely majú prirodzené vzepätie smerom nahor vplyvom predpínacej sily.

• Faktory: Hodnota vzepätia závisí od počtu lán, sily predpätia, doby skladovania (dotvarovanie betónu) a veku panelu.
• Rozdielne vzepätia: Pri návrhu treba počítať s tým, že susedné panely s rôznym vystužením alebo dĺžkou môžu mať rozdielne vzopätie, čo treba korigovať pri montáži alebo vyrovnávacou vrstvou.

1. Spôsob uloženia a podopretia

Korektný prenos síl do zvislých konštrukcií je podmienený správnym uložením.

• Dĺžka uloženia: Minimálna dĺžka uloženia je zvyčajne 100 mm (resp. L/100), pri murive s nižšou pevnosťou sa odporúča až 150 mm.
• Lôžko: Panely sa musia ukladať na vyrovnaný podklad, zvyčajne do lôžka z cementovej malty (hr. 10 mm) alebo na gumové pásy, aby sa predišlo lokálnemu drveniu hrán.

1. Spolupôsobenie a tuhá doska (Diafragma)

Pre zabezpečenie priestorovej tuhosti objektu a prenos vodorovných síl (vietor, seizmicita) musia panely pôsobiť ako tuhá doska.

• Zálievka: Škáry medzi panelmi musia byť vyplnené betónom predpísanej triedy (min. C20/25 Dmax 8 mm).
• Vencová výstuž: Prepojenie panelov so stužujúcim vencom pomocou zálievkovej výstuže a strmienkov je nevyhnutné pre vytvorenie membránového efektu.
• Nadbetonávka: V prípade veľkých bodových zaťažení alebo seizmických požiadaviek môže byť nutné navrhnúť spriahajúcu železobetónovú dosku (nadbetonávku) vystuženú sieťovinou.

1. Požiarna odolnosť

Návrh musí zohľadňovať požadovanú požiarnu odolnosť (REI).

• Dutinové panely bežne dosahujú odolnosť 45 až 60 minút. Pre vyššie hodnoty (napr. 90 a viac minút) je nutné zväčšiť krytie výstuže (čo znižuje nosnosť) alebo použiť dodatočnú ochranu podhľadom.

1. Preprava a montáž

Statik musí zohľadniť aj manipulačné štádia.

• Panely sú namáhané dynamickými účinkami pri doprave a zdvíhaní. Musia byť navrhnuté tak, aby nedošlo k porušeniu (napr. trhliny v hornej časti pri veľkom konzolovom vyložení pri manipulácii) ešte pred zabudovaním.

Technická podpora pre projektantov

V PREFA Michalovce chápeme špecifiká návrhu prefabrikovaných konštrukcií. Našim partnerom z radov architektov a statikov ponúkame plnú súčinnosť:

• Vypracovanie kladačského plánu: Optimalizujeme delenie panelov pre konkrétny pôdorys.
• Poskytnutie technických listov: Presné tabuľky únosnosti pre jednotlivé typy panelov a schémy vystuženia.
• Konzultácia detailov uloženia: Štandardné uloženie na murivo (min. 100 mm) alebo na oceľové/betónové prievlaky.

Záver: Priestor bez obmedzení

Zatiaľ čo monolitické konštrukcie fungujú ako jeden tuhý 3D celok, predpäté panely ponúkajú lepšiu ekonomiku a logistiku. Prekonávajú monolit najmä vtedy, keď je požiadavka na rýchlosť výstavby, minimalizáciu mokrých procesov na stavbe a vytvorenie veľkých otvorených dispozícií bez zbytočných stĺpov a prievlakov. Ako uvádza jeden zo zdrojov, návrh panelov ako obyčajnej náhrady monolitu ("emulácia") je často nesprávnym prístupom – ich skutočná sila je v špecifickej filozofii návrhu, ktorá využíva výhody industrializácie a predpätia.