preskočiť na hlavný obsah

Vietor - nepriateľ striech

/up/images/featured/images/strechy_vietor.png

Skutočnosti posledných období, keď vietor narobil veľké škody na stavbách a na strechách domov, nútia realizátorov zamýšľať sa nad ich dôslednou a správnou realizáciou.

Vietor je pohybujúci sa vzduch, čo je chemická zmes hlavne kyslíka, dusíka a ďalších molekúl chemických látok. Keď si molekuly predstavíme ako malé guličky, tak tieto sa voľne pohybujú v priestore a navzájom sa zrážajú, čo sa nazýva aj kinetický model plynu. Keby tieto guličky bolo vidieť voľným okom, bolo by zrejmé, že pokojný vzduch je nekonečný pohyb molekúl v rôznych smeroch. Pokojný vzduch znamená len pohyb rovnakého počtu molekúl plynu všetkými smermi. Vietor nie je nič iné, len väčší pohyb molekúl v jednom smere, čo pri náraze na povrch sa prejavuje tlakom. Keď tlak presiahne pevnosť povrchu, alebo jeho statiky, tak ho poškodí. Pri prúdení vetra okolo plochy sa prejavuje aj účinok vztlakovej sily (sacej sily), alebo negatívneho tlaku. Príčinou sacej sily je Bernoulliho efekt. To znamená, že tlak v prúdiacich médiach je menší ako v pokojnom médiu, alebo zjednodušene prenesené na vietor - tlak vzduchu vo vetre je menší ako v bezvetrí. Znázornenie princípu vztlaku vzduchu (sacieho účinku), alebo Bernoulliho efektu je na obr. 1, kde je vidieť plynové častice v neodvetranej časti strechy a odvetranej vzduchovej vrstve pri vetre. Čierne molekuly plynu tlačia na tesniacu vrstvu. Z toho vyplýva, že nie vákuum zvonku, ale tlak z vnútra konštrukcie spôsobuje strhávanie striech pri silnom vetre. Čisto fyzikálne, neexistuje žiadne "satie", je len "málo tlaku". Toto vysvetľuje aj veľkú stabilitu striech kde je bitúmenová krytina s izoláciou z penového skla. Tu nie sú takmer žiadne voľné molekuly, ktoré môžu "potlačiť" nahor fóliovú krytinu. Keď by prúdil vzduch len paralelne k strešnej rovine, na vysvetlenie postačí Bernoulliho efekt, ale na okrajoch a rohoch sa vytvárajú víry, čo je hlavná príčina zvýšeného vztlaku.

Dynamický tlak

Keď prúdi vietor pod pravým uhlom na fasádu, vyvoláva tlak, ktorý nazývame dynamický tlak (alebo náporový). Keď stena vydrží, tak vietor ju obteká a vytvára na prednej hrane vír (obr. 2). Šípky 1 a 2 udávajú hlavný smer pohybu plynových častíc. Na hrane vzniká podtlak. Šípka 3 znázorňuje dodatočný prúd plynových častíc, ktoré chcú vyrovnať vzniknutý podtlak. Súhrn pohybu častíc vytvára vír, ktorý na hrane vytvára vztlakové zaťaženie. Satie je tu o to väčšie, čím je väčšia rýchlosť vetra a menší uhol zakrivenia víru. Narastanie sily malých vírov je z krátkej vzdialenosti nahor sa pohybujúcich molekúl plynu k ploche strechy. To tiež vysvetľuje, prečo sú maximálne nasávacie účinky pri prúdení na roh. Vysvetlenie je jednoduché, keď prúdi vietor na roh, cez každú priľahlú hranu strechy sa tvorí vír. Tieto dva víry vychádzajú z rohu a zväčšujú sa v lievikovitej forme. Tu pribúda ešte aj longitudinálna zložka vetra, ktorá prúdi pozdĺž rotačnej osy, a tak zväčšuje efektívnu rýchlosť vetra. Keď to zhrnieme, môžeme hovoriť na streche o troch veterných fenoménoch: o Bernoulliho efekte na vnútornej oblasti, valcovitých víroch na okrajoch strechy a o páre vírov cez rohovú oblasť. Aj to je len zjednodušené vyjadrenie.

Technické posudzovanie vetra na budovy sa robí v dvoch krokoch:

- určenie plôch rohov a hrán, zostatok sú vnútorné plochy,
- určenie síl pôsobiacich na tieto plochy.

Vymeriavanie nepravidelne hranatých budov je veľmi obtiažne a mal by to vykonávať špecialista. Pre veľmi členité budovy je potrebné postupne pre každý roh, pre každú hranu posudzovať nápor vetra a určovať veľkosť očakávaných vírov. Veľkosť vírov je závislá od výšky budovy a dĺžky priľahlých fasád.

Okrem sacej sily, môže na streche pôsobiť aj vnútorný tlak. Veľmi často sú tieto dva efekty spolupôsobiace a zodpovedné za škody. Rozhodujúci na vznik škôd nie je rovnomerne prúdiaci vietor, ale krátkodobé pôsobenie náporu vzduchu so silne zvýšenou rýchlosťou vetra, ktorý prenikne cez otvory do vnútra budovy.

S problematikou klimatických zmien súvisí aj zmena, resp. úprava predpisov a nariadení súvisiacich s ochranou a správnou realizáciou striech, aby bolo možné prenášať zaťaženie silami, ktoré spôsobuje vietor. Na základe skutočnosti sa menili predpisy pre celé európske spoločenstvo, s čím súvisí aj určitá zmena - sprísnenie prepočtov. Pre správne dimenzovanie konštrukčných detailov strechy v nadväznosti na veterné oblasti podľa zaťažovacej normy je na obr. 4 znázornené rozdelenie Slovenska na dve oblasti.

Zaťaženie vetrom w (kPa) sa určuje zo základného tlaku vetra wo (kPa), koeficientu w (-) charakterizujúceho výšku nad terénom z (m) a lokálneho tlakového koeficientu C (-)
w = wo . w . C (kPa)

Udáva sa pre: otvorený terén s prekážkami do 10 m, kde platí
w = ( z/10)0,26 ( - )
s obmedzením 1,0 w 2,42

mestskú zástavbu, alebo rovnomerne pokrytý terén s prekážkami nad 10 m, kde platí
w = (z/10)0,36 ( - )
s obmedzením 0,65 w 2,45

Rýchlosť vetra vh vo výške h nad terénom je možné určiť z meraní rýchlosti vetra v10 vo výške h10, t. j. 10 m nad terénom podľa vzťahu
vh = v10 . ( h/h10)b (m/s)
kde b je exponent charakterizujúci lokalitu, hodnota 0,14 je pre predmestie a mestskú zástavbu a 0,25 pre otvorený terén.

Dôležitým parametrom pre výpočet zaťaženia strechy je tlakový činiteľ vetra cw (-), ktorý je závislý od obtekajúceho profilu, jeho priepustnosti vzduchu, situovaní objektu a pod. Tento tlakový činiteľ vetra sa mení aj so sklonom strešnej roviny a má iné hodnoty pre nárožnú časť, okrajovú časť, resp. zostávajúcu plochu strechy.

Tlakový rozdiel vzduchu Pv (Pa) spôsobený účinkom vetra o rýchlosti vw (m/s) pri jeho hustote je daný vzťahom
Pv = cw . ( vw2 . /2 ) ( Pa )

Podľa údajov meteorológov je zrejmé, že zaťaženia vetrom sú a budú väčšie. Na to reagujú aj poisťovne, keďže počet zničených striech v regióne veľmi narástol. Aj tieto skutočnosti viedli k tomu, že sa začalo viac hovoriť o opatreniach na zvýšenie stability striech.

Z tohto hľadiska však musíme principiálne rozlišovať medzi výpočtami a opatreniami pre ploché strechy a šikmé strechy, resp. medzi krytinami na báze pásov a skladanej krytiny.

Schematické znázornenie prúdenia vetra okolo budovy je vidieť na obr. 5, resp. zaťaženie strechy vetrom je vidieť na obr. 6.

Z meraní je zrejmé, že musíme rozlišovať pri vetre:
- sklon nad 40 o, kde na náveternej strane je tlak, na záveternej strane satie (vztlak, vákuum),
- sklon 25 - 40 o, kde na náveternej strane podľa okolnosti je tlak, resp. satie, na záveternej strane je vždy satie,
- sklon pod 25 o na obidvoch stranách, náveternej aj záveternej je vždy len satie.

Tlak vetra zaťažuje strechu, aj celú konštrukciu (t. j. krov a pod.) tlakovou silou, čo spôsobuje ohyb, a preto sú potrebné masívnejšie prvky. Vztlak zaťažuje strechu a jednotlivé prvky zdvihom, čo vyžaduje opatrenia na miestnu stabilizáciu.

Špeciálnu pozornosť treba venovať rohom a okrajovým plochám, na ktoré vztlak pôsobí, pretože tu sa v dôsledku rôznych zmien smeru a zvírenia dosahujú vztlakové maximá oproti ostatným plochám. Schematicky sú rohové a okrajové časti plochej strechy na obr. 7 a pre sedlovú strechu na obr. 8. V literatúre a príslušných predpisoch sú uvedené výpočty šírky a dĺžky týchto plôch v závislosti od geometrie budovy.

Z hľadiska riešenia stability strechy rozlišujeme medzi riešením pre plochú strechu, obvykle z pásov a pre strechu šikmú zo skladanej krytiny.

V prípade plochých striech musí byť krytina vždy spojená s podkladom, aby nenastalo oddelenie v dôsledku vztlakovej sily. Závislosť vzrastu rýchlosti vetra podľa výšky nad terénom pre dimenzovanie konštrukcie z hľadiska účinku vetra zobrazuje obr. 9. To znamená, že toto spojenie musí prenášať zaťaženie od vetra do nosnej konštrukcie, zaistenie polohy skladby strechy proti vodorovným pohybom a prenesenie vzniknutých vnútorných tlakov. Tieto funkcie sa zabezpečujú pripevnením. Existuje viacero spôsobov pripevnenia krytiny na plochú strechu:

- zváraním - prekrývajú sa dva pásy tak, že za utesnením zvaru zostáva niekoľkocentimetrový pás, do ktorého sa dáva kotevný prvok;
- mechanické upevnenie - môže byť lineárne pripevnenie rôznym spôsobom, obvykle pomocou upravených pásov a celoplošné upevnenie, kde sú mechanické kotvy rozmiestnené v ploche. Pri mechanickom pripevňovaní sa predpokladá, že hydroizolačný pás má dobrú pevnosť voči vytrhnutiu;
- zlepenie jednotlivých vrstiev - robí sa obvykle len na masívnych konštrukciách, môžu byť problémy s dilatáciou. Pre lepenie nie sú vypracované žiadne výpočtové postupy. Lepenie pri uzavretých budovách sa robí podľa odporúčaní odborných strechárskych pravidiel;
- voľné uloženie so zaťažením - robí sa na masívnych nosných konštrukciách, jednotlivé vrstvy nie sú pevne spojené s podkladom. Ako zaťaženie sa používa štrk odporúčanej veľkosti, hrúbka vrstvy min. 5 cm, alebo rôzne platne, napr. keramické, plastové alebo betónové dlaždice položené na štrku alebo podperách. Pre potvrdenie bezpečnosti proti vztlakovým silám vetra je vypočítané vlastné zaťaženie podľa normy znížené na 80 % tabelovanej hodnoty, alebo sa používajú údaje výrobcu;
- zmiešane systémy.

Dôležitá je súdržnosť podkladu


V prípade mechanického kotvenia je dôležitá súdržnosť podkladu, do ktorého sa kotví, pretože upevňovací prvok zaisťuje odolnosť systému proti dynamickým silám spôsobených vztlakom. Pre predstavivosť je na obr. 10 grafická závislosť potrebnej stabilizácie 1 m2 plochy jednotlivých častí plochej strechy od rýchlosti vetra. Je potrebné pripomenúť, že aj klampiarske prvky, ako je oplechovanie odkvapu, atiky, nadmurovky a pod. treba vykonať správne, a to s potrebným počtom skrutiek danej kvality v závislosti od nárazovej rýchlosti vetra.

Kotviaci prvok je vystavený aj rizikovému faktoru atmosferickej korózie, ktorý je dôsledok aerochemického účinku. Vietor je vždy v spojení so znečistením atmosféry, ktorá sa môže prejaviť silnou chemickou aktivitou. Sú to nečistoty s obsahom sírnych, dusíkatých, halogénových a organických zlúčenín, v rôznej forme a navyše obvykle v prítomnosti vlhkosti. Materiál pripevňovacích prvkov by mal zodpovedať požiadavkám testov, 15-tím Kesternichovým cyklom, čo je skúška v agresívnom prostredí. Jej priebeh simuluje skutočné korozívne riziká v konštrukcii plochej strechy a hovorí o kvalite antikorozívnej ochrany kotviacich prvkov (tab. 1).

Stabilizácia skladanej krytiny šikmých striech voči účinkom vetra je odlišná ako u plochej strechy. Keď je zaťaženie vetrom väčšie ako hmotnosť samotnej krytiny, sú potrebné doplnkové opatrenia, napr. prichytenie škridiel. Pri sklone strechy nad 60 o treba prichytiť každú škridlu, pri sklone do 25 o obvykle prichytenie nie je potrebné, postačuje vlastná tiaž krytiny. Zaťaženie vetrom pre kovové krytiny je závislé od polohy a výšky budovy, jej konštrukcii, od tvaru a typu strechy, krytiny a od podstrešnej konštrukcii, či je zatvorená alebo otvorená.

Presný výpočet zaťaženia je možné vyhotovovať podľa príslušnej STN EN s ohľadom na splnenie požiadaviek Eurocodov. Výpočet nevyhnutne treba vykonávať pri:
- otvorených budovách s otvorenou podstrešnou konštrukciou,
- budovách s výškou hrebeňa nad 30 m,
- budovách na exponovaných lokalitách.

Prichytenie škridiel sa obvykle vykonáva podľa tabuliek na upevňovanie škridiel pre veterné oblasti (na Slovensku I. a II. oblasť), v závislosti od tvaru a sklonu strechy, výšky hrebeňa a tvaru škridle. Použité príchytky proti účinkom vetra sú použité pre jednotlivé časti strechy - roh, okraj a plocha. Tieto príchytky môžu byť tvarovo rôzne (obr. 11), ale musia spĺňať určité predpoklady, a to preniesť zaťaženie min. 0,15 kN/ks, z materiálu žiarovo pozinkovanej ocele s hrúbkou zinkovej vrstvy min. 50 m, alebo z nehrdzavejúcej ocele.

Uzavreté podstrešné konštrukcie sú:
- obytné podkrovia so vzduchotesným obkladom vnútorných plôch,
- debnenie s poistnou hydroizoláciou vodotesnou, alebo odolnou proti dažďu,
- voľne natiahnuté pásy fólií s krytými spojmi a stykmi.

Otvorené podstrešné konštrukcie sú:
- bez dodatočných opatrení proti prieniku dažďovej vody,
- s natiahnutou fóliou,
- so šindľami, resp. trstenou krytinou.

Keď výpočtom vychádza viac príchytiek, pri väčšom zaťažení, ako je počet škridiel, tak je potrebné použiť s merným namáhaním 0,15 kN/ks, resp. treba vybudovať uzavretú podstrešnú konštrukciu.

Upevnenie škridiel

Bez ohľadu na sklon strechy treba prichytiť každú škridlu na štítovej hrane, hrebeni, nároží, úžľabí, pulte a príchytka musí prenášať silu min 0,6 kN/m kolmo k línii hrebeňa alebo nárožia. Tu sa používajú skrutky, resp. klince.

Pri upevnení krytiny na streche s podkrovím, podľa tabuliek pre uzavretú strešnú konštrukciu, musí byť táto konštrukcia uzavretá po celej strešnej ploche.

Z hľadiska celkového zaťaženia plochej, resp. šikmej strechy je však potrebné zohľadniť trvalé zaťaženie aj od debnenia, prípadne biologickej strechy a prechodne pôsobiace zaťaženia, ako je pohyb osôb, snehová vrstva a v neposlednom rade aj krokvy, resp. podpery strechy.

O niečo komplikovanejšie je zohľadnenie zaťažení u šikmých striech. Tu treba zohľadniť tlak vetra, ktorý pôsobí pravouhlo na dĺžku krokiev a rozkladá sa na zložku vertikálnu a horizontálnu a nemôže byť jednoducho pripočítaný ku kolmému zaťaženiu.

Potvrdenie odolnosti proti vztlaku vetra je potrebné len u pálenej, alebo betónovej skladanej krytiny. Klincované krytiny, ako sú vláknitocementové šablóny alebo bridlica, nepotrebujú žiadne potvrdenie potreby, musia byť kladené podľa pravidiel.

Aj pálená a betónová skladaná krytina nepotrebujú výpočtové potvrdenie bezpečnosti vo veternej oblasti I až III, keď je škridla pripevnená podľa tabuliek. Výpočtové overenie je nutné len vo vybraných prípadoch, keď je veterná oblasť IV, budova je vo výške min. 1100 m.n.m., alebo je v exponovanej polohe, alebo je budova otvorená s otvoreným debnením, alebo je výška hrebeňa viac ako 30 m.

Podľa pravidiel, bez ohľadu na upevnenie škridle v ploche strechy, sa odporúča pripevnenie každej škridle na hrebeni, úžľabí, okraji a ukončení pultovej strechy.

Správna realizácia strechy je nutná

Zabezpečenie bezpečnosti strechy proti účinkom vetra je súhrn riešení, ktoré zjednodušene znamenajú správnu realizáciu strechy a správne zabezpečenie prichytenia krytiny strechy v závislosti od polohy na streche. Aj príchytky musia spĺňať určité vlastnosti s ohľadom na riešenie konštrukcie strechy, materiál príchytky a príslušnú krytinu.

Pri zabezpečení strechy je potrebné zohľadniť, či strešný plášť podľa svojej skladby sanujeme, navrhujeme rekonštrukciu, alebo pripravujeme novú strechu. Musíme v každom prípade zohľadniť typ strešnej krytiny, tvar a konštrukciu strechy, výšku strechy s ohľadom na okolitú zástavbu a veternú oblasť, kde sa stavba nachádza. Kotvenie je možné urobiť mechanicky, lepením, zaťažením, alebo podľa odporúčaní výrobcu príslušnej povlakovej krytiny, ale pri dodržaní základných pravidiel. Pri skladanej krytine šikmej strechy obvykle musíme zohľadniť správne prichytenie príchytkami. V žiadnom prípade nesmieme obísť odporučenie príslušných platných noriem a pravidiel, ktoré z hľadiska nasávania vetra hovoria o okrajovej a nárožnej časti strechy, ako aj zostávajúcej rovine, kde sa aplikuje príslušný rozdielny počet príchytiek.

Pretože v poslednom období sa vyskytujú častejšie silné pohyby vetra, až víchrice, je potrebné viac zdôrazňovať dodržanie platných noriem a predpisov, hoci tieto na základe nových celoeurópskych predpisov sa aj regionálne prepracovávajú.

Walter Waradzin

Literatúra:
Friedrich M.: DDH (Dach Decker Handwerk) 7, 12, 14, 19 (2002)
Stauch D.: DDH 1-2, 4 (2006)
Schunck E. a kol.: Atlas striech, Vyd. Jaga Group, Bratislava 2003
Oláh a kol.: Poruchy strešných plášťov a ich optimálne opravy, Vyd. Eurostav, s. r. o., Bratislava 2006
Kol. autorov: Pravidlá pre navrhovanie a zhotovovanie striech, 1. časť Cech strechárov Slovenska, Vyd. STU, Bratislava 2003
Massong F.: Dachtabellen, Verlag Rudolf Mueller, GmbH, Kolín 2002

zdroj: Dom a Byt­­­

Páčil sa vám článok?

áno: 152     nie: 149

Odporúč

pošli na vybrali.sme.sk

 

Odporúč známemu


logo © 2007 4-INDUSTRY, s.r.o. Všetky práva vyhradené. Ochrana údajov –  Podmienky poskytnutia služby