W pierwszej części artykułu opublikowanej w „Nowoczesnych Halach” w nr. 4/2018 opisano wymagania normowe w zakresie bezpieczeństwa budynków oraz niezbędne warunki EC1 i EC2 dotyczące realizacji systemów wiążących konstrukcji. Kolejna część artykułu prezentuje realizację wymogów EC1 i EC2 w zakresie powiązania stropów HC z konstrukcją, współpracę płyt HC z belkami stanowiącymi podporę podatną oraz przykłady uszkodzeń tego typu płyt.

Sprężone prefabrykowane płyty stropowe typu HC są produkowane na długich torach naciągowych w technologii ekstruzji betonu. Technologia ta nie daje możliwości wprowadzania do przekroju płyty żadnego zbrojenia miękkiego (np. strzemion czy zbrojenia podłużnego). Zbrojenie poprzeczne – strzemiona w strefach przypodporowych płyt HC – jest szczególnie ważne z uwagi na siły ścinające, które musi przenieść niezbrojony beton. Ponadto strzemiona wypuszczone z przekroju płyty czy zbrojenie poprzeczne zapewniałyby należyte połączenie elementu betonu z betonem uzupełniającym – nadbetonem – a w strefie oparcia płyty na belce należyte powiązania płyty z belką, płyt ze słupami oraz poszczególnych płyt między sobą (wymóg EC2). Te wymogi nie są możliwe do zrealizowania w fazie produkcji płyt. Ograniczenia te budzą wśród projektantów z jednej strony wątpliwości co do nośności strefy przypodporowej, z drugiej zaś – co do sprostania wymogom normowym rozmieszczania zbrojenia połączeniowego, zszywającego poszczególne prefabrykaty ze sobą oraz płytę stropową z konstrukcją budynku, zgodnie z założonym systemem wiążącym. Powiązania są wymogiem normowym w celu zapobiegania katastrofie postępującej („Konstrukcje, które nie zostały obliczone i zaprojektowane ze względu na oddziaływania wyjątkowe, powinny mieć odpowiedni system wiążący, który – tworząc wtórny ustrój nośny, po lokalnym uszkodzeniu – zapobiega katastrofie postępującej” [1]). Jeszcze kilka lat temu tego typu płytami HC przekrywano rozpiętości do 16 m. Obecnie w Polsce produkowane są płyty o rozpiętościach do 21 m. We Włoszech płyty HC są produkowane w rozpiętościach do 26 m. Przy tak dużych rozpiętościach należyte powiązanie prefabrykatów z konstrukcją budynku jest zagadnieniem priorytetowym. Jak więc radzą sobie projektanci i wykonawcy z tymi trudnościami, chcąc spełnić zalecenia dotyczące systemu wiążącego? Tak duże rozpiętości płyt, zestawiając kilka lub kilkanaście prefabrykatów obok siebie, pozwalają na przekrywanie dużych powierzchni stropów. Tak konstruowane stropy tym bardziej wymagają zbrojenia zszywającego elementy prefabrykowane z konstrukcją.

Realizacja wymogów EC1 i EC2 w zakresie powiązania stropów HC z konstrukcją

Na rys. 1-3 pokazano prefabrykowane płyty HC dojrzewające na placu składowym. Należy zwrócić uwagę na wygląd powierzchni bocznych i górnych prefabrykatów stropowych. Powierzchnia betonu płyt stropowych jest równa jak w przypadku zatarcia na mokro. Nadbeton konstrukcyjny ma niewielkie możliwości dobrze zakotwić się w nierównościach betonu prefabrykatu na zasadzie adhezji lub mechanicznego zazębienia. Jedynie górną powierzchnię płyt można lekko uszorstkowić, w przypadku bocznych ścianek jest to niemożliwe. Na przykład w Hiszpanii w bocznych powierzchniach płyt, na etapie ich produkcji, formuje się specjalne dyblowania. Taka powierzchnia betonu prefabrykatu daje możliwość zazębiania się betonu wypełniającego pachwiny podłużne w nierównościach powierzchni dyblowanej. Jest to jeden z zabiegów stosowanych w celu polepszenia wzajemnej współpracy poszczególnych prefabrykatów w kierunku podłużnym – rozpięcia płyty. W Polsce tego typu dyblowania płyt nie są wykonywane (patrz rys. 1a, 2). W chwili obecnej zszywanie zewnętrzne i wewnętrzne płyt z konstrukcją budynku jest realizowane za pomocą prętów zbrojeniowych układanych w pachwinach podłużnych między płytami i na końcach płyt w specjalnie otwartych kanałach. Zszywanie zewnętrzne tarczy stropowej z wieńcem zewnętrznym oraz płyt z belką podporową pokazują rys. 4-10. Pokazany na rys. 4 i 5 sposób zszywania płyt z belkami podporowymi i ze słupami jest powszechnie stosowanym sposobem realizacji powiązań wewnętrznych i zewnętrznych płyt z belkami podpierającymi. Pręty zbrojeniowe wypuszczone z otwartych kanałów do złącza, wygięte w formie pętli i wpuszczone do wieńców, po zabetonowaniu na podporze dają dobre powiązanie płyty z belką (patrz rys. 4).
Zbrojenie podłużne ułożone w pachwinach między płytami na długości stropu, powiązane z siatką zbrojeniową nadbetonu, po zabetonowaniu realizuje powiązania poprzeczne tarczy stropowej (patrz rys. 4 i 5) i polepsza współpracę nadbetonu z betonem płyty. Pręty zbrojeniowe wypuszczone z kanałów płyt i przepuszczone przez zbrojenie podłużne słupów po zabetonowaniu efektywnie realizują powiązania podłużne zewnętrzne płyt z konstrukcją budynku i powiązania ze słupami (patrz rys. 5). Beton wylany w połączeniu wypełnia otwarte kanały płyt i wieńce, wiążąc płyty z wieńcem, płyty na długości stropu oraz słupy z tarczą stropową. Na rys. 8 i 9 pokazane zostały powiązania zewnętrzne płyt stropowych ze ścianą nośną i tego typu powiązania płyt stropowych przy krawędzi podłużnej ze ścianą nienośną. Zaprezentowany sposób powiązania zewnętrznego płyty stropowej ze ścianami jest stosowany między innymi w Finlandii. Na rys. 10 pokazano schemat powiązania zewnętrznego i wewnętrznego płyt HC. Oparcie płyt na podporze pośredniej nie ma zbrojenia wypuszczanego, z otwartych kanałów na końcach płyt do wieńca. Ściany pachwin są w tym wypadku dyblowane na długości. Dyblowanie znacznie poprawia efekt kotwienia betonu wypełniającego pachwinę. Płyty kanałowe HC zastosowane w budynku dwunawowym typu BASHALLEN łączone są za pomocą prętów nagwintowanych wypuszczanych z kanału płyty do wieńca formowanego na wsporniku liniowym w ścianie. Ze ściany w obrębie wspornika wypuszczony jest pręt z nakrętką, która łączy oba pręty. Liniowy wieniec podporowy zbrojony jest prętami 3 Φ 16 mm, ustawionymi z braku miejsca w pionie i wypełniany jest betonem drobnoziarnistym.
Płyty HC mogą być również oparte na belkach stalowych typu DELTA BEAM, które są specjalnie do tej funkcji zaprojektowane. Ten sposób podparcia płyt jest bardziej efektywny. Płyty leżą na półce dolnej belki, które mają w ściankach bocznych wycięte otwory kołowe, przez które można przeciągnąć zbrojenie zespalające płytę z belką. Zbrojenie zespalające może być ułożone albo tylko w pachwinach podłużnych płyt lub gdy zachodzi taka konieczność – również w kanałach płyt. Do zabetonowania połączenia konieczne jest otwarcie kanałów na końcach płyt. Na rys. 9 i 11 pokazano powiązanie zszywające bocznej powierzchni płyty HC ze ścianą nienośną. To połączenie wymaga częściowego otwarcia dwóch skrajnych kanałów płyty, ułożenia prętów zbrojeniowych specjalnie wygiętych w kształcie litery „U” i zabetonowania połączenia. Połączenie wykonywane na bocznych krawędziach płyt jest niezbędne wówczas, gdy rozpiętość płyt stropowych przekracza 6 m. Takie zamki należy realizować szczególnie w płytach stropowych o dużych rozpiętościach w rozstawie nie większym niż 4,8 m.

Współpraca płyt HC z belkami stanowiącymi podporę podatną

Płyty HC oparte na belkach sprężonych lub stalowych tworzą układ konstrukcji zespolonej. Zespolenie to funkcjonuje w dwóch kierunkach – równoległym do osi żeberek płyt oraz równoległym do osi belek. Jest to więc przestrzenna konstrukcja zespolona, która może być wrażliwa na skutki wystąpienia odspojeń i zarysowań. Autor zaproponował przed laty [4] zastosowanie modelu pasmowego do analizy takiej konstrukcji, który tworzą:
−    belka – część pierwsza przekroju (oznaczenia przyjęte w publikacji [4])
−    końcowe fragmenty płyt HC wzmocnione zbrojoną warstwą nadbetonową (oznaczoną jako część druga),
−    ośrodek łączący obie części, którymi są żeberka płyt HC.
Zaproponowany model obliczeniowy pozwala wyznaczyć:
−    redukcję momentu zginającego w belce,
−    naprężenie styczne τ2 uwzględniane w aktualnie obowiązującej normie PN-EN1168 [3],
−    poziome siły ścinające poszczególne żeberka, również te o wartościach maksymalnych w strefie przypodporowej konstrukcji zespolonej.

Szczegóły metodyki obliczeń i przykłady liczbowe podano w [13].

Przykłady niezamierzonych uszkodzeń płyt HC

Rozkucia kanałów zwykle dokonuje się w masie betonowej przed jej stwardnieniem lub rzadziej w stwardniałym betonie, ale wówczas przez wycinanie otworów piłą. W przypadku rozkuwania świeżego betonu ścianki otworów są nierówne, a w przypadku cięcia stwardniałego betonu piłą ścianki kanału są gładkie. Zakotwienie betonu wypełniającego kanały o ściankach rozkuwanych jest zdecydowanie lepsze niż w kanałach ciętych piłą. Z kolei rozkuwanie betonu prowadzi zazwyczaj do jego częściowej destrukcji wokół rozkucia. Czynność ta jednak wykonywana jest na świeżym betonie, co łagodzi efekty destrukcyjne, ale zawsze rozkuwanie należy wykonywać bardzo delikatnie i ostrożnie.
Płyty HC projektowane są jako swobodnie podparte. Nie należy ich uciąglać na siłę. Jeżeli chcemy częściowo zamocować płytę na podporze, należy albo w nadbetonie, albo górą otwartych kanałów na końcach płyt układać konieczne zbrojenie uciąglające. Po jego zabetonowaniu zbrojenie zacznie przenosić moment podporowy. Należy jednak pamiętać o należytym zakotwieniu zbrojenia uciąglającego oraz sprawdzić dokładnie warunki bezpieczeństwa, bo płyta nie ma zbrojenia na ścinanie, a uciąglanie realizuje się w strefie kotwienia cięgien sprężających, gdzie nie mamy pełnego sprężenia betonu, a do tego dochodzi jeszcze oddziaływanie momentu podporowego. Beton wylewany w kanałach na końcach płyt polepsza ich odporność na ścinanie, jednak zmiana schematu statycznego płyty powiększa zagrożenia bezpieczeństwa tej strefy. Należy pamiętać, że jest to obszar częściowego sprężenia i należy brać pod uwagę długość efektywnego zakotwienia cięgien. Długość wypełnienia kanałów betonem wynika z obliczeń statyczno-wytrzymałościowych, lecz nie mniej niż efektywna długość zakotwienia cięgien sprężających. Zagrożenie stwarzają obecnie chętnie zakładane instalacje sanitarne lub grzewcze w kanałach płyt. W celu ich przepuszczenia rozkuwane są często żeberka podłużne, co osłabia płytę i stwarza zagrożenie bezpieczeństwa podczas użytkowania oraz trwałość całego elementu. Zagrożenie w tym wypadku potęgowane jest tym, że rozkucia dokonywane są w stwardniałym betonie, więc destrukcja elementu jest znacznie większa. Prace te winny być wykonywane pod należytym nadzorem projektanta płyt, ale z należytą znajomością technologii ich wykonania.
W artykule przedstawionym na konferencji Awarie Budowlane w 2009 r. autorzy pokazali konsekwencje dostosowania płyt HC do nowych wymagań odporności pożarowej [19]. Zachodziła konieczność powiększenia otuliny betonowej, co spowodowało zmniejszenie ramienia sił wewnętrznych i brak wymaganej nośności przekroju płyty. Wprowadzono więc dodatkowe cięgno usytuowane już na szerokości żeberka. Taki zabieg formalnie zabezpieczył wymaganą nośność płyty, ale pogorszył jakość betonu wokół cięgna i zmniejszył grubość otuliny betonowej wokół górnego cięgna, co doprowadziło do częściowej utraty przyczepności i poślizg górnego cięgna w fazie sprężania. W wyniku tego wydłużenia uległa zmianie efektywna długość zakotwienia cięgien oraz wystąpił niedobór sprężenia betonu w strefie przypodporowej.

Podsumowanie

Współcześnie stosowane połączenia prefabrykowanych płyt sprężonych HC typu „dodawane do konstrukcji” i zabetonowane w kanałach płyt, a nie wypuszczone z elementu prefabrykowanego mogą zapewnić efektywność zespolenia płyt zarówno ze względu na pracę przestrzenną ustroju konstrukcyjnego, jak i przystosowanie do sytuacji wyjątkowych oraz spełnienie podstawowych wymagań elementu stropowego o dużej rozpiętości. Z racji swoich walorów techniczno-ekonomicznych płyty te cieszą się od wielu lat ogromnym zainteresowaniem na całym świecie. Ich stosowaniu towarzyszą badania laboratoryjne prowadzone na szeroką skalę. Praktyka wykazuje, że stosowane sposoby zszywania płyt HC z konstrukcją budynków zdają egzamin. Budynki ze stropami z płyt HC są niezawodne i pracują bezpiecznie. Płyty HC, przekrywając coraz większe rozpiętości, stwarzają architektom i użytkownikom swobodę kształtowania wnętrz. Potrzebne są aktywne uczestnictwo naszych specjalistów w tym międzynarodowym nurcie badawczym i wdrażanie do naszej praktyki dobrych rozwiązań. Jak pokazano w artykule, płyty HC mogą być poddane bardzo zróżnicowanym oddziaływaniom, szczególnie w obiektach o dużych „uwolnionych” przestrzeniach. Skutki tych oddziaływań mogą być przeciwstawne lub niezamierzone. Potrzebne są opracowania o charakterze szczegółowym, np. dokument ƒib [17] będący aktualnie w końcowej fazie edycji. Wskazane w artykule rozbieżności trzech najważniejszych norm odnośnie do zbrojenia połączeń stropowych z konstrukcją budynku powinny być wyeliminowane w toku dalszych prac normalizacyjnych.


Piśmiennictwo
1. PN-EN 1992-1-1 Eurokod 2: Projektowanie konstrukcji z betonu. Część 1-1: Reguły ogólne i reguły dla budynków. Wrzesień 2008.
2. PN-EN 1991-1-7 Eurokod 1: Oddziaływania na konstrukcje, Część 1-7: Oddziaływania ogólne. Oddziaływania wyjątkowe. Październik 2008.
3. PN-EN 1168 Prefabrykaty z betonu: Płyty kanałowe. 2005.
4. Cholewicki A.: Konstrukcje zespolone z prefabrykatów. Seria: Prace Naukowe Instytutu Techniki Budowlanej. ITB, Warszawa 2001.
5. Cholewicki A.: Projektowanie połączeń płyt kanałowych. „Inżynieria i Budownictwo”, nr 2/2003.
6. Cholewicki A., Szulc J.: Projektowanie stropów typu HC w prefabrykowanych konstrukcjach szkieletowych. „Nowoczesne Hale”, nr 2/2011.
7. Cholewicki A., Szulc J., Nagórski T.: Projektowanie żelbetowych budynków szkieletowych w celu ograniczenia ryzyka katastrofy postępującej. Seria: Instrukcje, Wytyczne, Poradniki. ITB, Warszawa 2013.
8. von Acker A: Planning and design handbook on precast building structures. Fib CEB-FIP. Biulletin 74, Task Group 6.12 Lausanne, Switzerland 2014.
9. Della Bella B.: Precast prestressed hollow core floors, second part, Chapter  ”4” Restrained composite supports. FIP Recommendations, January 1997.
10. PFF Data Sheet: Building Regulations, Approved Document A: STRUKTURE -18,
11. Janczura K., Stankiewicz Ł.: Problematyka projektowania i wykonawstwa w aspekcie stosowania nowych technologii, materiałów i nowoczesnej techniki w budownictwie. Normy Europejskie – teoria a praktyka.
12. Troszczyński G.: Poradnik projektanta. Wytyczne projektowania stropów z płyt sprężonych HC. FABUD WKB S.A., wyd. 4, luty 2017.
13. Cholewicki A., Surma M.: Model pasmowy – metoda określania wpływu podatności dźwigara na nośność na ścinanie strunobetonowych płyt kanałowych. „Nowoczesne Hale”, nr 1/2016.
14. Litzner H.U.: Grundsaetze der Bemessung nach Eurocode 2 unter Berücksichtigung von Aspekten des Fertigteilbaues. Berlin 1993.
15. The Building Regulations 2000: The Approved Documents, https://cdn.ymaws.com/www.nibs.org/resource/resmgr/LVDC/British_BuildlingRegs.pdf.
16. Guide to good practice: Structural connections for precast concret buildings fib. „Bulletin”, nr 43/2008.
17. Ajdukiewicz A., Kliszczewicz A., Węglorz M.: Strunobetonowe płyty kanałowe. Błędy projektowe i wykonawcze. XXIV Konferencja N-T Awarie Budowlane, Szczecin, 26-29 maja 2009 r.

Rys. 1a. Kształt i przekrój poprzeczny płyt kanałowych HC grubości 400 mm

Rys. 1b. Niewielkie dyblowania bocznych podłużnych ścian płyty HC grubości 320 mm

Rys. 2. Widok płyt HC produkcji polskiej. Ścianki zewnętrzne płyt gładkie bez żadnych dyblowań

Rys. 3. Widok przekroju płyty dużej rozpiętości, powyżej 22 m i grubości płyt 600 mm (produkowanej we Włoszech)

Rys. 4. Szkic powiązania podłużnego płyt z belką podporową. Zbrojenie zszywające wypuszczone z odkrytych kanałów płyt do wieńców wykonywanych na belkach podporowych

Rys. 5. Widok powiązania płyty HC z belką podporową i ze słupem, zbrojeniem wypuszczanym z otwartych kanałów płyt

Rys. 6. Schemat powiązania wewnętrznego płyt na podporze. Pręty górne realizują częściowe uciąglenie płyty na podporze

Rys. 7. Widok powiązania wewnętrznego płyt z belką. Zbrojenie wypuszczone z otwartych kanałów po zabetonowaniu zapewnia powiązanie wewnętrzne płyt

Rys. 8. Oparcie płyty HC na warstwowej ścianie nośnej

Rys. 9. Powiązania bocznej krawędzi płyty HC ze ścianą nienośną

Rys. 10. Szkic fragmentu tarczy stropowej z płyt kanałowych HC: 1 – zbrojenie wieńców (zszywające; połączenie), 2 – wypełnienie połączeń płyt betonem, 3 – zbrojenie zszywające płytę z wieńcem podporowym, 4 – zbrojenie zszywające płyty na belce podpory pośredniej
W związku z wejściem w dniu 25 maja 2018 roku nowych przepisów w zakresie ochrony danych osobowych (RODO), chcemy poinformować Cię o kilku ważnych kwestiach dotyczących bezpieczeństwa przetwarzania Twoich danych osobowych. Prosimy abyś zapoznał się z informacją na temat Administratora danych osobowych, celu i zakresu przetwarzania danych oraz poznał swoje uprawnienia. W tym celu przygotowaliśmy dla Ciebie szczegółową informację dotyczącą przetwarzania danych osobowych.
Wszelkie informacje znajdziesz tutaj.
Zachęcamy również do zapoznania się z naszą nową Polityką Prywatności.
W przypadku pytań zapraszamy do kontaktu z naszym Inspektorem Ochrony Danych Osobowych pod adresem iodo@elamed.pl

Zamknij