Dilatace v kovových střechách

27.06.2018

Plechové střešní krytiny provázejí lidstvo déle než dvě tisíciletí. Nebyli to jenom staří Římané, jejichž stavební praktiky máme zdokumentované díky Vitruviovým knihám. Ve starověku se plech vyráběl kovářským pěchováním. K dispozici jako střešní krytina byl plech olověný a ze slitin mědi. Zpracování těchto kovů je technologicky nejjednodušší. Přesto byla výroba velice drahá a omezovala použití jen na prestižní stavby.

Reprezentační pojetí plechové střešní krytiny dokonale naplňovalo použití kovu nejdražšího. Ona doslova pohádková střecha (nebo fasáda)ze zlatého plechu byla v průběhu epoch realizována nejednou ať už v Evropě, nebo v Asii - zlatá střecha však nemívala dlouhého trvání a zpravidla vzala za své násilnou akcí - válkou, nebo loupeží.

Historie dávná i nedávná

Dějiny kovových střešních krytin jsou v podstatě dějinami technologie zpracování kovů. Starověké, ale i středověké kovové střechy byly z technologických důvodů maloformátové a dilataci kovu nebylo tedy třeba řešit. Měděný plech použitý při rekonstrukci dómu v Hildesheimu (Nanebevzetí Panny Marie), vyrobený pěchováním přečkal 800 let až do vybombardování (tehdy již zbarokizovaného) kostela spojeneckými vojsky za druhé světové války. První dokumentované úvahy o výrobě plechu válcováním pocházejí od renesančního myslitele Leonarda da Vinci. Uvažoval ovšem o plechu olověném, válcovaném za studena.

Zdokonalená technologie - pěchování plechu v bateriích pomocí hamru umožnila rozvoj dynamických tvarů barokních fasád, jejichž štukové římsy bylo nutno před povětrnostními jevy chránit oplechováním.Teprve průmyslová revoluce, která kromě válcování plechu přinesla do stavebnictví také nové materiály, zlevnila výrobu plechu natolik, že se jeho vynikající vlastnosti mohou používat v širokém měřítku.

Devatenácté století obohatilo sortiment střešních krytin o zinek. Praktické použití zinku spadá do doby před 150 lety, kdy architekt Haussmann jako pařížský starosta, změnil proražením bulvárů na krátký čas Paříž ve staveniště Evropy. Hausmannovy regulační předpisy daly ulicím typický styl a sjednotily město i urbanisticky. Jako střešní krytina se prosadila osvědčená břidlice v kombinaci se zinkem. Mnohé původní střechy slouží bez problémů i po 150 letech.

Hliník byl jako střešní krytina použit poprvé na přelomu devatenáctého a dvacátého století. První klempířské použití tehdy velmi drahého kovu se datuje rokem 1897. Od tohoto roku zdobí hliníková kupole římský kostel San Gioacchino. Dvacáté století nebývale rozvinulo technologie všeho druhu. Jako střešní krytina se v široké míře uplatňuje pozinkovaná ocel. Třicátá léta obohacují paletu materiálů střešních krytin o ocel nerezavějící - poprvé na známém art-decovém Chryslerově mrakodrapu.

V současnosti se čisté kovy ve stavebnictví prakticky nepoužívají. Všechny materiály jsou legované pro získání optimálních technických vlastností. Koeficient jejich tepelné roztažnosti ukazuje tabulka, jejíž rozpětí pokrývá roztažnost různých slitin. V podmínkách České republiky se pro posuzování teplotní roztažnosti střešních prvků vystavených přímému slunečnímu záření uvažuje teplotní rozdíl 100K (ČSN 73 1901). Tedy od -20°C v třeskuté zimě do 80°C na přímém slunci v parném létě. Praktické letní teploty výrazně ovlivňuje odrazivost povrchu (lesklý bílý plech - teplota nižší až o 20K).

Rozvoj technologie výroby a zpracování plechu ve dvacátém století přineslo i druhotné použití plechu z rozšířených kovových sudů a jiných obalů. Rezavé střechy předměstských slumů velkoměst rozvojového světa poněkud ubraly plechu jeho pověst prestižní střešní krytiny. Dokládají však jeho neobyčejnou praktičnost a v neposlední řadě i ekologičnost. Na rozdíl od jiných stavebních materiálů je plech plně recyklovatelný.

Maloformátové techniky

Ruku v ruce s technickým rozvojem výroby plechu jde i vývoj techniky krytí. Nejstarší jsou samozřejmě krytí maloformátová - což souvisí s výrobními možnostmi. Střešní šindele, šablony a desky však zůstávají oblíbené i u současných střech, které mají dostatečný spád. Maloformátové krytí nemá problémy s dilatací kovů a velmi dobře se může přizpůsobit současným architektonickým požadavkům i na budovách organických tvarů. Způsoby spojování jednotlivých prvků mohou být různé, stejně jako jejich připevnění. Jejich velikost je vždy malá a jejich spojení umožňuje vzájemný pohyb způsobený tepelnou roztažností. V závislosti na těsnosti spojení prvků je jejich užití omezeno z hlediska spádu střechy. Dostatečně malé prvky mohou být k nosné konstrukci (například celoplošnému bednění) připojeny i přímým přišroubováním, kdy volnost šroubů v otvorech umožní vzájemný pohyb způsobený teplotní roztažností materiálů.

Norma ČSN 73 3610 připouští maximální délku takového prvku 2m, pokud je k ostatním prvkům připojen spojem, který dilataci umožňuje. Typické dnešní maloformátové střešní šablony ( obr.) jsou připevněny nepřímo pomocí ležatých příponek. Nasunutí jednotlivých šablon do sebe tvoří jednoduchou ležatou drážku. Výše uvedená norma považuje tento spoj za dostačující pro spád střechy vyšší, než 25°.

Falcované techniky

Falcovaná střecha je v současnosti klasikou mezi plechovými krytinami. Vyvinula se z lištových technik krytí, jejichž podélné spoje ve směru spádu vystupují nad střešní rovinu. Stejně jako tyto původně zpracovává plechové tabule. Připojení k podkladní konstrukci je nepřímé pomocí příponek skrytých ve spojích. Technika spojování byla postupně modifikována pro nejrůznější podmínky. Nahrazení plechových tabulí pásy ze svitku si vynutilo používat posuvných příponek pro řešení dilatačních problémů zejména u zinku (resp jeho legované modifikace- titanzinku) a hliníku, které mají tepelnou roztažnost nejvyšší. Posuvné příponky řeší tepelnou roztažnost v podélném směru (kde je ovlivněna směrem válcování), ve směru příčném umožňují dilataci vlastní dvojité drážky (falcy), které při správném provedení zajišťují dilatační pohyb 3-5 mm (ČSN 73 3610) tato dilatační účinnost se však ruší položením falcu.

V poslední čtvrtině minulého století se rozšířilo strojní profilování a uzavírání falců. Přes značnou flexibilitu je falcování při správném provedení omezeno na šáry o délce do 10 m (výjimečně až 15m) a použití celoplošného bednění. Norma ČSN 73 36 01 připouští použití spoje na dvojitou stojatou drážku pro spád střechy nad 7°. Dodatečné těsnění dvojité drážky páskou, nebo falcovacím gelem umožňuje použít falcovanou krytinu i na menší spády střešní plochy. Použití falcované střechy není omezeno tvarem střechy. Tento způsob krytí je vhodný pro válcové tvary, kopule i organické tvary nejen střech, ale i fasád. Větší délky spádu se provádějí z šárů s příčným dilatačním spojem, jehož provedení musí být přizpůsobeno spádu střechy v místě spoje. Univerzálním řešením je spádový stupeň, doporučovaný i klempířskou normou ČSN 73 3610 (obr.), vyžaduje však pro toto spojení upravit i bednění střešní plochy.

Nové technologie - RIBBED ROOF

Další technický vývoj přináší koncem dvacátého století plechové střešní krytiny typu ribbed roof . Díky speciálním spojům, příponkám a vyztužení silného materiálu podélným prolisováním není problém realizovat šáry o délce až 100 m a to i z materiálů s vysokou tepelnou roztažností- hliníku, nebo zinku. Systém je přednostně určen pro jednoplášťové střechy a plech se klade přímo na tepelnou izolaci. Aplikace systému již není otázkou klempířsky-řemeslnou. Prvky jsou vyráběny strojně- odvalováním a vlastní kladení má charakter montážní, spoje jsou také strojně uzavírány. Nevýhodou systému ribbed roof je určitá ztráta lidského měřítka. Extrémně dlouhý šár není problém vyrobit, jeho doprava běžnými prostředky je ale neřešitelná. Také samotný profilovací stroj je jen obtížně mobilní a jeho provoz na stavbě je drahý. Systém prodražují i výrobně složité příponky ale především doprava. Pro dopravu stometrových šárů na střechu kulturního centra v Dallasu (obr.) bylo třeba 44 pracovníků ve dvou spolupracujících četách.

Nové technologie typu CLICK

Nové systémy, které se navracejí k " lidským měřítkům" pocházejí z Ameriky ale pod různými komerčními názvy - Click dach, Snap lock, KLIK se prosazují po celém světě. Základem je systém dlouhých zaklapávacích šárů se skrytým kotvením k podkladní konstrukci. Stroj na profilování šárů odvalovací metodou je malý a je možno ho snadno převážet. Montáž je jednoduchá a nenáročná na použití speciálních strojů a nástrojů - sousední šáry jsou spojeny pomocí zaklapnutí speciálního podélného zámku. K praktickému provedení zaklapnutí stačí zatížení váhou montéra, nebo několik úderů palicí přes roznášecí lať. Není problém vyrábět různé šířky šárů. Volitelné je i podélné vyztužení mělkými prolisy- sikováním. Úzké a vyztužené šáry z pozinkované oceli se obejdou i bez celoplošného bednění - je možné jejich kladení na latě. Strojní výroba dostatečně vyztužených šárů zaručuje velmi pravidelný vzhled. Volbou šířky šáru, sikování a případně i výšky zámku se otvírá široká paleta výsledného vzhledu i vlastností střechy. Systémy jsou dostupné ve všech běžných materiálových variantách nejrozšířenější jsou lakovaná provedení - hliník a pozinkovaná ocel. Z hlediska připevnění existují dvě varianty - systém s jednoduchými příponkami (které jsou přitom vlastně posuvné) umožňuje realizovat velmi dlouhé šáry (dle provedení a materiálu i přes 20 m) a systémy " nail strip", které jsou bez příponek a připevňují se hřebíky, nebo vruty do oválných otvorů připevňujícího pásku. Tím je délka šáru omezena na 5- 8 m, použití je však velmi jednoduché i pro neškolené pracovníky. U některých provedení, se připojuje další výhoda- střecha je rozebíratelná. Po vyšroubování vrutů z pásku je možné šár nadzvednout. Po zvednutí nad cca 50° se zámek vysmekne, a šár je uvolněn. Nevýhodu proti klasickým klempířským kladecím technikám je omezení na rovinné tvary střech. Přesto jde o systémy s velmi širokým uplatněním doslova od kurníku po palác. Kladení volné střešní plochy je velmi rychlé a nenáročné. Také detaily mají charakter montážní (rozdíl od klempířských tedy řemeslných). Speciální řešení zjednodušují provádění střech, aniž by tato utrpěla po stránce technické, nebo estetické. Příkladem může být provedení okapové hrany s integrovaným žlabem (obr.).

TEPELNÉ ROZTAŽNOSTI JEDNOTLIVÝCH KOVŮ

OCEL - 1,2 - 1,4 / mm/m/100K
NEREZ - 1,0 - 1,6 / mm/m/100K
MĚĎ - 1,6 - 1,8 / mm/m/100K
ZINEK - cca. 2,2 / mm/m/100K
OCEL - 2,2 - 2,6 / mm/m/100K
HLINÍK - 2,9 - 4 / mm/m/100K

Velkoplošné panely

V současné době se mezi kovovými střešními krytinami těší vzrůstající oblibě velkoplošné střešní panely. Profilace plechů ve formě vlnitých, trapézových, nebo taškových panelů je dostatečně nosná, aby tyto panely byly montovány na laťování, nebo jinou nekontinuální nosnou konstrukci. Větší, či menší rozpon podpěr závisí na použitém materiálu a jeho profilaci. Kotvení je zásadně přiznané, obvykle přímé ve spodní vlně, nebo pomocí kalot (roznášecích podložek ve vrchní vlně). Zatímco v příčném směru umožňuje dilataci materiálu profilace panelů, v podélném směru, kde je plech profilací vyztužen, musí být omezena délka panelů podle dilatačního chování použitého kotvení. Častou chybou je zrušení dilatační účinnosti spojů vzájemným pevným spojení jednotlivých panelů sešroubováním, nebo snýtováním.

Zásady řešení dilatace

Principy dilatačního spojování jsou zcela jednoduché a pochopitelné. Připevnění prvku musí umožnit jeho pohyb v rámci tepelné roztažnosti. Velikost prvku je přitom třeba omezit také z hlediska dilatačních možností jeho připojení k ostatním prvkům ve střeše. Netýká se to samozřejmě pouze vlastní střešní plochy. Tepelná roztažnost vyžaduje například omezit rozměry úseků okapních žlabů. Dilatace žlabů se provádí nejsnáze v rozvodí, nebo kotlíku, samozřejmě s uvažováním přirozených pevných bodů v rozích a koutech odvodňovacího systému (jeden dilatační úsek nesmí obsahovat více pevných bodů). Mezistřešní a zaatikové žlaby, zapuštěná úžlabí o minimálním spádu a podobné prvky je v případech větších rozměrů lepší realizovat ze střešní fólie, než riskovat jejich havárii vlivem tepelného pnutí v kovu. Oplechování často řeší kritická místa na střechách i fasádách provedených v jiných stavebních systémech. Mezi aspekty stavební fyziky, které je třeba zohlednit pro dlouhý a bezproblémový provoz stavby rozhodně patří i rozdílná tepelná dilatace materiálů.

Dilatační opatření se samozřejmě týkají všech lemování a oplechování, která se na stavbě používají. Zajímavou variantou nepřímého připojení ( příponky, nebo zavlékací plechy) použitelnou pro oplechování s menší rozvinutou šířkou, typicky atiky a parapetní plechy, je celoplošné přilepení prvku tmelem umožňujícím dilataci (například Enkolit). Celoplošné přilepení přitom s výhodou poslouží i místo separační fólie k oddělení chemicky nekompatibilních konstrukcí stavby.

Plechové prvky používané ve stavebnictví jsou pro své vysoké užitné vlastnosti nenahraditelné. Plech přitom neztratil svou estetickou roli a nadále kryje prestižní stavby po celém světě (obr.).