Kovové stropy

Ocel je tradičním materiálem používaným pro stropní konstrukce. Konstrukčně kovové stropy dělíme do dvou základních skupin:

• nosníkové kovové konstrukce – tvořené ocelovými nosníky – stropnicemi a stropními deskami, tvarovkami,

• deskové kovové konstrukce – nosnou konstrukci tvoří ocelový profilovaný plech, který přenáší celkové zatížení nebo spolupůsobí s nadbetonovanou deskou (ocelobetonové spřažené stropy).

Ocelové stropní prvky se dopravují na stavbu většinou v konečných rozměrech dle projektové dokumentace a na stavbě se montážně stykují sváry nebo šrouby, popřípadě nýty.

Obr. 1: Kovová nosníková konstrukce stropu

Obr. 2: Desková kovová konstrukce stropu

Výhody ocelových stropů

• velká únosnost a malá hmotnost vlastní ocelové konstrukce,

• snadná a rychlá montáž,

• možnost snadné recyklace kovového materiálu,

• lze je použít pro velká rozpětí a zatížení,

• montáž není omezena klimatickými podmínkami,

• dostatečná okamžitá únosnost stropní konstrukce (u spřažených stropů plné hodnoty únosnosti je dosaženo po zatvrdnutí a dozrání nadbetonávky),

• výhodná kombinace stavebních materiálů u spřažených ocelobetonových stropů – ocel přenáší tahová napětí v tažené části průřezu a beton přenáší tlak v tlačené části průřezu, zvyšuje se tuhost konstrukce a snižuje spotřeba oceli, umožňuje realizovat nižší stavební výšku stropu.

Nevýhody nosníkových montovaných tropů

• malá požární odolnost (při teplotě vyšší než 350 °C se pevnost oceli rychle snižuje a při dosažení teploty nad 500 °C dochází ke ztrátě pevnosti a zhroucení konstrukce) – nutné protipožární nástřiky, obklady, obetonování aj.

• koroze oceli – ovlivňuje životnost ocelových konstrukcí, nutná antikorozní ochrana, která může být provedena nátěry, povlaky, keramickými smalty nebo pokovováním (v případě obetonování ocelové konstrukce působí beton jako antikorozní ochrana)

• horší akustické schopnosti – vzhledem k malé hmotnosti ocelových prvků – částečně odstraňují spřažené ocelobetonové stropy

• vyšší cena základního materiálu

Nosníkové ocelové stropy

Nosná konstrukce těchto stropů je tvořena ocelovými nosníky – stropnicemi, ostatní části stropu mají funkci ochrannou (protipožární, antikorozní), stavebně fyzikální (akustickou, tepelně technickou) a architektonickou. Stropnice podepírají stropní desku buď monolitickou nebo montovanou z prefabrikovaných betonových nebo keramických či jiných dílců, klenbu pro malé rozpětí nebo plechobetonovou desku, která je vybetonovaná do profilovaného plechu. Lze vytvořit také spřažené ocelobetonové stropní konstrukce, kde je ocelový nosník spřažený prostřednictvím ocelových trnů s nabetonovanou deskou.

Ocelové nosníky jsou z válcovaných, příhradových nebo plnostěnných svařovaných profilů. Při navrhování stropnic i průvlaků je nutno posoudit riziko klopení. Ocelové nosníky lze použít také jako průvlaky pro větší rozpětí, takže pak podporují vlastní konstrukci stropu.

Nejčastěji používané jsou válcované nosníky průřezu „I“ (tzv. traverzy) které mají osovou vzdálenost v rozmezí 0,9 – 3 m v závislosti na konstrukci desky. Ocelové nosníky průřezu I se válcují 80 až 600 mm vysoké, a proto se mohou traverzové stropy při zachování dostatečné tuhosti a s minimálním průhybem použít pro velmi značná rozpětí (10 i více metrů).

Druhy stropu s ocelovými nosníky:

• Stropy s ocelovými nosníky a valenými klenbami – jedná se o zděnou klenbu valenou do ocelových nosníků v osových vzdálenostech do 2 m. Mezi ocelové nosníky se vložil posuvný dřevěný ramenát, na který se vyzdívala klenba z plných nebo dutinových cihel na vápenocementovou maltu (později se na příruby nosníků nasazovali keramické patky). U varianty těchto stropů s malým vzepětím (30 – 50 mm) tzv. přímé klenby se dosáhlo rovného podhledu vyrovnáním omítkou. Osová vzdálenost ocelových nosníků byla u těchto stropů 750 – 1250 mm. Na dolní přírubu se předem připevnilo pletivo pro uchycení omítky a klenba a příruba se omítla. Výhodou těchto stropů byla nízká konstrukční výška stropu, poměrně rychlé a snadné provádění, odolnost proti ohni. V současné době se s těmito stropy setkáváme hlavně při rekonstrukcích starších budov.

 

Obr. 3: Příklad valené klenby do ocelového I nosníku

Obr. 4: Příklad přímé klenby do ocelového I nosníku

• Stropy z ocelových válcovaných nosníků a cihelných desek (Kleinův strop) - sestávají z ocelových I profilů, mezi které se na bednění vyzdila plochá deska tloušťky 65 – 125 mm z plných nebo dutých cihel. Cihly byly kladené vodorovně a ve styčných spárách byly vyztuženy páskovou ocelí nebo kruhovou výztuží, která přenášela tahové napětí. Výztuž se pečlivě zalila cementovou maltou. Na rubu desky se provedl cementový potěr 20 – 30 mm tlustý. Deska pak působila jako vyztužený cihelný průřez. Únosnost stropu se zvyšovala zabetonováním nosníků. V současné době se s těmito stropy setkáváme hlavně při rekonstrukcích starších budov.

Obr. 5: Příklad Kleinova stropu - řez

1 – ocelový nosník, 2 – obalení spodní příruby keramickým nebo rabicovým pletivem, 3 – pásková ocel 20/1 až 30/2 mm, 4 dutá cihla, 5 – cementový potěr, 6 – obetonování vrchní části nosníku

• Strop z válcovaných nosníků a keramických desek HURDIS – jde o tradiční strop, který se dříve hojně používal, v současné době jsou ocelové nosníky nahrazovány keramobetonovými stropními nosníky nebo nosníky z jiných materiálů. Na dolní přírubu ocelových nosníků se osazují buď přímo nebo pomocí keramických patek tenkostěnné keramické stropní desky, které se vyrábějí ve dvou provedeních – s rovnými nebo skosenými boky.

• Stropy z ocelových válcovaných nosníků a železobetonových prefabrikovaných desek - tyto stropy jsou zhotovovány stejně jako stropy z keramických desek HURDIS s tím rozdílem, že jsou mezi spodní příruby ocelových nosníků vkládány železobetonové dutinové prefabrikované desky.

• Stropy z ocelových válcovaných nosníků a profilovaných plechů – tyto stropy mohou být provedeny v různých variantách v závislosti na tloušťce plechu a jeho funkci. Profilovaný plech tzv. trapézový může být jako nosná plechová deska nebo plní funkci ztraceného bednění železobetonové desky, popřípadě může být součást spřažené plechobetonové stropní konstrukce. Strop může být realizovaný pro různá rozpětí (od 1,5 m do 4,0 a více metrů). Ke spodním nebo horním přírubám ocelových nosníků jsou plechy přivařeny přes příložku nebo jsou spojeny závitořeznými šrouby popřípadě trny většinou ve vzdálenosti asi 300 mm tak, aby byly stropnice zajištěny proti klopení. Profilované plechy jsou tvarované za studena s vlnami o výšce 30 až 160 mm, které na sebe snadno navazují překrytím v příčném i podélném směru. Vyrábějí se v různých tvarových a pevnostních variantách.

        

Obr. 6: Příklady průřezů profilovaných plechů

Nejčastěji se na plechy ukládá roznášecí vrstva, např. prefabrikované desky nebo monolitická výplň z prostého nebo lehkého betonu např. liaporbeton.

Obr. 7: Příklad skladby stropu z  „I“ nosníků a trapézových plechů

Je-li konstrukce stropu spřažená, vkládá se do plechů výztuž, která se k nim přivaří a připevní se spřahující trny nebo jiné spřahující prvky (zarážky, výlisky v plechu aj.). Tyto trny se přivrtají buď přímo na horní pásnici nosníku nebo se v případě zaklopení profilovanými plechy přivařují přes plechy.  Trny se umísťují v jedné nebo ve dvou řádkách ve vzdálenosti určené statickým výpočtem. Pak se provede se betonáž desky, která se spolupodílí na přenášení tlaku v horní části průřezu. Součástí stropu může být také zavěšený podhled. Stropy mají široké použití, lze je využít také při adaptacích k náhradě starých dřevěných stropů.

Obr. 8: Schéma spřaženého ocelobetonového stropu

Obr. 9: Příklady spřaženého nosníkového ocelobetonového stropu

     

     

Obr. 10, 11: Příklady ocelového nosníkového stropu s trapézovými plechy

• Stropy z plnostěnných svařovaných a příhradových ocelových nosníků  - u tohoto typu stropů se svařované a příhradové nosníky navrhují nejčastěji ve tvaru blížící se průřezu „I“ nebo v tvaru uzavřeného skříňového průřezu. Alternativou svařovaných nosníků jsou nosníky prolamované vyrobené z válcovaných nosníků rozříznutých na dvě části. Příhradové nosníky mají horní a spodní pás vyroben z úhelníků nebo z tenkostěnného plechového profilu, diagonály jsou z ploché nebo kruhové oceli. Na spodní příruby uvedených nosníků jsou uloženy prefabrikované desky nebo je provedena plechobetonová stropní deska. Stropní líc stropu může být klasicky omítnutý, opláštěný sádrokartonovými deskami nebo proveden podhled. Vzhledem k malé plošné hmotnosti je třeba do těchto stropů vkládat zvukovou izolaci.

   

Obr. 12: Příklady průřezů svařovaných ocelových nosníků

1 – svařovaný průřez, 2 – ocelová výztuha

Obr. 13: Příklady prolamovaných ocelových nosníků

1 – rozříznuto, 2 – svařeno, 3 - ocelová vložka

Obr. 14: Příklady ocelových příhradových nosníků

Ocelové stropy deskové z profilovaných plechů

Tyto stropy jsou tvořeny profilovanými plechy a vrstvou betonu. V závislosti na konstrukčním řešení, zatížení a dimenzích plechu lze realizovat stropní konstrukci s profilovanými plechy až do rozponů 6,0 – 7,0 m. Používají se více na stavby průmyslových a občanských budov.

Realizují se ve třech základních konstrukčních alternativách:

• Ocelový deskový strop přenášejí veškerá zatížení na ně působící.

• Železobetonový strop vybetonovaný do profilovaných plechů, který slouží jako ztracené bednění železobetonového žebírkového stopu. Betonová deska nespolupůsobí s plechem, působí jako jeho zatížení. Jsou vhodné pro menší rozpony. Konstrukce má větší plošnou hmotnost a tím lepší akustické vlastnosti.

• Ocelobetonový spražený strop – principem spřažených konstrukcí je, že vhodnou kombinací vlastností dvou materiálů (ocel a beton) lze docílit progresivnějších konstrukcí, než by tomu bylo při použití jen jednoho z materiálů. Profilovaný plech těchto stropů je upraven tak, aby bylo spolupůsobení s nebetonovanou deskou, takže plech se podílí na přenášení  tahu, beton přenáší tlak. Spřažená ocelobetonová konstrukce je tak vhodná i pro vícepodlažní a výškové objekty. Spolupůsobení ocelové a betonová části je uskutečněno prostřednictvím spřahujících prvků přenášejících smykové namáhání – prolisy v profilovaném plechu, samosvěrné profily (třecí spojení), navařená výztužná síť na vlnách plechu. Spřažení se doplňuje o koncové kotvení plechů přivařením ocelových trnů v místech ocelových nosníků. Tloušťka betonu nad vlnami plechu je min. 40 mm. Minimální celková tloušťka spřažené stropní konstrukce je 80 mm. Spřažené ocelobetonové stropní konstrukce vynikají především jednoduchostí a rychlostí vlastní výstavby. Spřažení mezi plechem a betonem zajišťuje dostatečnou nosnost i bez dalšího vyztužování betonu. Systém dále doplňuje pouze o konstrukční výztuž.

Obr. 15: Příklady spřažení profilovaného plechu s ŽB deskou

A – prolisy v profilovaném plechu, B – samosvorné profily, C – navařená výztužná síť, D – koncové kotvení plechů pomocí ocelových trnů.

 

Zdroje

• HÁJEK, Petr a kol. Pozemní stavitelství II. pro 2. ročník SPŠ stavebních. Praha: Sobotáles, 2007. ISBN 978-80-86817-22-4.
•  HÁJEK, Václav a kol. Pozemní stavitelství II. pro 2. ročník SPŠ stavebních. Praha: SNTL, 1980.
• NOVOTNÝ, Roman. Technologie, část II. Studijní text pro tříletý učební obor zedník vzniklý v rámci projektu Obnova a modernizace technických oborů v Olomouckém kraji. 2011.
• TIBITANZL, Otomar, František KODL. Stavební technologie II pro 2. ročník SOU. Praha: SNTL, 1985.
• AUTOR NEUVEDEN. Stropní konstrukce [online]. [cit. 2014-08-15]. Dostupný na WWW: http://www.elearn.vsb.cz/archivcd/FAST/PS2/stropni-konstrukce.html.
• AUTOR NEUVEDEN. Technologický postup montáže stropu HURDIS [online]. [cit. 2014-11-15]. Dostupný na WWW: http://www.winklmann.cz/technologicky-postup-montaze-stropu-hurdis.aspx.
• HÁJEK, Petr, Ctislav FIALA. Konstrukce pozemních staveb - komplexní přehled [online]. [cit. 2014-08-15]. Dostupný na WWW: http://www.ib.cvut.cz/sites/default/files/Studijni_materialy/KPKP/Hajek_Fiala_KPKP_skripta.pdf.
• PEXOVÁ, Jana. Vodorovné konstrukce - stropní konstrukce [online]. [cit. 2014-08-16]. Dostupný na WWW: http://www.skoleni-kurzy.eu/ke_stazeni/1/prednasky_ke_stazeni/07_PST-Stropy.pdf.

Obrázky:

• Obr. 1, 2, 12, 13, 15: HÁJEK, Petr a kol. Pozemní stavitelství II. pro 2. ročník SPŠ stavebních. Praha: Sobotáles, 2007. ISBN 978-80-86817-22-4.
• Obr. 3, 4: HÁJEK, Václav, a kol. Pozemní stavitelství II. pro 2. ročník SPŠ stavebních. Praha: SNTL, 1980.
• Obr. 5: TIBITANZL, Otomar, František KODL. Stavební technologie II pro 2. ročník SOU. Praha: SNTL, 1985.
• Obr. 6, 14: AUTOR NEUVEDEN. Stropní konstrukce [online]. [cit. 2014-08-16]. Dostupný na WWW: http://www.elearn.vsb.cz/archivcd/FAST/PS2/stropni-konstrukce.html.
• Obr. 7: HÁJEK, Petr, Ctislav FIALA. Konstrukce pozemních staveb - komplexní přehled [online]. [cit. 2014-08-15]. Dostupný na WWW: http://www.ib.cvut.cz/sites/default/files/Studijni_materialy/KPKP/Hajek_Fiala_KPKP_skripta.pdf.
• Obr. 8: PEXOVÁ, Jana. Vodorovné konstrukce - stropní konstrukce [online]. [cit. 2014-08-16]. Dostupný na WWW: http://www.skoleni-kurzy.eu/ke_stazeni/1/prednasky_ke_stazeni/07_PST-Stropy.pdf.
• Obr. 9: AUTOR NEUVEDEN. Ocelové konstrukce [online]. [cit. 2014-08-16]. Dostupný na WWW: http://fast10.vsb.cz/odk/prednasok/prednaska7.pdf.
• Obr. 10, 11: Pokud není uvedeno jinak, obrázky jsou z archívu autora.
• Obr: 16: AUTOR NEUVEDEN. Stropní desky [online]. [cit. 2014-11-15]. Dostupné z: http://www.profiblok.cz/sortiment/PROFIBLOK/stropni-vlozky.html#nav.