Vegetační střechy a jejich statické požadavky

Základní informace o vegetačních střechách

Výhody a nevýhody vegetačních střech
Základní výhodou vegetačních střech je vytvoření přírodního, zeleného prostředí na ploše stavby. Střecha tak není jen nevyužitou plochou, ale ozeleňuje stavbu a zlepšuje klima v okolí, zejména u městské zástavby. Z technického hlediska se snižuje teplota povrchu střechy a střešního pláště. Jsou také lépe chráněny konstrukční vrstvy střechy proti rozmarům klimatu. Vrstva tzv. vegetačního souvrství zadržuje déle a více vodu na střeše oproti řešení pouze se střešní krytinou. Výhodou je také možnost vytvoření přírodního pobytového a rekreačního prostoru na střeše stavby.

Vegetační střechy však mají i svá negativa. Ta spočívají v složitějším technickém provedení, větší hmotnosti střešních souvrství oproti běžným střechám, a tudíž v zesílené nosné konstrukci. Důležité je také dodržení provozních a bezpečnostních podmínek pro pobyt osob na střeše. Nutná je rovněž související zahradnická údržba a v případě intenzivních vegetačních střech i systém pro zalévání v době sucha.

Extenzivní a intenzivní vegetační střecha

• Extenzivní vegetační střecha je výrazem pro typ střechy s malou potřebou údržby vegetačního porostu a nenáročnými rostlinami. Má nízkou vrstvu růstové zeminy, která představuje několik desítek mm (většinou) lehčeného substrátu pro nízké a nenáročné rostliny nebo vybrané traviny. Tloušťka substrátu se obvykle pohybuje mezi 40 mm až 150 mm. Je možno ji rozdělit na velmi nízké vrstvy (pod 60 mm) a nízké vrstvy (60–80 mm), využitelné převážně pro rozchodníky, a středně vysoké (100 až 120 mm) až vysoké vrstvy (150–200 mm) použitelné pro trávy a byliny.
• Intenzivní vegetační střecha představuje velkorysejší řešení ozelenění s vyššími rostlinami a, jak název napovídá, s intenzivnějšími porosty. Je také často řešena jako místo pro relaxaci a pohyb osob. Bývá proto označována jako střešní zahrada. Pro intenzivní střechy se užívá tloušťka vrstvy substrátu nad 300 mm a pohybuje se až k jednomu metru i více, v závislosti na potřebách pro růst větších rostlin, stromů anebo na celkovém řešení střešní zahrady.
• U polointenzivních střech se výška substrátu pohybuje přibližně mezi
  150 a 300 mm. Takto je realizováno velké množství střech, neboť se jedná o kompromisní řešení mezi požadavky na zeleň a tíhu substrátu.

Tloušťky vrstev vegetačního souvrství pro jednotlivé typy střech jsou uvedeny v tab. 1.

Základní technické a stavební provedení vegetační střechy
Technické řešení vegetační střechy sestává ze dvou základních částí – vegetačního souvrství a stavebního řešení střešního pláště a jeho nosné konstrukce. Skladba vrstev jednotlivých částí střechy je patrna z obr. 2.

Požadavky na nosnou konstrukci vegetační střechy

Vodorovná nebo popřípadě sklonitá nosná konstrukce pro vegetační střechu může být navrhována z obvyklých železobetonových, ocelobetonových, ocelových nebo popř. i dřevěných nosných prvků za použití současných platných návrhových norem a stanovení působícího zatížení. Konstrukční systém střechy a její schéma je předmětem odborného návrhu projektanta. Návrh střechy může vycházet z představy architekta a vhodné je též doporučení nebo návrh zahradníka.

Navýšení zatížení střechy
U vegetační střechy dochází k výraznému zvýšení zatížení vodorovných střešních nosných konstrukcí. Zvýšení celkového zatížení může u vegetační střechy dosáhnout i více než dvojnásobné hodnoty oproti běžné ploché střeše. Navýšené zatížení vytváří jednak vrstva zeminy – substrátu pro růst rostlin a hmotnost vegetace, ale i zesílená vlastní konstrukce střechy, doplněná o izolační a separační vrstvy a zvýšené užitné zatížení u pobytových vegetačních střech určených pro trvalý přístup osob. Zvláště intenzivní vegetační střechy vyžadují vyšší skladbu souvrství a složitější stavebně-technické řešení včetně odvodnění. Tloušťka souvrství je uvedena v tab. 1. Statik musí započítat veškeré tíhy na základě údajů k výpočtu zatížení. K tomu je nutno připočítat i mobiliář, pokud se na střeše bude vyskytovat. Jedná se například o lavičky a různá zařízení. Na střeše se mohou nacházet i další konstrukce, např. pro voltaická zařízení nebo ocelové plošiny. Samozřejmě nelze opomenout účinky klimatických zatížení, zejména od vody zadržené v substrátu, sněhu, a to i navátého. Změní se i součinitel drsnosti povrchu střechy, a tedy i účinky větru. To vše ve výsledku vyvolává také požadavky na silnější a dražší nosné konstrukce.

Celkové zatížení střechy na 1 m² může kolísat podle účelu střechy a tloušťky substrátu mezi 7 až 14 kN/m², ale je možno dosáhnout i vyšších hodnot.

Příklady možných zatížení střechy včetně srovnání se střechou bez vegetační úpravy jsou uvedeny v tab. 2. Je patrný nárůst zatížení od 15 do 85 % oproti střeše bez vegetace. Zajímavé je, že přitížení a kryt střechy z valounků nebo štěrku může mít stejnou tíhu jako extenzivní vrstva substrátu vegetační střechy. Nepochozí vegetační střecha podle srovnání vychází cca o 25 % těžší než střecha bez vegetace a přibližně o 10 % těžší oproti střeše se štěrkovým zásypem. U pochozích střech vychází nárůst zatížení výrazně vyšší.

Tíha substrátu
Zatížení od substrátu, tj. tloušťky růstové zeminy, odvisí od typu rostlin na střeše. Příklady jsou uvedeny na obr. 3 a v tab. 3. Můžeme rozlišit skupinu s tloušťkou vrstvy 80 až 100 mm pro rozchodníky, 150 až 200 mm pro trávy, 150 až 300 mm pro trvalky a větší tloušťky pro další rostliny, od 500 až 700 mm pro keře nebo i stromy. Pro vegetační střechu je důležitá nejen tloušťka substrátu, ale i jeho objemová hmotnost. Z hmotnostních důvodů je vhodné, aby byl substrát lehčí než běžná hlína nebo zahradnická zemina. Vlhký substrát může mít objemovou hmotnost 1 100, 1 200, 1 400 nebo 1 600 kg/m³. Zemina má objemovou hmotnost vyšší, mezi 1 800 až 2 200 kg/m³, a proto se běžně nepoužívá. Přehled užívaných substrátů je uveden v tab. 5. Pro vegetační substrát jsou udávány objemové hmotnosti v suchém a mokrém stavu. A právě stav vodou nasyceného substrátu je potřeba pro výpočty uvažovat. Nabízeny jsou i substráty s objemovou hmotností nižší, než je objemová hmotnost vody. Většinou se jedná o suchý stav substrátu. Je nevhodné tyto substráty samostatné použít do statického řešení střechy jen z důvodu jejich příznivé nízké objemové hmotnosti, jež je udávána od 400 do 1 000 kg/m³. Tyto substráty nemohou při zaplavení za deště samostatně fungovat a je nutné jejich stálé a stabilní ukotvení, stabilizování, nebo přitížení, a to za vy­užití dalších odborných a zahradnických zkušeností.

Objemové hmotnosti vegetačních substrátů jsou uvedeny v tab. 3. Uvedené údaje jsou získány z technických listů materiálů odborné sekce Zelené střechy při SZÚZ (Svaz zakládání a údržby zeleně).

Pro zjednodušení úvah o objemových hmotnostech v nasyceném stavu vychází jako optimální: 

• extenzivní střecha: 150 kg/m³ (tloušťka vegetačního souvrství 100 mm);
• polointenzivní/biodiverzní střecha: místy až 250 kg/m³ (mocnost až 200 mm);
• intenzivní střešní zahrada: od 300 kg/m³ (trávník) výše až po 1 000 kg/m³. 

Vlastní porost na střeše
Rostliny na vegetační střeše vytvářejí z hlediska zatížení větrem drsný povrch. Větrem jsou namáhány i vzrostlé rostliny a dřeviny u intenzivních střech. U objemnějších dřevin a keřů se se dále jedná rovněž o lokální účinky od vlastní tíhy porostu, u hustých souvislých porostů o rovnoměrné pásy zatížení. Jelikož není podrobnější normativní upřesnění, je na uvážení statika, jak tyto účinky stanoví a využije při návrhu nebo posouzení střechy. Pro výpočty lze užít metodiky Eurokódu, údajů v původní ČSN 73 0035 a jiné dostupné literatury. Možné tíhy porostu jsou uvedeny v tab. 3.

Voda ve střeše
Zvýšení zatížení vegetační střechy je způsobeno také množstvím vody, zachycené ve vegetačním souvrství. I v běžném stavu je nutné uvažovat s určitou minimální tloušťkou zvodnění zejména substrátu. Při velkých nebo dlouhodobých vodních srážkách jsou plně saturovány i ostatní vrstvy vegetačního souvrství. Hrozí také výrazně větší nebezpečí ucpání nebo zasycení odtokových otvorů než u běžných střech. Toto zatížení není uváděno v normách a statik jej musí s dostatečnou bezpečností odhadnout. I krátkodobé přetížení může konstrukci ohrozit, protože vegetační střecha prakticky neumožňuje kontrolu stavu uvnitř skladby střechy. V souladu s novelou normy pro navrhování střech ČSN 73 1901 z konce roku 2020 je třeba uvažovat s vrstvou vody na střeše při výrazných deštích. Je třeba uvažovat i promrznutí vodou nasáklého substrátu a následné zatížení sněhem. Promrznutí substrátu vyvolává i horizontální tlaky na konstrukce lemující zeminu. Navíc může mrazem dojít k omezení či zamezení odtoku vody a jejímu hromadění.

Současným trendem je využívání a kon­struová­ní tzv. modrých střech. Ty představují úpravy ve střešních vrstvách, aby docházelo k zadržení vody přímo na střeše. Konstrukčními úpravami je prodlužována dráhy pro odtok vody ze střechy nebo i vytvoření kapes a nádržek pro její dočasné zadržení. Celá úprava přináší větší nároky na nosnou konstrukci střechy způsobenou tíhou akumulované vody.

Navrhování nosné konstrukce pro vegetační střechy
Pro návrh zatížení na vegetační střeše uvažujeme s vlastní tíhou stavebních konstrukcí, tíhou růstového substrátu a zatížení sněhem a větrem. Pro pochozí vegetační střechy pak s užitným zatížením, pro nepochozí vegetační střechy se zatížením pro údržbu.

Novou i upravovanou střechu posuzujeme na únosnost, tj. na mezní stav únosnosti v ohybu a ve smyku. Dále konstrukci posuzujeme na deformace, tj. průhyby, a případně na další mezní stavy použitelnosti.

Pro střechu se vypracují i provozní podmínky, které zahrnují také požární a bezpečnostní řešení. Jedná se o provozní řád včetně údajů o maximálním zatížení na 1 m2 nebo o počtu osob. Údaje jsou třeba pro bezpečný pohyb a případný únik osob ze střechy.

Nové vegetační střechy
Nové vegetační střechy dnes můžeme běžně navrhnout a realizovat z kvalitních moderních stavebních materiálů. Celková skladba vrstev vegetační střechy je, jak již bylo zmíněno, složitější, těžší a vyšší než u řešení střech bez vegetační úpravy. Nosnou konstrukci pod střechou proto patřičně zesílíme. Rozměry ostatních stavebních konstrukcí přizpůsobíme požadavkům skladby a řešení střechy.

Užitné zatížení na vegetační střeše
Vegetační střecha je často spojena i s pohybem osob a instalací různých pobytových zařízení. Tím na střeše působí kromě její vlastní tíhy další zatížení. Výše působícího proměnného zatížení je dána normami, účinek je pro jednoduchost převeden na rovnoměrné užitné zatížení a bodová břemena. Různorodost zatížení by bylo složité jinak stanovit. Pro pohyb osob může činit mezi 1,5 až 5 kN/m², a to podle účelu užívání prostoru střechy. Jinak tomu bude u bytu s užitným zatížením právě 1,5 kN/m² a jinak u veřejně přístupného volného prostoru pro pohyb osob s hodnotou až 5,0 kN/m². Právě tato vysoká hodnota užitného zatížení 5,0 kN/m² odpovídá kategorii ploch v budovách označené v normě ČSN EN 1991-1-1 jako C3 a určené pro plochy bez překážek pro pohyb osob. Část z této hodnoty však může platit pro mobiliář instalovaný na střeše, jako jsou lavičky, stolky nebo zábrany. Výrazná zatížení přenášená na střechu bodově započítáme samostatně. Jedná se např. o přemísťované stojany, lampy nebo velmi velké květináče s rostlinami.

Za minimální hodnotu užitného zatížení ploch pochozích střech u bytů lze považovat 1,5 kN/m², mimo byty je možno považovat za nejnižší hodnotu 3 kN/m². Tato hodnota bude také nejnižší při spojení střechy nebo terasy s balkonem, kde právě 3 kN/m² jsou nejnižší předepsanou normovou hodnotou zatížení pro balkony v kategorii ploch označených v normě A, tj. pro obytné plochy a plochy pro domácí činnosti (tab. 6.2 ČSN EN 19991-1-1). Z uvedeného vyplývá, že musíme rozlišit, zda pochozí střecha přiléhá pouze k bytu, nebo je veřejně přístupným prostorem v bytovém domě.

Vegetační střechy na starších stavbách

Umístění vegetační střechy na na starší budově však může narazit na problém nízké únosnosti původní střešní konstrukce. Tyto starší stavby většinou nemají tak únosné střešní konstrukce, jež by přenesly zvýšené zatížení od vrstev vegetačních střech. V minulosti tyto střechy nebyly na vyšší zatížení navrhovány. Byly dimenzovány pouze na obvyklé klimatické účinky na střeše, tj. od tíhy sněhu a na účinky větru. Uvažovaly se jako nepochozí s hodnotou užitného zatížení pro opravy 0,75 kN/m² nebo tíhy sněhu podle sněhové oblasti. Při plánování vegetační střechy na starší budovu je proto třeba nejprve prověřit únosnost stávající střešní konstrukce a její technický stav.

Pro určení původních materiálů nosných konstrukcí a jejich technických vlastností využíváme norem ČSN ISO 13822 a ČSN 73 0038, kde jsou uvedena například původní značení pro betony, dále typy výztuže, konstrukční oceli a jejich technické údaje potřebné pro posouzení.

Původní nosné konstrukce zatížené nově vegetační střechou musejí z hlediska dlouhodobé spolehlivosti vyhovovat současným požadavkům norem. Neplatí tudíž, že je posoudíme podle původních předpisů. Konstrukce musejí vyhovovat nejen dnes, ale i v budoucnu po následnou dobu předpokládaného užívání. Z toho jednoznačně vyplývá, že stávající konstrukce pod plánovanou vegetační střechou posuzujeme podle současných platných norem pro zatížení staveb i pro navrhování nosných konstrukcí.

Negativní výsledky posudku
Výsledek posouzení stávající konstrukce pro zřízení vegetační střechy může být negativní. Pokud únosnost původní střešní konstrukce staticky nevyhovuje, nastávají tři možnosti: odstoupení od návrhu, technicky složité zesílení konstrukce nebo vybudování nové konstrukce pro vegetační střechu. Ta může být i nad ponechanou stávající střešní konstrukcí. Řešení však klade vyšší zatížení na svislé konstrukce pod střechou. Způsob zesílení střechy nebo úprav je také vázán technickými možnostmi úpravy a stávající konstrukce i možnostmi provádění na místě.

Únosnost upravované střechy lze také omezit. Potom je třeba, aby únosnost střechy byla deklarována tabulkou instalovanou na viditelném místě a s uvedenou hodnotou možného proměnného užitného zatížení na střeše a stanovena v předpisu (provozním řádu) pro užívání.

Střechy panelových soustav
Při posuzování střech u původních panelových soustav je třeba mít na paměti, že panely u těchto soustav byly převážně navrhovány pouze na užitné zatížení v bytech, popříp. na zvýšené zatížení od příček nebo instalačních jader. Tyto panely pak byly používány i pro vodorovnou střešní konstrukci. Velká většina těchto panelů není dimenzována na poměrně velké účinky přitížení od vegetační střechy. Navíc je třeba počítat se stářím železobetonových panelů.

U panelových soustav existují dvě řešení provedení střech – jednoplášťové a dvou­plášťové. Jednoplášťové provedení je zejména u starších soustav před rokem 1970. U dvouplášťového provedení není střešní plášť většinou dimenzován na více než zatížení sněhem nebo na již zmíněné zatížené pro opravy. Určitá rezerva v zatížení může vzniknout v případech, kdy byly u střechy použity zesílené panely pro uložení prvků druhého pláště nebo pro tíhu původního násypu jednoplášťové střechy. Tíhu bývalého druhého pláště nebo dřívějšího násypu a betonové mazaniny může po zvážení statických účinků nahradit lehká tepelná izolace a vrstvy vegetačního souvrství.

Při návrhu úpravy střechy panelového domu na vegetační střechu je třeba vždy provést kvalitní odborné posouzení. Při tom je potřeba vycházet z podrobných údajů k prvkům jednotlivé použité panelové soustavy, ověřit současný vizuální a technický stav těchto prvků a provést důkladný rozbor všech působících faktorů.

Zdroje:
[1] ČSN 73 1901-1 Navrhování střech – Část 1, 2, 3.
[2] Standardy SÚZS 2019 (Svaz zakládání a údržby zeleně), odborná sekce Zelené střechy, Vegetační souvrství zelených střech – standardy pro navrhování, provádění a údržbu.
[3] ČSN EN řady 1991, tj. 1991-1-1 až 1-7.
[4] ČSN 1990:2004 (73 0002) Zásady navrhování konstrukcí.
[5] ČSN EN 1992 až 1999.
[6] ČSN ISO 13822:2014 Zásady navrhování konstrukcí – Hodnocení existujících konstrukcí.
[7] ČSN 73 0038:2019 Hodnocení a ověřování existujících konstrukcí – doplňující ustanovení.

Celý článek naleznete v archivu čísel 04/2022.