Zásady navrhování skleněných prvků ve stavebnictví vyplývající z vydaného technického standardu ČKAIT

Požadavky na návrh
Mezi základní zásady navrhování skleněných prvků ve stavebnictví podle standardu [1] patří dodržování požadavků na mechanickou odolnost a stabilitu v souladu s českými technickými normami a odolaly tak návrhovému zatížení a předpokládaným vlivům prostředí. Mezi další základní zásady návrhu se řadí požadavky na dostatečnou bezpečnost provozu a materiálovou kompatibilitu řešení. Z pohledu bezpečnosti provozu se technický standard detailně zabývá rizikem samovolného lomu tepelně tvrzeného bezpečnostního skla [2, 3] z důvodu inkluze sulfidu nikelnatého, kdy generálně nepřipouští navrhovat výhradně jednovrstvé skleněné prvky z tepelně tvrzeného bezpečnostního skla nad frekventovanými pěšími a dopravními komunikacemi, nejsou-li splněny příslušná opatření. Bezpečnost je standardem řešena i pro speciální aplikace, a to zejména v zařízeních pro výchovu a vzdělávání dětí a mladistvých a v bazénových provozech. Technický standard dále pracuje s požadavky na teplotní odolnost prvků, jež souvisí se stoupajícím trendem oznámených a zamítnutých reklamací z důvodu tzv. teplotního šoku skla, kdy rozdíl teploty v ploše skla dosáhne kritické hodnoty a ve skle tak vlivem teploty nastane lom. Dále teplotní odolnost skleněných prvků přímo souvisí se skleněnými prvky, jež jsou tvořeny vrstveným bezpečnostním sklem pojeným pomocí mezilehlé fólie. U mezilehlých fólií je známo, že se zvyšující se teplotou skleněného prvku významně klesá pevnost mezilehlé vrstvy, což může vést k poruchám.

Zatímco požadavky na mechanickou odolnost a stabilitu z větší míry vyplývají ze stávajících technických norem a jsou již odbornou veřejností z větší míry zažité, požadavky na bezpečnost provozu a na teplotní odolnost posunují obor stavebnictví dále, a je vhodné se v tomto příspěvku na tyto požadavky blíže zaměřit.

► Požadavky standardu na bezpečnost provozu

• Riziko inkluze sulfidu nikelnatého
  Inkluze sulfidu nikelnatého ve sklovině je běžný jev a lze označit za přirozenou vlastnost skla. Problematická přítomnost této imperfekce je ovšem tehdy, kdy je přítomna v tepelně tvrzeném bezpečnostním skle [2, 3], které má z výroby vnesené předpětí, díky čemuž má i několikanásobnou pevnost oproti sklu chlazenému. Takové předpětí je bezproblémové v homogenním materiálu, ale v případě přítomnosti imperfekce, například sulfidu nikelnatého, dochází v této oblasti k překročení mezního napětí a může dojít k okamžitému lomu skla. Pozdější lom může být akcelerován také cyklickým zatížením tabule během provozu stavby, kdy se ve skle neustále rozvíjí mikrotrhliny, jež jsou běžným uživatelem nepozorovatelné. Riziko dodání tabule z tepelně tvrzeného skla obsahující inkluzi sulfidu nikelnatého lze významně minimalizovat destruktivní zkouškou s názvem Heat Soak Test. [3] Tato metoda je z pohledu statistiky poměrně spolehlivá, ale i přesto výrobková norma připouští 1 lom z důvodu sulfidu nikelnatého na 400 tun takto zkoušeného skla. Zároveň je nutné upozornit, že během destruktivního zkoušení dochází k explozím vadných skel ve zkušební komoře, kdy letící úlomky z explodovaného skla mohou narazit do hran zbylých zkoušených skel a tím je také poškodit, respektive mohou podpořit vznik mikrotrhlin u zbylých zkoušených tabulí. Drobné poškození zkoušené tabule letícím úlomkem není po ukončení zkoušky povětšinou zkoumáno, často je takové poškození okem nepozorovatelné, a takové tabule skla bývají dále distribuovány na stavby.
  
  Použití tepelně tvrzených skel, ať již s destruktivním zkoušením Heat Soak Test či bez něj, bývá proto problematické zejména tam, kde by padající úlomky v případě samovolného kolapsu skla mohly ohrozit zdraví a život osob a zvířat, popř. poškodit majetek. Jedná se zejména o použití obkladových prvků fasád nad pěšími či dopravními komunikacemi. Příklad samovolného kolapsu tepelně tvrzeného skla je znázorněn na obrázku 1.
  
  Za účelem minimalizace ohrožení života a zdraví osob a zvířat a poškození majetku z důvodu padajících úlomků z tepelně tvrzeného skla standard stanovuje, aby horní hrana takového skla byla maximálně ve výšce 4 metry nad úrovní komunikační plochy, nebo byla pochozí plocha vzdálena minimálně ve vzdálenosti b = h/10 (min. 2500 mm), kde h je výška horní hrany skleněného prvku, popřípadě má být zřízena ochrana proti padajícím úlomkům. V případě použití tepelně tvrzeného bezpečnostního skla standard vždy vyžaduje použití skla prohřívaného, tj. skla se zkouškou Heat Soak Test. Jediný případ, kde může být použito sklo bez zkoušky Heat Soak Test, je středové sklo v případě izolačního trojskla. 
  V případě, kdy horní hrana skla přesahuje výškovou úroveň 4 m, má být sklo složeno z vrstveného bezpečnostního skla, je-li to z pohledu odolnosti vůči teplotám možné. Tónovaná skla vrstvená mohou být problematická na fasádách zejména v letním období, kdy hmota skla i mezilehlé fólie v závislosti na energetické absorpci mohou dosahovat i teplotu 70 °C (platí zejména u tmavých skel). Při takových teplotách již dochází k významnému měknutí mezilehlé fólie, čímž se významně mění její mechanické vlastnosti. To vede k možným poruchám a kolapsu prvku. V případech, kdy skutečně není možné použít vrstvené bezpečnostní sklo, má být použito sklo tepelně zpevněné [4], které je dostatečně odolné vůči působení teplot, má podstatně vyšší pevnost nežli sklo chlazené, a samovolný lom skla z důvodu inkluze sulfidu nikelnatého u něj není běžný.

► Speciální aplikace

• Prostory pro výchovu a vzdělávání dětí a mladistvých
  Mezi speciální aplikace se řadí zejména osazování skleněných prvků v zařízeních pro výchovu a vzdělávání dětí a mladistvých. V takových prostorách má být zvážen zvýšený požadavek na bezpečnost skleněných prvků, neboť schopnost dětí a mladistvých předvídat následky jejich konání je úměrná jejich vyspělosti i věku, a snadněji tak dochází k poškození skleněných prvků i zraněním osob. Z tohoto důvodu standard generálně požaduje použití bezpečnostního skla v těchto zařízeních, kdy za bezpečnostní sklo je z podstaty věci považováno jak tepelně tvrzené bezpečnostní sklo [2, 3], tak i vrstvené bezpečnostní sklo [5].
  U těchto zařízení, stejně jako u provozoven obchodů a služeb a dalších veřejných prostor, bývá také uplatňován požadavek na ochranu níže položených skleněných ploch vůči mechanickému poškození od dětských kočárků a invalidních vozíků vyplývající z právní úpravy ČR [6]. Tuto skutečnost standard dále upravuje a uvádí, že samotné bezpečnostní zasklení nemá být považováno za mechanickou zábranu, a proti poškození od kočárků a vozíků má být chráněno dodatečnou mechanickou zábranou. Je to dáno z toho důvodu, že mechanickým poškozením je myšleno i poškrábání či částečné rozbití či poškození skleněného prvku, které při nárazu s dostatečnou intenzitou může nastat i u bezpečnostních skel.
   
• Bazénové haly, prohřívárny a wellness
  Standard nově zavádí požadavky i na skleněné prvky nacházející se v prostředí bazénů a wellness. V těchto zařízeních mají být prosklené plochy vždy navrženy z bezpečnostního skla [3, 5], přičemž má být kladen důraz na odolnost skleněných prvků vůči návrhovým podmínkám. Z důvodu zvýšené vlhkosti v bazénových halách je vhodnější použití skla tepelně tvrzeného [3], ale opět za předpokladu, že horní hrana bude maximálně ve výšce 4 metry nad pochozí plochou. Použití vrstveného bezpečnostního skla [5] může být v bazénových halách problematické z důvodu zvýšené vlhkosti nebo výskytu vody u hrany skla, což může vést k poškození mezilehlé vrstvy, resp. vzniku tzv. delaminace.
  V případě aplikace skleněných prvků u prohříváren má být použito tepelně tvrzené bezpečnostní sklo [3], které má předpoklad odolat vysokým teplotám a zároveň neobsahuje mezilehlé vrstvy, jež by se v průběhu užívání mohly poškodit od dlouhodobě zvýšeného působení tepelné zátěže či působení vlhkosti nebo výskytu vody u hrany skla v kombinaci s teplotní zátěží.
   
• Požadovaný charakter lomu skla pro konkrétní aplikace
  Standard obsahuje přílohu 1, která se snaží přehledně stanovit požadovaný charakter lomu skla [7] pro konkrétní aplikace v rámci budovy. Je vhodné uvést, že charakter lomu typu A je typický pro sklo chlazené a tepelně zpevněné, charakter lomu typu B pro sklo vrstvené bezpečnostní, a charakter lomu C pro sklo tepelně tvrzené. Příloha upravuje požadavky na charakter lomu skla použitého pro otvorové výplně a lehké obvodové pláště, skleněné příčky, skleněná zábradlí, skleněné obklady a pochozí plochy ze skla. Požadavky jsou přehledně vymezeny pomocí tabulek a doplněny o schématické zobrazení popsaných situací. Jako příklad lze uvést již výše řešené skleněné obkladové prvky fasád, požadavky na ně shrnuje obrázek 2. 
  
  Z obrázku 2 je zřejmé, že obkladové prvky, u nichž je horní hrana skleněného prvku nad terénem níže než 4 metry nebo je-li hrana komunikace vzdálená od svislého osového průmětu minimálně o vzdálenost b = h/10 (min. 2,5 metru) kde h je výška horní hrany, může být použito sklo s charakterem lomu A, B nebo C. Číselné indexy dále stanovují dodatečné podmínky pro tato skla. Sklo s charakterem lomu typu A může být použito pouze v případech, kde není technicky možné použití skla s charakterem lomu typu B, přičemž musí být použito sklo tepelně zpevněné. Taková aplikace je zároveň podmíněna čtyřstranným uložením skleněného prvku. V případě použití skla s charakterem lomu typu B nelze vrstvené bezpečnostní sklo nahradit dodatečně lepenou fólií z vnější strany skla. V případě použití skla s charakterem lomu typu C musí být použito sklo prohřívané, tj. se zkouškou Heat Soak Test. V případech, kdy je horní hrana obkladového prvku v úrovni 4 metry a výše nad terénem a je-li hrana komunikace vzdálená od svislého osového průmětu o vzdálenost menší než b = h/10 (nebo min. 2,5 m), není přípustné použití skla s charakterem lomu typu C.
  Obdobným způsobem standard vymezuje požadavky i pro další aplikace skleněných prvků v rámci navržených budov.
   
• Teplotní odolnost skleněných prvků
  Problematika teplotního šoku byla v České republice delší dobu opomíjena. Narůstající množství těchto vad je ovšem v posledních letech evidentní. Z důvodů použití skel s atypickými rozměry, jejich tónování, popř. z důvodů kombinace s tmavými rámy, dochází k lomům způsobených teplotním šokem stále častěji. Z tohoto důvodu se snaží standard zavádět konkrétní doporučení, jež pomáhají předcházet takovým vadám. Jako rizikové se jeví dodatečné polepení skel foliemi nebo umístění skel v bezprostřední blízkosti tmavých ploch. Za vyloženě kritické lze považovat posuvně otevíravá okna, např. systém HS portál, kdy dochází k překrytí tabulí skel a vzniku nevětrané dutiny, jež se může v případě solárního záření nerovnoměrně přehřívat a vést tak k teplotnímu šoku. Standard nabízí vhodné řešení posuvných oken, jak je znázorněno na obrázku 3.
  
  Teplotnímu zatížení, jež může nastat v nevětrané dutině způsobené překrytím skleněných tabulí, odolají tepelně zpevněná nebo tepelně tvrzená skla. 
  Další problematickou aplikací je umístění zasklívacích jednotek u otopných těles. I zde standard zavádí doporučení, jak vzdálená mají být otopná tělesa v případě použití konkrétního druhu skla. To je zobrazeno na obrázku 4.

  Standard uvádí, že vzdálenost b má být minimálně 300 mm v případě použití skla chlazeného, 250 mm v případě použití skla tepelně zpevněného a 150 mm v případě skla tepelně tvrzeného. V případě aplikace clony mezi sklem a otopným tělesem může být vzdálenost b dodatečně zmenšena o 50 mm. V případě návrhu jiných topných zařízení jako jsou podlahové konvektory, kamna, či dveřní clony, má být návrh posuzován individuálně se zohledněním návrhového výkonu zdrojů tepla.

• Efekt zrcadleného obrazu
  Mezi další zajímavosti, jež standard dodatečně řeší, patří problematika vzniku efektu zrcadleného obrazu izolačního skla, jež je primárně zapříčiněn změnami tlaku a teplot v mezi skelní dutině izolačního skla oproti vnějšímu prostředí. Jedná se o často diskutovanou problematiku mezi dodavatelem stavby, projektantem a investorem, zejména v době dokončení stavby, kdy investor nemusí být s celkovým dojmem budovy z důvodu prohnutých otvorových výplní spokojen, a dochází tak ke sporným situacím. V tomto případě standard stanovuje, že se má k průhybu skla vyvolaného změnami atmosférického tlaku, teplot a větru přihlížet již v době návrhu, přičemž je-li požadován konkrétní přípustný průhyb, má být již v návrhu specifikován. Průhyb izolačního skla lze zpravidla významně minimalizovat zesílením tabule skla, to se ovšem ve většině případů negativně promítne do finančních nákladů stavby.

Závěr
Článek obecně pojednává o vybraných částech nově vydaného Technického standardu ČKAIT č. 3 – Navrhování skleněných prvků ve stavebnictví. Technický standard řeší celou řadu dalších oblastí, jež nejsou v tomto článku konkrétněji rozebrány. I přesto, že se jedná o dokument s doporučujícím charakterem, je vhodné se jím řídit, neboť při splnění standardem daných požadavků se významně zvyšuje kvalita stavby z pohledu provozní bezpečnosti. Také se zvyšuje potenciál odolnosti skleněných prvků v průběhu životnosti stavby, čímž odpadají cyklicky se opakující reklamace skleněných prvků z důvodu nesprávného koncepčního návrhu. Technický standard je volně dostupný na stránkách ČKAIT https://profesis.ckait.cz/dokumenty-ckait/ts-03/.
 

Reference
[1] FRANEK, O., J. KLEČKA. TECHNICKÝ STANDARD ČKAIT Č. 03 – NÁVRH SKLENĚNÝCH PRVKŮ VE STAVEBNICTVÍ. Česká komora autorizovaných inženýrů a techniků činných ve výstavbě. 2022. Dostupné z: https://profesis.ckait.cz/dokumenty-ckait/ts-03/
[2] ČSN EN 12150-2 - Sklo ve stavebnictví – Tepelně tvrzené sodnovápenatokřemičité bezpečnostní sklo - Část 2: Hodnocení shody/Výrobková norma. 2005.
[3] ČSN EN 14179-2 - Sklo ve stavebnictví - Prohřívané (HST) tepelně tvrzené sodnovápenatokřemičité bezpečnostní sklo - Část 2: Hodnocení shody/Výrobková norma. 2006.
[4] ČSN EN 1863-2 - Sklo ve stavebnictví - Tepelně zpevněné sodnovápenatokřemičité sklo - Část 2: Hodnocení shody/Výrobková norma. 2005.
[5] ČSN EN ISO 12543-1 - Sklo ve stavebnictví - Vrstvené sklo a vrstvené bezpečnostní sklo - Část 1: Definice a popis součástí. 2001.
[6] Vyhláška č. 398/2009 Sb, o obecných technických požadavcích zabezpečujících bezbariérové užívání staveb. 2009.
[7] ČSN EN 12600 - Sklo ve stavebnictví – Kyvadlová zkouška - Metoda zkoušení nárazem a klasifikace pro ploché sklo. 2003.
 

Autori článku: Ing. Ondřej Franek (Metrostav a.s.), Ing. Jan Klečka (Metrostav a.s.)

Tento odborný článek je součástí obsahu Ročenky ČKLOP 2022. Náhledy Ročenek zde.