EN
Jak jsou definovány rozměry výztužných tyčí: normy, označení a základní rozměry
Rozluštění systému označení #X a metrických ekvivalentů (6 mm–57 mm)
Rozměry výztužných tyčí sledují standardizované označovací konvence, kde označení #X odpovídá průměru v osminách palce. Například výztuž #3 má průměr 3/8 palce (9,5 mm), zatímco výztuž #8 má průměr 1 palec (25,4 mm). Tento systém zahrnuje rozměry od #3 (6 mm) do #18 (57 mm); metrické ekvivalenty umožňují koordinaci projektů na celosvětové úrovni. Klíčové převody mezi imperiálními a metrickými jednotkami zahrnují:
- #4: 12,7 mm
- #5: 15,9 mm
- #9: 28,7 mm
- #11: 35,8 mm
Konzistence průměru zajišťuje rovnoměrné rozložení zatížení po betonových konstrukcích. Inženýři se spoléhají na tyto standardizované rozměry – poprvé kodifikované v normě ASTM A615 – aby zarovnali uspořádání vyztužení s mezinárodními stavebními předpisy, jako jsou ACI 318 a ISO 6935.
Třídy ASTM A615/A706 a důvod, proč samotný průměr neurčuje pevnost
ASTM stanovuje pravidla pro požadovanou pevnost výztužných ocelových tyčí, především prostřednictvím svých norem, jako je A615 pro běžnou uhlíkovou ocel a A706 pro svařitelné nízkolegované oceli. Při posuzování zatížení, které tyč vydrží, hraje roli samozřejmě i její průměr, avšak rozhodující je především třída meze kluzu. Například třída 60 vydrží přibližně 60 000 liber na čtvereční palec (cca 414 MPa). Třída 80 dosahuje ještě vyšší hodnoty, přibližně 80 000 psi (552 MPa). Zajímavé je, že dvě tyče stejného průměru, ale různých tříd, se mohou lišit až o třetinu ve své mezí pevnosti v tahu. Rovněž zásadní roli hraje skutečný druh použitého materiálu. U oceli dle normy A706 je chemické složení speciálně upraveno tak, aby se zlepšila její tažnost před lomem a zároveň byla zajištěna lepší odolnost při zemětřeseních, přičemž jsou stále plně dodrženy požadované rozměrové tolerance. Pro každého, kdo se podílí na návrhu konstrukcí, je proto nezbytné ověřit jak fyzikální rozměry, tak i metalurgické vlastnosti materiálu. A nezapomeňte při ověřování technických parametrů vždy požadovat zkušební protokoly výrobku (mill test reports) podle oddílu 11 normy ASTM A615.
Přiřazení rozměrů výztužných tyčí k konstrukčním aplikacím
Výběr optimálního průměru výztužných tyčí zabrání nákladným poruchám a zároveň splní stavební předpisy i technické požadavky na výkon konstrukce. Menší průměry jsou vhodné pro lehčí zatížení a tenčí průřezy; těžší konstrukční prvky vyžadují robustní výztuž, aby efektivně přenášely tahové síly a zachovaly funkčnost i při dlouhodobém zatížení.
Základy a desky: optimalizace omezení trhlin pomocí výztužných tyčí průměru #2–#4 (6–13 mm)
U vodorovných konstrukčních prvků, jako jsou desky na terénu a mělké základové systémy, se stavební firmy obvykle rozhodují pro výztužné tyče o průměru od čísla #2 do #4 (přibližně 6 až 13 mm), především za účelem omezení smrštění a trhlin souvisejících s teplotními změnami. Při práci s tenčími betonovými vrstvami pomáhají tyto tenčí tyče umístěné přibližně v rozestupech 12 až 18 palců (30 až 45 cm) beton celkově vyztužit, aniž by vznikaly napěťové body, které by později mohly způsobit problémy. Podle oddílu 7.12 nejnovějšího normativního dokumentu ACI 318 snižuje použití výztužných tyčí čísla #4 (přibližně 12,7 mm tlustých) s rozestupem pouhých 12 palců (30 cm) šířku trhlin v typických bytových deskových konstrukcích o více než polovinu ve srovnání s deskami bez výztuže nebo s nedostatečným obsahem oceli. Použití příliš silných tyčí zvyšuje náklady, komplikuje lití betonu a zvyšuje riziko nedostatečného zapuštění do betonové směsi. Naopak příliš tenké tyče nejsou schopny zabránit vzniku počátečních trhlin vznikajících během tuhnutí, což nakonec negativně ovlivňuje jak životnost konstrukce, tak její estetický vzhled.
Sloupy, nosníky a nosné prvky: Když vyztužovací ocel #5–#11 (16–36 mm) zajišťuje statickou stabilitu
Svislé a ohybové prvky, jako jsou sloupy, nosníky a přenosové nosníky, vyžadují výztužní tyče o průměru od čísla #5 do #11 (přibližně 16 až 36 mm), aby zvládly různé typy napětí, kterým jsou současně vystaveny – tlakové, tahové i smykové síly. U větších průměrů tyčí dochází k výraznému nárůstu jejich únosnosti. Například tyč č. #8 (průměr 25,4 mm) zvládne přibližně o 50 % vyšší zatížení než menší tyč č. #5 ze stejné třídy oceli podle specifikací AASHTO LRFD z 10. vydání. Ještě přesnější požadavky se uplatňují při návrhu konstrukcí v seizmicky ohrožených oblastech. V oblastech s vysokým rizikem zemětřesení vyžadují stavební předpisy v plastických kloubních oblastech sloupů minimálně tyče č. #7 (přibližně 22,2 mm), aby se sloupy mohly ohýbat bez porušení. Přenosové nosníky obvykle obsahují několik tyčí č. #11 (každá o průměru 35,8 mm) seskupených do svazku, aby zvládly jak svislé zatížení, tak síly působící v bočním směru. Nakonec inženýři vypočítávají množství oceli potřebné pro beton na základě poměru ploch. Většina směrnic doporučuje u důležitých průřezů udržovat míru výztuže nad 1 %, jak je uvedeno v kapitole 10 normy ACI 318-19.
Kritické technické faktory, které určují výběr průměru výztužné oceli
Požadavky na zatížení, pevnost betonu a poměr plochy oceli k betonu
Množství statického zatížení určuje, jakou tahovou sílu musí výztužní ocel (výztuž) unést. Pokud jsou přítomna větší stálá zatížení, například těžké strojní systémy nebo silné podlahové konstrukce, a zároveň dynamická užitná zatížení způsobená například parkovišti nebo prostornými shromažďovacími prostory, inženýři obvykle specifikují výztuž s větším průměrem. Například v jádrových sloupech vysokých budov se často používají tyče označené jako #11 (přibližně 35,8 mm), zatímco jednoduché základy mohou být dostatečně vyztuženy tyčemi #3 (asi 9,5 mm). Zajímavé je, že vyšší pevnost betonu umožňuje použít méně oceli. Beton s vysokou pevností kolem 5 000 psi (35 MPa) umožňuje návrhářům snížit požadavky na ocel až o 20 % ve srovnání s běžnými směsmi o pevnosti 3 000 psi (21 MPa), za předpokladu, že je nejprve ověřena přilnavost mezi betonem a ocelí a délky zakotvení výztuže. Poměr plochy oceli k ploše betonu (rho) hraje klíčovou roli při zajištění bezpečnosti i ekonomické účinnosti konstrukcí. Vzorec má tento tvar: rho = As / (b × d), kde As představuje celkovou plochu tažené výztuže, b je šířka konstrukčního prvku a d je efektivní výška průřezu. Pokud tento poměr překročí maximální povolenou hodnotu, může dojít k dřívějšímu drcení betonu ještě před tím, než začne ocel plasticky deformovat. Naopak pokud poměr klesne pod minimální požadovanou hodnotu, může dojít k neočekávaným poruchám v tahu. Většina projektů se zaměřuje na hodnoty mezi 1 % pro základní konstrukce bez zvláštních požadavků a až 3–4 % pro budovy v oblastech s vysokým rizikem zemětřesení nebo v prostředích s výrazným rizikem koroze, jak uvádí tabulka 10.3.1 normy ACI 318-19.
Omezení vzdáleností, protiseismické předpisy a zohlednění odolnosti proti korozi při určování rozměrů
Při práci s fyzickými omezeními, jako jsou úzké bednění, přeplněné uspořádání kotvících tyčí nebo velké množství průchodů pro technické instalace (MEP), které procházejí konstrukcí, se volba průměru výztužných tyčí často řídí právě těmito omezeními spíše než pouze požadavky na pevnost. Proto mnoho inženýrů upřednostňuje tyče menšího průměru, obvykle rozměrů #4 nebo #5, umístěné blíže u sebe, místo větších průměrů, které mohou ve skutečnosti bránit správnému utěsnění betonu během jeho ukládání. Pokud jde o návrhové požadavky na zemětřesení, jsou podmínky ještě přesnější. Podle kapitoly 18 normy ACI 318-19 musí uzly nosník–sloup obsahovat alespoň tyče rozměru #6 v případě, že vzdálenost mezi příčnými kotvami činí čtyři palce (asi 102 mm) nebo méně. A v oblastech plastických kloubů, kde se konstrukce při namáhání ohýbá, musí mít výztuž únosnost 1,25násobku normálního požadavku na pevnost, aby zvládla veškerý pohyb bez porušení. Námořní prostředí nebo místa, kde jsou v zimě silnice posypovány solí, vyžadují také větší tyče. Stavební firmy často zadávají tyče rozměru #8 (průměr 25,4 mm) místo standardních tyčí rozměru #6 (19,1 mm), protože vědí, že ocel během životnosti budovy ztratí přibližně půl milimetru materiálu v důsledku koroze každý rok. I když epoxidově povlakované nebo nerezové výztužné tyče zachovávají své původní rozměry, jejich přilnavost k betonu není taková jako u běžné uhlíkové oceli. Proto je nutné upravit technické specifikace jak pro vzdálenost mezi tyčemi, tak pro délku jejich zakotvení v podporách podle pokynů uvedených v kapitole 25 normy ACI 318-19 a norem ASTM A775/A934.