Návrh skleněného schodišťového stupně
Spočítá orientační únosnost a průhyb skleněného schodišťového stupně z vrstveného skla (model nosníku) podle Eurokódu 10 (EN 19100) a ověří i stav s prasklou nášlapnou tabulí.
SCHOD·CALC
Návrh skleněného schodišťového stupně · vrstvené sklo, prostý nosník · EN 19100 · stav s prasklou nášlapnou tabulí · předběžný odhadNástroj slouží k předběžné úvaze o skladbě skleněného schodišťového stupně, například při rozvaze o investici. Pochozí sklo je bezpečnostní prvek. Výsledek z uzavřených vzorců (model nosníku) není posouzením ani statickým výpočtem a nelze ho použít jako podklad pro projekt, objednávku skla, realizaci ani převzetí. Nezahrnuje náraz, uložení ani porušení nosných tabulí.
Posouzení konkrétního schodu: napište mi. Výchozí hodnoty jsou ukázkové.
Geometrie stupně
Nášlapná (horní) tabule
Nosné (spodní) tabule
Mezivrstva (fólie)
Užitné zatížení (kategorie ČSN EN 1991-1-1)
Mezní průhyb
Návrh skleněného schodišťového stupně z vrstveného konstrukčního skla
Odborný podklad k tomuto nástroji: statické schéma, normy a vzorce, podle kterých počítá, a poctivé vymezení jeho mezí. Metoda je ověřena proti řešenému příkladu NOB030 (Ing. O. Pešek, VUT FAST): vrstvené trojsklo 121212.22, rozpětí 1500 mm; nástroj reprodukuje jeho účinné tloušťky, napětí i průhyby. Nástroj dává předběžný odhad uzavřenými vzorci (teorie nosníku a účinná tloušťka); pro definitivní návrh je nejjistější metoda konečných prvků (MKP) a posouzení autorizovanou osobou.
1. Proč je skleněný schod zvláštní případ
Schodišťový stupeň ze skla je pochozí (nášlapná) konstrukce, tedy nosný prvek, po kterém chodí lidé. Liší se od běžného zasklení dvěma věcmi. Zaprvé je to bezpečnostní prvek: jeho selhání znamená pád osoby. Proto pochozí sklo smí být jen vrstvené bezpečnostní sklo, obvykle ze tří tabulí (odborný podklad „Požadavky na pochozí a částečně pochozí skla“, Ing. M. Sázovský 2017). Zadruhé se navrhuje nejen na neporušený stav, ale i na stav s prasklou nášlapnou tabulí. Horní tabule z tepelně tvrzeného skla (ESG) se neprošlape, může však prasknout, a plné zatížení pak musí unést zbylé nosné tabule.
Skladba pochozího skla. Horní nášlapná tabule je obětovaná: odolává oděru a nárazu a obvykle se dělá jako tepelně tvrzená (ESG/ESG-H), protože se po rozbití rozpadne na drobné neostré úlomky. Nosné tabule pod ní nesou zatížení a volí se nejčastěji tepelně zpevněné (TVG): po prasknutí drží velké úlomky a zachovají zbytkovou únosnost (tepelně tvrzené ESG se rozpadne na drobné úlomky a jeho zbytková únosnost je malá).
2. Statické schéma: prostý nosník
Stupeň je modelován jako prostý nosník rozpětí (vzdálenost mezi podporami, typicky dvě boční schodnice), s průřezem šířky (hloubka stupně, tj. nášlapná hloubka). To odpovídá běžnému otevřenému schodu, kde stupeň „přemosťuje“ mezi dvěma podporami. Čtyřstranně podepřené pochozí desky (skleněné podlahy, světlíky) jsou jiný případ (deska, ne nosník); počítá je nástroj pro pochozí sklo a skleněné podlahy.
Zatížení podle ČSN EN 1991-1-1 (kategorie užitných ploch). Schody přebírají kategorii obsluhované plochy (čl. 6.3.1). Soustředěné zatížení působí podle ČSN EN 1991-1-1 na ploše 50 × 50 mm (EN 19100-1, čl. 4.3.1 (9) dovoluje 100 × 100 mm); nástroj plochu nezohledňuje a počítá s osamělou silou. U schodišťového stupně soustředěné zatížení obvykle rozhoduje o tloušťce skla:
| Kategorie | Plošné | Soustředěné | Mez průhybu v nástroji | Užití |
|---|---|---|---|---|
| A | 3,0 kN/m² | 2,0 kN | , max 5 mm | byty, rodinné domy |
| B | 3,0 kN/m² | 4,0 kN | , max 5 mm | kanceláře, administrativa |
| C3 | 5,0 kN/m² | 4,0 kN | , max 3 mm | veřejné komunikační plochy |
Vnitřní síly prostého nosníku (rovnoměrné a soustředěné zatížení uprostřed):
3. Účinná tloušťka vrstveného skla (Wölfel–Bennison)
Vrstvené sklo nepůsobí ani jako jeden monolit, ani jako volné tabule: záleží na tuhosti mezivrstvy. Tabule spojuje mezivrstva, jejíž modul pružnosti ve smyku určuje míru spolupůsobení přes součinitel spřažení (0 = vrstvy bez spřažení, dolní mez; 1 = monolit, horní mez):
Modul pružnosti ve smyku mezivrstev [MPa] podle teploty a doby zatížení
Spřažení není konstanta: roste s tuhostí mezivrstvy, klesá s teplotou a s délkou zatížení. Proto má každá mezivrstva dvě teplotní řady, pro trvalé (vlastní tíha) a krátkodobé (chůze) zatížení. Nástroj mezi teplotami interpoluje a spočítá zvlášť pro vlastní tíhu a pro chůzi.
| Mezivrstva | trvalé (vlastní tíha) | krátkodobé (chůze, 1 min) | tl. | ||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 20 °C | 30 °C | 40 °C | 20 °C | 30 °C | 40 °C | mm | |
| Ionoplast | 86,6 | 5,31 | 2,95 | 195 | 110 | 30,7 | 1,52 |
| PVB tuhé / strukturální | 0,39 | — | — | 185 | 6,3 | 0,56 | 0,76 |
| EVA | — | — | — | — | — | — | 0,76 |
| PVB standardní | — | — | — | 2,1 | 0,58 | 0,39 | 0,76 |
Pomlčka: technický list hodnotu neuvádí; nástroj počítá bez spřažení ().
4. Pevnost skla a dílčí součinitele (EN 19100-1)
Charakteristická pevnost v ohybu (5% kvantil): Float 45 MPa (EN 572-1), TVG 70 MPa (EN 1863-1), ESG/ESG-H 120 MPa (EN 12150-1). Návrhová pevnost:
Součinitel trvání zatížení podle EN 19100-1, tab. A.3 platí jen pro chlazené sklo: vlastní tíha (stálé zatížení) 0,29, užitné svislé zatížení 0,45; předpjaté sklo má . Kombinace vlastní tíhy a chůze se smí posuzovat pevností pro nejkratší zatížení (čl. A.3 (4)): , vlastní tíha samotná pevností pro stálé zatížení. Zatížení se v mezním stavu únosnosti násobí (tíha) a (užitné), EN 1990-1, tab. A.1.8; pro třídu CC2 je součinitel následků (tab. A.1.9).
5. Napětí v tahu od ohybu a průhyb
Nosník se ohýbá: horní vlákno je tlačené, spodní tažené. Sklo je křehké a rozhoduje tah na spodním líci spodní tabule; tam se počítá maximální napětí a porovnává s návrhovou pevností:
Průběh napětí po výšce řezu není u vrstveného skla jedna přímka. Tabule se navzájem podpírají jen tolik, kolik přenese mezivrstva. V řezu proto každá tabule nese částečně sama (vlastní ohyb kolem svého těžiště) a částečně společně (spřažený ohyb kolem těžiště celého průřezu); poměr řídí součinitel spřažení dané mezivrstvy. Při (tuhá mezivrstva, krátká doba) je průběh téměř lineární jako u monolitu; při (měkká mezivrstva, trvalé zatížení) je pilovitý: každá tabule má vlastní tah dole a tlak nahoře a špička napětí je výrazně vyšší. Diagram řezu v nástroji kreslí tento skutečný průběh (ne ideální monolit) a superponuje trvalé (nízké mezivrstvy) i krátkodobé zatížení (vyšší ). Spřažení se počítá z modulu mezivrstvy pro danou návrhovou teplotu a dobu zatížení; proto se průběh i míra spřažení mění s volbou mezivrstvy a teploty (vyšší teplota znamená měkčí mezivrstvu, menší spřažení a vyšší napětí). Konzervativní dolní mez je vždy (tabule bez spolupůsobení).
6. Stav s prasklou nášlapnou tabulí
Prasklá nášlapná tabule. Nášlapná tabule z tvrzeného skla se neprošlape. Buď se jen odře, nebo praskne (náraz, vada, vměstek sulfidu nikelnatého). Po prasknutí nesou zatížení zbylé nosné tabule. Nástroj to ukazuje přepínačem „Stav s prasklou nášlapnou tabulí“.
EN 19100-2:2026, čl. 4.3.3 (2) předpokládá u pochozího skla porušenou horní vrstvu; jde o mezní stav po porušení (PFLS). Nástroj ho posuzuje v mimořádné kombinaci zatížení (EN 19100-1:2026, čl. 4.4.2 (1)): vlastní tíha a násobek užitného zatížení s pevností skla pro mimořádnou situaci (tab. 8.1). Vzorec (8.15) EN 1990-1 připouští u hlavního zatížení nebo ; nástroj bere přísnější (kategorie C podle ČSN EN 1990 ed. 3, tab. A.1.7) pro všechny předvolby; pro kategorie A a B dává táž tabulka 0,5, nástroj zůstává na straně bezpečnosti. Průhyb se v tomto stavu neověřuje. Porušení nosných tabulí nástroj nepočítá; to se ověřuje výpočtem nebo zkouškou odolnosti proti nárazu a zbytkové únosnosti. Proto se nosné tabule volí z TVG, které po prasknutí drží velké úlomky.
7. Meze tohoto nástroje (co zjednodušuje)
- Model prostého nosníku podepřeného na dvou protilehlých hranách; čtyřstranně podepřené desky (podlahy) nepočítá.
- Soustředěné zatížení modeluje jako osamělou sílu () přes celou šířku; lokální špička napětí pod malou roznášecí plochou je vyšší (patří do MKP). Srovnání metod v řešeném příkladu ukazuje, že MKP dává u soustředěného zatížení o desítky procent vyšší napětí.
- Účinná tloušťka platí přesně pro stejné tabule; pro výrazně nestejné skladby je to Bennisonova aproximace (orientačně).
- Moduly pružnosti ve smyku mezivrstev jsou orientační hodnoty materiálových tříd z technických listů výrobců; reálné spřažení závisí na teplotě, relaxaci a době zatížení. Pro definitivní návrh je ověřte z technického listu konkrétního výrobku.
- Nepočítá dynamický náraz (kyvadlová zkouška podle ČSN EN 12600), zbytkovou únosnost po porušení nosných tabulí, uložení, podložky, koncentrace u kotev a otvorů, skluznost, teplotní napětí.
- Je to předběžný odhad, ne statický posudek.
8. Zdroje
- ČSN EN 16612. Sklo ve stavebnictví – Stanovení únosnosti příčně zatížených tabulí skla výpočtem. Praha: Česká agentura pro standardizaci, 2020. Účinná tloušťka vrstveného skla.
- ČSN EN 1991-1-1. Eurokód 1: Zatížení konstrukcí – Část 1-1: Obecná zatížení – Objemové tíhy, vlastní tíha a užitná zatížení pozemních staveb. Praha: ČNI, 2004. Kategorie užitných ploch, plošné i soustředěné užitné zatížení a pravidlo pro schody (čl. 6.3.1).
- ČSN EN 1990 ed. 3. Eurokód – Zásady navrhování konstrukcí a geotechnických staveb. Praha: Česká agentura pro standardizaci, 2024. Mimořádná kombinace, tab. A.1.7 a A.1.8.
- ČSN EN 572-1+A1. Sklo ve stavebnictví – Základní výrobky ze sodnovápenatokřemičitého skla – Část 1: Definice a obecné fyzikální a mechanické vlastnosti. Praha: ÚNMZ, 2017. Charakteristická pevnost plaveného (chlazeného) skla v ohybu.
- ČSN EN 1863-1. Sklo ve stavebnictví – Tepelně zpevněné sodnovápenatokřemičité sklo – Část 1: Definice a popis. Praha: ÚNMZ, [2012?]. Tepelně zpevněné sklo nosných tabulí.
- ČSN EN 12150-1+A1. Sklo ve stavebnictví – Tepelně tvrzené sodnovápenatokřemičité bezpečnostní sklo – Část 1: Definice a popis. Praha: Česká agentura pro standardizaci, 2020. Tepelně tvrzené sklo nášlapné tabule.
- ČSN EN ISO 12543-1. Sklo ve stavebnictví – Vrstvené sklo a vrstvené bezpečnostní sklo – Část 1: Definice a popis součástí. Praha: Česká agentura pro standardizaci, 2022. Vymezení vrstveného bezpečnostního skla.
- ČSN EN 16613. Sklo ve stavebnictví – Vrstvené sklo a vrstvené bezpečnostní sklo – Stanovení viskoelastických vlastností mezivrstvy. Praha: Česká agentura pro standardizaci, 2026. Rámec pro stanovení modulu pružnosti ve smyku mezivrstvy; hodnoty v nástroji jsou z technických listů výrobců.
- ČSN EN 12600. Sklo ve stavebnictví – Kyvadlová zkouška – Metoda zkoušení nárazem a klasifikace pro ploché sklo. Praha: ČNI, 2003. Zkouška odolnosti proti nárazu, kterou nástroj nepočítá.
- EN 19100-1:2026. Eurocode 10 – Design of glass structures – Part 1: General rules. Brussels: European Committee for Standardization, 2026. Mezní stav po porušení jako mimořádná návrhová situace (čl. 4.2.3, 4.4.2), dílčí součinitele (tab. 8.1), návrhová pevnost skla (příloha A).
- EN 19100-2:2026. Eurocode 10 – Design of glass structures – Part 2: Out-of-plane loaded glass components. Brussels: European Committee for Standardization, 2026. Porušená horní vrstva pochozího skla (čl. 4.3.3), typické mezní průhyby skleněných prvků (kap. 9, tab. 9.1).
- Metoda účinné tloušťky vrstveného skla podle Wölfela, Bennisona a Calderoneho, převzatá do ČSN EN 16612.
- Řešený příklad NOB030 „Návrh a posouzení schodišťového stupně z vrstveného konstrukčního skla“ (Ing. O. Pešek, VUT FAST) — kontrolní příklad, proti kterému je metoda nástroje ověřena.
- Odborný podklad „Požadavky na pochozí a částečně pochozí skla“ (Ing. M. Sázovský, 2017).
- Technické listy výrobců mezivrstev (standardní a strukturální PVB, ionoplast): modul pružnosti ve smyku pro trvalé zatížení a pro chůzi (asi 1 minuta) podle teploty. Orientační hodnoty; pro konkrétní výrobek je ověřte.
Tento nástroj a podklad slouží k předběžnému inženýrskému odhadu a ke vzdělávání. Není statickým posudkem, projektovou dokumentací ani cenovou nabídkou a nenahrazuje posouzení autorizovanou osobou. Pro definitivní návrh pochozího skla (bezpečnostní prvek) je nutné individuální posouzení skla (zpravidla MKP) a často i zkouška odolnosti proti nárazu a zbytkové únosnosti (EN 19100-2:2026, čl. 4.2 a 4.3). Autor neodpovídá za škody vzniklé použitím orientačních výsledků bez posudku.
Z čeho se navrhuje skleněný schodišťový stupeň?
Pochozí sklo se navrhuje jen z vrstveného bezpečnostního skla, obvykle ze tří tabulí: horní nášlapná tabule (obětovaná, obvykle tepelně tvrzená) a pod ní dvě až tři nosné tabule (obvykle tepelně zpevněné TVG). Stupeň se modeluje jako prostý nosník a posuzuje na napětí v tahu za ohybu s pevností podle EN 19100-1 a na průhyb. Eurokód 10 uvádí typickou mez (EN 19100-2:2026, tab. 9.1); nástroj nabízí i přísnější a jako volbu zpracovatele nástroje pro komfort chůze, bez normového zdroje.
Co když praskne nášlapná tabule skleněného schodu?
Nášlapná tabule z tepelně tvrzeného skla (ESG) se neprošlape. Buď se jen odře, nebo praskne, například po nárazu. Nástroj s tím počítá předem: stav s prasklou nášlapnou tabulí ověřuje podle EN 19100-2:2026, čl. 4.3.3 (2) jako mezní stav po porušení s porušenou horní vrstvou. Zbylé nosné tabule nesou mimořádnou kombinaci (vlastní tíha a násobek užitného zatížení; vzorec (8.15) EN 1990-1 připouští nebo , nástroj bere přísnější ) s pevností skla pro mimořádnou situaci. Porušení nosných tabulí nástroj nepočítá; to se ověřuje výpočtem nebo zkouškou.
Nahrazuje nástroj statický posudek?
Ne. Jde o předběžný odhad uzavřenými vzorci (model nosníku), ne o statický posudek, projektovou dokumentaci ani cenovou nabídku. Lokální špička napětí pod bodovým zatížením a definitivní návrh pochozího skla patří do MKP a k posouzení odpovědným projektantem.
Potřebujete posoudit skleněný schod pro konkrétní stavbu?
Napište rozpětí, skladbu a kategorii zatížení. Připravím odborné posouzení skleněného stupně výpočtem nad rámec orientačního odhadu.