Vzdělávací centrum

Nedostatečně dimenzované nebo nekvalitně provedené kotvení může především vlivem sání větru selhat a způsobit tak poškození instalované technologie i samotné střechy. Naopak necitlivý zásah do hydroizolace při montáži kotevních prvků – bez systémového řešení prostupu – zvyšuje riziko zatékání, které se navíc pod technologií nebo vegetačním souvrstvím obtížně odhaluje a opravuje.

Právě pro systémové upevnění příslušenství na střechách s povlakovou hydroizolací byl v Experimentálním centru DEK vyvinut DEK kotevní systém který pokrývá širokou škálu aplikací od fotovoltaických elektráren po vegetační souvrství především na šikmých střechách.

DEK kotevní systém

DEK kotevní systém slouží k uchycení zařízení umisťovaných na střechu nebo vrstev nad hlavní hydroizolací, typicky k uchycení nosných konstrukcí pro fotovoltaické panely nebo stabilizačních prvků vegetačních souvrství. Uplatní se na střechách s povlakovou hydroizolací z PVC-P fólie DEKPLAN nebo ALKORPLAN. Ucelený systém je modulární a skládá se z několika prvků (kotevní bod, základna, nástavby), které se kombinují podle skladby střechy a typu podkladu.

DEK kotevní bod je základním prvkem celého systému. Jde o prvek z nerezové oceli s integrovanou manžetou z PVC-P fólie, dostupnou v provedení kompatibilním s fóliemi DEKPLAN 76, DEKPLAN 77, DEKPLAN UNI nebo ALKORPLAN. Manžeta se spojí s hydroizolací střechy stejnou technologií jakou se provádějí spoje hydroizolace. Vznikne svařovaný vodotěsný spoj, odpadne riziková improvizace.

DEK základna je roznášecí prvek z nerezové oceli, který se umisťuje pod DEK kotevní bod v případech, kdy podklad pod hydroizolací (typicky tepelná izolace) sám o sobě nemá dostatečnou lokální pevnost pro přenos bodového zatížení. Základna se kotví přímo do dřevěné nosné konstrukce a s kotevním bodem se spojuje nerezovými nýty.

Na závitové trny kotevního bodu se následně osazují nástavby podle účelu instalace:

-  DEK nástavba C na FV pro kotevní bod – slouží k uchycení nosné konstrukce fotovoltaických panelů,

-  DEK smyková zarážka pro zelené střechy – slouží ke stabilizaci vegetačního souvrství na šikmé střeše proti sesuvu.

Volba konkrétní kombinace prvků závisí na skladbě vrstev pod hydroizolací. Podle ní se volí buď samostatný DEK kotevní bod nebo jeho kombinace s DEK základnou.

Montáž

Montáž DEK kotevního systému se liší podle konstrukční konfigurace a skladby střešního pláště.

Montáž samostatného DEK kotevního bodu na tuhý podklad se zpravidla realizuje až po provedení hydroizolace. Poloha kotevních bodů se rozměří podle statického návrhu a každý bod se upevní k podkladu předepsaným počtem kotevních prvků. Následně se manžeta kotevního bodu vodotěsně navaří na hydroizolaci – pokud se svařuje s odstupem času nebo je fólie znečištěná, je nutné plochu nejprve očistit odpovídajícím čisticím přípravkem. Na závitové trny se poté osadí příslušná nástavba a zajistí systémovými nerezovými maticemi utahovanými na předepsaný utahovací moment.

Při použití DEK základny ve skladbě s tepelnou izolací se nejprve rozmístí a osadí DEK základny. U nově realizovaných střešních plášťů se doporučuje nejprve rozměřit a namontovat DEK základny a teprve poté pokládat hydroizolační fólii – zjednoduší se tím koordinace prací i následné svařování manžet.  V případě montáže do hotové střechy je třeba vyříznout otvor v hydroizolaci. Základna se zapustí do tepelné izolace a přikotví do nosné konstrukce kolmými a šikmými vruty tak, aby její horní povrch byl v úrovni horního povrchu tepelné izolace. Po zapravení otvorů v hydroizolaci kompatibilními přířezy se na základnu tzv. kov na kov přikotví DEK kotevní bod, jehož manžeta se opět vodotěsně navaří na hydroizolaci. Teprve poté následuje osazení nástavby.

Konkrétní počet a typ kotevních prvků, způsob jejich osazení i předepsané utahovací momenty musí vždy odpovídat aktuální technické a montážní dokumentaci systému.

Vývoj DEK kotevního systému

Pro komplexní návrh střechy je třeba znát všechny působící vlivy a síly. Budou se lišit m.j. podle zamýšlené funkce kotevního bodu. Jen některé bude možné zachytit použitím samotného kotevního systému.

Například u šikmé vegetační střechy bývá dominantním účinkem na zádržný systém smykové zatížení působící ve směru spádu střechy, vyvolané vlastní tíhou vegetačního souvrství. Do této stálé složky zatížení je nutné dále zahrnout i proměnné zatížení od zadržené vody a od sněhu. Nelze však opomenout ani účinky větru. Vítr může kromě sání působícího na celou skladbu způsobovat také lokální nadzvedávání vrstev nebo erozi vegetačního souvrství.

Naproti tomu při kotvení FV konstrukcí bývá často vedle účinků teplotních změn, sněhu a vlastní hmotnosti nejvýznamnější zatížení větrem. Na panel či konstrukci působí výsledný rozdíl tlaků a účinek může mít složku působící kolmo od střechy i ke střeše. Rychlost a směr větru se neustále mění a kotevní bod je proto během své životnosti vystaven velkému počtu cyklů zatížení a odlehčení. V některých případech bývá zásadní působení sněhu, které se přenáší do konstrukce v podobě lokálního namáhání. V případě podkladu z tepelné izolace může být tento způsob namáhání rozhodující.

Při vývoji kotevního systému jsme museli zohlednit širokou variabilitu podmínek působení:

• typ zamýšlené vrstvy nebo konstrukce, kterou chceme fixovat (vegetace, FV apod.)

• různé sklony střech,

• různé návrhové klimatické podmínky, které mají vliv zejména na zatížení sněhem a větrem,

• typ a materiálové složení podkladní konstrukce (zateplená nebo nezateplená, typ nosné konstrukce atd.),

• postup výstavby (novostavba nebo rekonstrukce).

Zatížení působící na střechu a konstrukce s ní spojené může měnit svoji velikost, ale také směr působení. Proměnlivý je způsob přenosu zatížení do nosné konstrukce, jeho průběh v čase a také vliv na různé části konstrukce z různých materiálů. To vše jsme museli zohlednit při experimentálním ověřování únosnosti kotevního systému.

Mechanické zkoušky DEK kotevního systému

Vývoj DEK kotevního systému byl od počátku doprovázen mechanickými zkouškami jednotlivých prvků i kompletních sestav. Jejich cílem bylo ověřit chování systému při předpokládaných způsobech namáhání, identifikovat rozhodující způsoby porušení a získat podklady pro stanovení únosnosti jednotlivých konfigurací. Výsledky zkoušek zároveň sloužily k průběžné optimalizaci konstrukce systému.

Jak laboratorně napodobit několik desítek let života kotevního systému na střeše?

Pro komplexní posouzení DEK kotevního systému není k dispozici normová zkušební metodika, která by pokrývala všechny uvažované konfigurace a způsoby namáhání. Dílčí standardizované zkoušky samozřejmě existují.

Zkoušky proběhly v Klimatickém víceosém dynamickém zkušebním zařízení (KVDZ) v experimentálním centru DERIC – zařízení umožňujícím zatěžovat vzorky současně ve dvou osách  jak jednorázovým, tak cyklickým zatěžováním.

Plán ověřování zahrnoval zejména následující zkoušky:

Statická zkouška v tahu a tlaku

Zkouškou se ověřuje únosnost a deformační chování kotevní sestavy při zatížení kolmo k rovině střechy. 

Testovaný model zahrnoval mj. reálné napojení na nosný podklad, protože výslednou únosnost může určovat například vytažení spojovacího prostředku, porušení podkladu, deformace kotevního prvku nebo porušení některého z jeho spojů.

Statická zkouška ve smyku

Kotevní systém byl zatěžován rovnoběžně s rovinou střechy. Zkouška reprezentuje zejména trvalou složku vlastní tíhy FV nebo vegetační vrstvy po spádu.

Důležité je zmínit, že místo zavedení zatížení je reálně často několik desítek až stovek milimetrů nad nosnou konstrukcí. Smyková síla pak vytváří moment a kotva není namáhána pouze smykem, ale také ohybem. Smykové zkoušky tedy probíhaly formou testování celé kotevní sestavy s maximální snahou přiblížit se reálnému způsobu namáhání.

Kombinované zatížení tahem a smykem

V reálné konstrukci zpravidla nepůsobí tah a smyk odděleně. Například vítr může na FV panel současně vytvářet sílu kolmou i rovnoběžnou s rovinou střechy.

Výsledky poskytly podklady pro posouzení vzájemné interakce tahového a smykového namáhání.

Cyklická zkouška namáháním od účinků větru

Pro použití kotevního bodu pod FV konstrukcemi jsme považovali za nutné ověřit jeho chování při cyklickém tahovém zatížení a odlehčení.

Cílem nebylo pouze zjistit, zda kotva přežije jednotlivý „extrémní poryv větru“, ale také zda opakované namáhání nezpůsobuje:

• postupný růst deformací,

• uvolňování spojů,

• vytržení kotevních prvků z podkladu

• únavové porušování,

• poškozování okolních částí střešní skladby a navazujících vrstev.

 Doplňkové zkoušky pak zahrnovaly výtažné zkoušky kotevních prvků z podkladních konstrukcí, test kvality svaru manžety kotevního bodu s hydroizolační fólií, test kvality poplastování kovových částí a testování utahovacích momentů šroubů pro montáž.

Na základě uvedených zkoušek byly pro jednotlivé konfigurace systému a definované okrajové podmínky stanoveny návrhové hodnoty únosnosti. Ty jsou spolu s kompletními montážními postupy uvedeny přímo v technickém listu DEK kotevního systému. Projektant tak může tyto hodnoty použít přímo jako vstup do statického návrhu, aniž by musel z naměřené maximální síly sám odvozovat návrhovou hodnotu.

Použití DEK kotevního systému v praxi

Jednou z realizací je plnoplošná instalace fotovoltaických panelů na šikmé střeše se sklonem 45°. Použit byl systém tvořený DEK kotevním bodem a DEK nástavbou C na FV.

Před samotnou montáží byl vypracován statický posudek, který určil rozmístění kotevních bodů po celé ploše střechy. Kotevní body byly rozmístěny podle statického návrhu a jejich integrované manžety z PVC-P fólie DEKPLAN byly následně navařeny na hydroizolaci. Tím bylo vytvořeno vodotěsné napojení jednotlivých kotevních míst.

Následně se na kotevní body instalovaly nástavby sloužící k uchycení konstrukce fotovoltaických panelů. Na ně byl upevněn nosný rošt, na který se připevnilo celé pole panelů.

Výsledkem je realizovaný fotovoltaický systém navržený a provedený podle statického posudku a systémového montážního řešení.

Při další realizaci, tentokrát s požadavkem na stabilizaci vegetačních vrstev, byly na šikmou střechu nejprve osazeny a přikotveny DEK kotevní body se smykovými zarážkami. Na ně navázala vlastní skladba vegetační střechy: drenážní smyčková rohož, hydroakumulační vrstva z minerální vaty určené pro vegetační střechy a plastové zatravňovací dlaždice.

 Dlaždice byly následně zasypány substrátem a osázeny rozchodníky, které byly k dlaždicím přichyceny sponkami.  Celá skladba dlaždic byla zajištěna ocelovými lanky.

DEK kotevní systém přináší systémové řešení problému, který se v praxi často podceňuje – bezpečné a zároveň vodotěsné kotvení vrstev a konstrukcí na střechách s povlakovou hydroizolací. Klíčovou předností systému je, že jeho návrhové hodnoty únosnosti nejsou stanoveny odhadem, ale vycházejí z experimentálně ověřeného chování systému a následného statického vyhodnocení. Projektanti a realizační firmy tak mohou pracovat s doloženými podklady pro návrh a montáž.

Zařízení KVDZ uvedené v článku bylo vyvíjeno ve spolupráci s firmou

v rámci operačního programu Podnikání a inovace pro konkurenceschopnost, programu APLIKACE s názvem DEK FUTURE BUILDING   CZ.01.1.02/0.0/0.0/17_176/0015727.

Literatura

[1]   Katalog DEK Stavebniny. https://www.dek.cz/pobocka-brno/obsah/technicka-podpora/katalog [online].

[2]   Katalog DEK Rekonstrukce. https://www.dek.cz/pobocka-brno/obsah/technicka-podpora/katalog-dek-rekonstrukce [online].

[3]   Technický list TL-DEK-0234 – DEK kotevní systém. Stavebniny DEK a.s., datum vydání 2025|12.

[4]   KOKTA, R., ŽÁK, A. Odolnost konstrukcí proti extrémním povětrnostním podmínkám – 3. díl – Klimatické víceosé dynamické zkušební zařízení. DEKTIME, 4. 2. 2025. Dostupné z: https://atelier-dek.cz/vzdelavaci-centrum/clanky/odolnost-konstrukci-proti-extremnim-povetrnostnim-podminkam-3-dil-klimaticke-viceose-dynamicke-zkusebni-zarizeni