CHARAKTERYSTYKA SYSTEMU WIELKOPŁYTOWEGO

 

Charakterystyka ogólna

Z uwagi na ustrój nośny budynki wielkopłytowe są budynkami ze ścianami nośnymi, podobnie jak budynki murowe (z murowanymi ścianami nośnymi) i bu­dynki monolityczne (ze ścianami betonowanymi na miejscu), w związku z tym wy­magania stawiane konstrukcji budynków wielkopłytowych i sposób spełnienia tych wymagań są identyczne, jak w przypadku innych budynków ze ścianami nośnymi.

Ściany i stropy w takich budynkach stanowią sztywne tarcze pionowe i poziome, których wzajemne powiązanie w poziomie stropów stanowi o spójności przestrzen­nej ustroju nośnego budynku i jego odporności na oddziaływania wyjątkowe, w tym również lokalne uszkodzenia ścian nośnych i stropów.

Podstawową cechą konstrukcji budynków wielkopłytowych, odróżniającą je od konstrukcji pozostałych rodzajów budynków ze ścianami nośnymi, jest obecność w tarczach stropowych i ściennych złączy miedzy prefabrykowanymi płytami, wskazującymi miejsca, w których najczęściej mogę pojawiać się rysy.

Dalszą cechą jest szczególnie duża rola w zapewnieniu bezpieczeństwa konstrukcji wieńców żelbetowych obiegających ściany konstrukcyjne w poziomie stropów oraz za­kotwionego w tych wieńcach (lub przechodzącego z jednego przęsła stropu na drugie) zbrojenia podporowego stropów. Wieńce i zbrojenie podporowe stropów łączą prefabrykowane płyty w tarcze stropowe i §ścienne, a także łączą te tarcze w przestrzenny ustrój nośny budynku.

Budynki wielkopłytowe projektowane są w określonym systemie, co oznacza ze zastosowane prefabrykaty nalezę do odpowiedniego zbioru, zdefiniowanego przez kształt, wymiary i strukturę, materiałową prefabrykatów oraz przez sposób zesta­wiania ich w konstrukcyjną całość (przez sposób ich montażu i wzajemnego połą­czenia w ustrój nośny budynku).

Odmienność szczegółów konstrukcyjnych poszczególnych systemów budyn­ków wielkopłytowych stanowi charakterystyczną cechę, budownictwa wielkopłytowego, co powoduje, ze bez dobrej znajomości szczegółów konstrukcyjnych syste­mu, w którym wzniesiono określony budynek wielkopłytowy, trudno jest oceniać jego stan techniczny i zapewnienie bezpieczeństwa konstrukcji.

Złącza

Złącza stanowią miejsca zmiany właściwości wytrzymałościowych tarczy, w których koncentruję się jej odkształcenia spowodowane przez siły wewnętrzne, wywołane oddziaływaniami zewnętrznymi na konstrukcję, a także przez skurcz betonu i zmiany temperatury. Siły ściskające, prostopadle do płaszczyzny złącza, zwierają złącze, natomiast siły rozciągające, prostopadle do płaszczyzny złącza, a także siły ścinające, równolegle do płaszczyzny złącza, powodują powstawanie rys w złączu.

Przyczepność betonu wypełniającego spoinie, złącza do betonu prefabrykatu jest bardzo mała. Poza tym niszczy ją skurcz świeżego betonu, dlatego kiedy w ele­mencie konstrukcji pojawiają się, siły rozciągające, prostopadle do płaszczyzny złą­cza, pojawieniu się, rysy w złączu przeciwstawia się, jedynie zbrojenie przeszywające złącze.

Siłom ścinającym przeciwstawia się, tarcie betonu wypełniającego spoinie, złącza do betonu prefabrykatu, a także dyblowe ukształtowanie złącza w efekcie, którego następuje docisk betonu wypełniającego spoinę do betonu prefabrykatu. Jeżeli złącze nie jest poddane sile ściskającej, a zwłaszcza gdy występuje w nim siła rozciągająca, tarcie betonu ma niewielki wpływ na nośność złącza, w związku z czym regułą ogólną jest dyblowe kształtowanie złączy ścinanych (rys. 1).

 

Rys. 1. Złącza płyt poddane ścinaniu

Poza intensywnością oddziaływań, których wynikiem są występujące w kon­strukcji siły wewnętrzne, na ukształtowanie i szerokość rys wpływa również efektywność zbrojenia zapewniającego spójność przestrzenną budynku, czyli zbrojenia obwodowego (wieńców), obiegającego ściany konstrukcyjne w poziomie stropów poszczególnych kondygnacji oraz zbrojenia, łączącego stropy ze ścianami kon­strukcyjnymi, a także zbrojenia w samych złączach, prostopadłego do kierunku rysy.

W poszczególnych systemach wielkopłytowych bardzo rocznie kształtowano to zbrojenie, a poza tym nie zawsze wykonanie konstrukcji było w pełni zgodne z projektem. W związku z tym oba czynniki - połączenia płyt w przestrzennie sztywną całość i jakość wykonania robot - maję bardzo istotny wpływ na szero­kość rys i wynikające stąd konsekwencje dla zachowania się konstrukcji.

Wieńce

Wieńce żelbetowe są niezbędnym elementem konstrukcji budynków murowych i monolitycznych, spełniając identyczne funkcje w zapewnieniu wymaganej stabilności konstrukcji, jak podano na rysunku 2. W budynkach wielkopłytowych rola wieńców jest jednak szczególnie duża, ponieważ spójność tarcz stropowych i ściennych oraz ich sztywność w swojej płaszczyźnie nie wynika z samej technolo­gii wykonania tych tarcz (jak ma to miejsce w przypadku stropów monolitycznych czy zmonolityzowanych belkowo-pustakowych oraz ścian murowych lub monoli­tycznych), lecz trzeba ją uzyskać dopiero przez odpowiednie ukształtowanie złączy podłużnych między prefabrykatami i wykonanie wieńców w poziomie stropów.

Powinny także obiegać w sposób nieprzerwany wszystkie ściany konstrukcyjne budynku w poziomie stropu. Jeżeli poziom stropów w budynku (lub części budynku wydzielonej przez przerwy dylatacyjne) jest rożny, wieńce usytuowane na rożnych poziomach powinny zachodzić na siebie na zakład dostatecznie długi, tak aby powstała przewiązka, zdolna do pełnego wykorzystania nośności prętów zbrojenia, aż do osiągnięcia przez naprężenia granicy plastyczności. Ze zbroje­niem wieńca współpracuje tu zbrojenie łączące stropy nad podporą.

 

Rys.2. Funkcje konstrukcyjne wieńców w budynkach wielkopłytowych

Wieńce żelbetowe mogą być wykonane w sposób tradycyjny, jak na ścianach murowanych lub przez połączenie, z reguły spawanie pętlowe prętów zbrojenia znajdującego się w płytach ściennych (tzw. wieńce ukryte). Podstawowym wyma­ganiem jest, aby to ciągłe zbrojenie obwodowe zdolne było do przeniesienia siły rozciągającej nie mniejszej niż ta, którą może przenieść zbrojenie tradycyjnych wieńców na ścianach murowych (złożone 3 o 10 ze stali AIII).

Pręty zbrojenia wieńców łączyć można w sposób tradycyjny (na zakład) lub przez bezpośrednie ich spawanie, czy tez w sposób szczególny - przez połączenie klamrą poziomych pętli zbrojenia wypuszczonego z płyty (rys. 3a), połączenie spi­ralą pionowych pętli zbrojenia wypuszczonego z płyty (rys. 3b), przyspawanie prętów łączących do marek stalowych, przyspawanych do prętów wieńca ukrytego w płycie lub zakotwionych w betonie płyty (rys. 3c).

 

Rys. 3.    Połączenie prętów zbrojenia wieńców a) na klamry, b) na spirale, c) dodatkowymi prętami przyspawanymi do marek stalowych

Połączenia prętów rozciąganych „na klamry” i „na spirale” charakteryzują się, dużą odkształcalnością. Jest to zaleta, jeśli chodzi o możliwość powstania wtórne­go ustroju nośnego nad miejscem lokalnego zniszczenia ściany nośnej (rys. 2), ale pewna wada, kiedy budynek poddany jest znacznym przemieszczeniom podłoża i w zbrojeniu wieńcowym pojawiają się, duże siły rozciągające. W przypadku posa­dowienia budynku na słabych gruntach, kiedy potrzebne jest silniejsze zbrojenie wieńcowe, pręty zbrojenia należy łączyć za pomocą spawania (rys. 3c).

Podobnie jak wieńce żelbetowe, połączenie płyt stropowych ze ścianami konstrukcyjnymi może być wykonywane w sposób tradycyjny, przez zakotwienie prętów zbrojenia płyt stropowych we wieńcu, betonowanym na miejscu, lub przez połączenie zbrojenia płyt w sposób przedstawiony na rysunku 3. Pręty zbrojenia łączącego mogą być układane także w spoinach między płytami stropowymi (pod warunkiem, ze spoiny te są odpowiednio ukształtowane, a pole ich przekroju jest dostatecznie drze, aby zapewnić należyte zakotwienie prętów w betonie). Stropy wielokanałowe łączyć można za pomocą prętów zbrojenia, umieszczonych w kana­łach płyt wypełnionych betonem. Przekrój zbrojenia wynosi nie mniej niż 1,0 cm²/m długości połączenia (podobnie jak w budownictwie tradycyjnym).

Istotną cechą budownictwa wielkopłytowego (oraz innych rodzajów budo­wnictwa z prefabrykatów wielkowymiarowych) jest konieczność pasowania wy­miarowego prefabrykatów, zgodnie z przewidywanym w projekcie sposobem ich montażu i połączenia w ustrój nośny budynku.

W budownictwie murowym i monolitycznym istnieją zwykle pewne możliwości korekty nie dość dokładnego usytuowania ścian i skorygowania w następnym etapie robot (z mniejszą lub większą łatwością) popełnionych błędów. W budo­wnictwie z prefabrykatów wielkowymiarowych możliwości te ograniczone są do z góry założonych w projekcie dopuszczalnych odchyłek wykonania prefabryka­tów i ich montażu. Przekroczenie tych odchyłek in plus gabarytu prefabrykatów nie pozwala na prawidłowe zmontowanie konstrukcji, a przekroczenie ich in minus grozi katastrofą, kiedy np. długość podpory okaże się, zbyt mała.