Stavební systémy nové generace, 1. díl
Vývoj společnosti na prahu Průmyslové revoluce 4.0 je provázen výraznou dynamikou změn ve všech oblastech. Pokročilé technologie vyžadují nejen častou rekvalifikaci a mobilitu pracovních sil, ale také pružné stavební systémy, které mají vysokou adaptabilitu a umožňují přemístění podle potřeby a dalšího využití v novém prostorovém a funkčním řešení i místě. Této dynamice neodpovídají možnosti současných technologií stavění, které se vyznačují zpravidla omezenou adaptabilitou, vyžadují značné náklady i rozsáhlá opatření při změně uspořádání a prakticky vylučují demontáž a přemístění.
Úvod
Zhoršování kvality životního prostředí způsobené mj. narůstajícím objemem průmyslové a stavební výroby zvyšuje tlak na zásadní snížení negativních vlivů současných výrobních i stavebních technologií a jejich náhradu tzv. „čistými“ technologiemi. Stavebnictví je jedním z průmyslových odvětví, které významně vyčerpává zásoby nerostných surovin a ve značném rozsahu se podílí na narůstající spotřebě energie a produkci škodlivých emisí a odpadu. Produkce a spotřeba oceli a betonu ve stavebnictví se v posledních padesáti letech několikanásobně, až řádově zvýšila. Výroba energeticky náročného cementu a oceli má negativní důsledky na životní prostředí a významně se podílí na zhoršování kvality ovzduší, vody a biosféry.
Stavební systémy a udržitelná výstavba
Železobetonové konstrukce patří mezi energeticky a materiálově velmi náročné technologie a konstrukce s negativním dopadem na životní prostředí. Na celkově negativním vlivu železobetonových konstrukcí na kvalitu životního prostředí se podílí nejenom jejich výroba a realizace, ale i jejich demolice, popř. následná recyklace, které vyžadují značné množství energie a produkují velký objem škodlivých látek a odpadů.
Pozitivní roli z hlediska celkového snížení negativního vlivu železobetonových staveb na životní prostředí má dosažení optimální délky životního cyklu stavby, tj. časový úsek mezi návrhem, realizací a demolicí stavby. Za optimální životnost železobetonových konstrukcí lze považovat časový úsek, při němž dochází k plnému využití životnosti železobetonové konstrukce závislé na kvalitě betonu i provedení, agresivitě vnějšího prostředí a intenzitě degradačních procesů (karbonatace betonu, koroze betonu, koroze oceli). Velmi častým případem je však zkrácení životního cyklu železobetonové stavby před vyčerpáním životnosti železobetonu její předčasnou demolicí vyvolanou změnou požadavků na využití stavby, prostorové a dispoziční uspořádání železobetonové konstrukce (obr. 1). V průběhu funkční životnosti železobetonových konstrukcí (cca osmdesát až sto let) se s velkou pravděpodobností požadavky na uspořádání konstrukce a využití stavby změní.
Negativní vliv stavebnictví na životní prostředí lze významně snížit prefabrikovanými stavebními systémy řešenými na principu tzv. IFD systémů (Industrialized, Flexible, Demountable), které umožňují plně využít fyzické životnosti železobetonových prefabrikovaných dílců (obr. 2). Koncept IFD systémů našel podporu u řady funkcionalisticky orien-tovaných architektů a projektantů zejména v Nizozemsku, skandinávských zemích, v Německu a v některých dalších zemích EU. Mezi hlavní důvody pro užití takto koncipovaných systémů umožňujících snížení celkové energetické náročnosti staveb, čerpání neobnovitelných zdrojů a produkce odpadů v pozemním stavitelství patří především důvody ekonomické, sociální a environmentální [5].
Demontovatelné prefabrikované železobetonové konstrukce spotřebují při demontáži zlomek energie a vyprodukují zlomek oxidu uhličitého a dalších negativních emisí i účinků na životní prostředí v porovnání s běžnou demolicí prefabrikované nebo monolitické konstrukce. Možnost demontáže a opětovného použití prefabrikovaných konstrukčních prvků, dílců a částí stavby v rozsahu jejich životnosti a funkčnosti, jako alternativa demolice, je významným nástrojem k dosažení udržitelné výstavby. Řešení demontovatelných stavebních systémů na principu IFD vyžaduje nový přístup při návrhu konstrukčních prvků s dlouhou životností, jejich styků a skladby, řešení kompletačních konstrukcí a technických zařízení na principu subsystémů včetně řešení celého objektu.
Opakované využití prefabrikovaných železobetonových dílců v rámci nového stavebního řešení umožňuje dosáhnout značných materiálových a energetických úspor namísto náročné demolice a následné zpravidla energeticky náročné recyklace železobetonové konstrukce na umělé kamenivo a aditiva do betonu a oceli výztuže, dochází k opakovanému využití jednotlivých prefabrikovaných dílců v souladu s jejich funkčními vlastnostmi a životností. Demontovatelnost umožňuje nové prostorové uspořádání stavby v čase – postupnou dostavbu, rozšíření nebo zmenšení stavby – podle aktuálních požadavků uživatele stavby.
Demontovatelný prefabrikovaný systém DPS
V rámci výzkumného projektu TA ČR Víceúčelový demontovatelný železobetonový prefabrikovaný stavební systém s řízenými vlastnostmi styků a možností opakovaných využití se ve spolupráci s firmami PREFA PRAHA a.s. [1] a Metrostav a.s. [2] uskutečnil rozsáhlý teoretický a experimentální výzkum a návrh demontovatelného prefabrikovaného systému v několika variantách, výroba a realizace experimentálního prototypu.
K významným znakům demontovatelného prefabrikovaného systému DPS řešeného na principech IFD patří variabilní a flexibilní řešení a uspořádání svislé nosné konstrukce – sloupů, stěn, pilířů a dalších speciálních ztužujících i funkčních dílců a častí staveb – v rámci sloupového, stěnového, pilířového, kombinovaného a integrovaného systému vícepodlažních, popř. nízkopodlažních staveb (obr. 3). Stropní konstrukce systému DPS je řešena variabilně z plných deskových, popř. dutinových, žebrových a kazetových stropních dílců, nepředpjatých, popř. předpjatých.
Charakteristickým článkem systému DPS jsou patentově chráněné demontovatelné styky nosných dílců, které jsou univerzální pro všechny varianty konstrukčních systémů DPS a které umožňují suchou montáž – sestavení, rozebrání, opakované sestavení – prefabrikované nosné konstrukce sestávající z jednotlivých tyčových, plošných, popř. prostorových dílců tak, aby dílce byly použitelné pro opakované sestavení (obr. 4). Řešení demontovatelných styků nosných prefabrikovaných dílců vychází z tolerancí dosahovaných při současné úrovni technologie výroby prefabrikovaných dílců a je ve vztahu k dimenzím, provedení a skladbě prefabrikovaných železobetonových dílců v rámci systému DPS univerzální. Koncepce řešení a uspořádání jednotlivých částí styku – zabudované části vložené do forem při výrobě dílců a spojovací články osazené při montáži – umožňuje úpravu mechanických vlastností styků (únosnost a tuhost) v závislosti na konkrétních požadavcích, rozměrech, počtu podlaží a zatížení. Jako alternativní materiálovou variantu řešení kotevních a osazovacích prvků demontovatelných styků lze vedle oceli uvažovat použití kompozitů na bázi vysokopevnostních polymerů a vláken.
Demontovatelný prefabrikovaný systém – skeletový (rámový) DPS – S1
Nosná konstrukce demontovatelného prefabrikovaného sloupového (skeletového) systému DPS – S1 pro vícepodlažní i nízkopodlažní objekty sestává z prefabrikovaných železobetonových sloupů, příčlí (průvlaků), stropních dílců, ztužujících a dalších dílců (schodiště apod.).
Celý článek naleznete v archivu čísel 04/2018.