Stropy prefabrykowane i zespolone |
|
|
|
1.Wprowadzenie
Obserwuje się w ostatnim czasie, że stropy prefabrykowane i stropy zespolone mają coraz większy udział w wykonywanych obiektach. Przyczyna leży w możliwości przyspieszenia realizacji, w niższych często kosztach i wysokiej jakości prefabrykatów. Wśród różnych typów stropów zajmiemy się głównie stropami podpartymi na ścianach lub belkach, mniejszą wagę przykładając do stropów w ustrojach płytowo słupowych. Takie ograniczenie było konieczne, gdyż szersze zajęcie się ustrojami płytowo słupowymi wykraczało poza granice możliwej objętości tego, już i tak bardzo długiego, wykładu a ustroje płytowo słupowe są ostatnio omówione w dość rozpowszechnionej pracy [1] nie mówiąc już o monografii [2]. W zakresie stropów prefabrykowanych i zespolonych praktycznie brak jest całkiem nowych rozwiązań konstrukcyjnych. W zasadzie powielane są rozwiązania z co najmniej kilkuletnią, a czasem kilkudziesięcioletnią, tradycją, ewentualnie w szczegółach udoskonalane. Dopiero wymagania nowej normy żelbetowej PN-B-03264:1999 wymuszą pewne zmiany konstrukcyjne, głównie z tytułu zwiększonych otuleń zbrojenia. Z tego względu zdecydowano się pokazać w niniejszym referacie, nie tyle nowości w zakresie stropów prefabrykowanych i zespolonych, ile stan obecny zarówno w kraju jak i za granicą. Rozwiązania u nas niestosowane przedstawiono z myślą ich przeniesienia do naszej praktyki budowlanej. Przedstawiono także niektóre, mniej powszechnie znane, aspekty obliczeń. Przyjęty podział na stropy prefabrykowane i zespolone ma dzisiaj charakter raczej porządkowy. Jako prefabrykowane uznano w tym tekście te elementy, w których wpływ betonu uzupełniającego nanoszonego na budowie nie ma, dla nośności stropu, znaczenia decydującego. Nie omawia się w tym wykładzie elementów belkowych, jako wchodzących w zakres innego wykładu. Krajową produkcję przedstawiono na podstawie materiałów otrzymanych od producentów. Autor prosił o te materiały wszystkich producentów, których adresy udało się znaleźć, niestety tylko część takie materiały nadesłała. 2. Ogólne zasady projektowania stropów.
Zanim jednak przejdziemy do szczegółowych omówień, konieczne jest kilka słów o ogólnych zasadach projektowania stropów, których zaniedbanie doprowadzić może nie tylko do wadliwości w stadium eksploatacyjnym, zagrożeń awaryjnych, lub zgoła do katastrofy. Truizmem jest stwierdzenia o konieczności zgodności pomiędzy rozwiązaniem konstrukcyjnym ustroju, metodą obliczania (schematem statycznym) oraz sposobem zazbrojenia. Istnieje dość powszechna zgoda, że siły powinny być sprowadzane na podłoże możliwie krótką drogą. I tak w przypadku ustroju złożonego z podpór jednokierunkowych (rys.2-1a.) stropy mogą być rozpięte jednokierunkowo. Jeżeli jednak podpory tworzą układ krzyżowy, to także stropy powinny przekazywać obciążenia na oba kierunki (rys.2-1b.). Zdarza się jednak często, że mimo krzyżowego układu podpór, rozpina się na nich stropy obliczeniowo i konstrukcyjnie traktowane jako jednokierunkowo pracujące (rys.2-2a.). W tym przypadku mogą mieć miejsce dwie sytuacje. 1. Konsekwentnie jest realizowany schemat statyczny elementów jednokierunkowo pracujących, co pociąga za sobą konieczność niezależnych odkształceń stropów i innych elementów nośnych równolegle biegnących (rys.2-2b.). W efekcie na styku tych różnych elementów powinna być zachowana dylatacja i spodziewać się należy wystąpienia klawiszowania (o wartość a). Połączenie to najczęściej nie będzie połączeniem gazoszczelnym, chyba że zastosuje się specjalne zabiegi.
a) b)
Rys.2-1. Kierunki pracy stropów wymuszone układem podpór (opis w tekście)
Rys.2-2. Jednokierunkowa z założenia praca stropów w przypadku krzyżowego usytuowania podpór. a) -sytuacja, b),c),d) - rozwiązania konstrukcyjne w przekroju A-A.(opis w tekście), 1- kierunek pracy stropu.
2. Jakkolwiek stropy obliczane i zbrojone są jednokierunkowo, to rozwiązanie konstrukcyjne zapewnia współpracę pomiędzy elementami stropu wzajemnie i pomiędzy tymi elementami, a równolegle biegnącymi wieńcami (rys.2-2c,d.). W tym przypadku następuje wyraźna rozbieżność pomiędzy zasadami obliczania i zbrojenia elementów, a rzeczywistym charakterem pracy stropu. Strop pracuje bowiem dwukierunkowo, obciążenia przekazywane są na wszystkie podpory, styki są zwykle gazoszczelne. Sytuacja taka prowadzi zwykle do: przewymiarowania zbrojenia podłużnego z uwagi na stan graniczny nośności; konieczności zbrojenia na ścinanie, gdy w rzeczywistości - z uwagi na dwukierunkową pracę płyty - sam beton przenosi obciążenia siłami poprzecznymi; konieczności dozbrojenia przekroi ze względu na warunek spełnienia dopuszczalnych ugięć i rozwarcia rys, gdy w rzeczywistości mogą w tym względzie istnieć znaczne zapasy; nieprawidłowego rozłożenia obciążeń na elementy podpierające, co prowadzi jednocześnie do przeszacowania i niedoszacowania obciążeń ścian, a w konsekwencji do nieodpowiednich w stosunku do potrzeb szerokości ław fundamentowych; niedoboru, i to znacznego, zbrojenia w kierunku poprzecznym (rys.2-2d).
Wynika stąd wniosek fundamentalny, że
stropów, w których układ podpór wymusza pracę dwukierunkową nie powinno się ani liczyć ani konstruować jako pracujących jednokierunkowo.
Powyższe stwierdzenie w sposób oczywisty faworyzuje stropy monolityczne i zespolone pracujące dwukierunkowo. Nie wyklucza jednak stosowania np. prefabrykowanych płyt podłużnie drążonych, czy też płyt typu TT względnie ၐ, wymaga jedynie uwzględnienia rzeczywistej sztywności tych elementów w obu kierunkach, jak i uwzględnienia sztywności giętnej podłużnych połączeń tych elementów.
Przykład istotnego wpływu na pracę stropu prefabrykowanego współpracy poprzecznej płyt prefabrykowanych zilustrowano na rys.2-3. Rozważono tam współpracę 4 płyt prefabrykowanych o wymiarach 6,0*2,4m rozpiętych na rzucie 9,4*6m. Mimo, że stosunek boków rzutu jest zbliżony do 1,5, otrzymano z tytułu tej współpracy redukcję ugięć (rys.2-3b.) i momentów (rys.2.3c.) o prawie 30%. Aby udokumentować jak istotne są to wpływy i jak zależą one dla prostokątnego rzutu podpór od zmiennego stosunku długości podpór ly/lx podano w tablicy 2-1:
Obliczenia prowadzono zakładając, że rzut przekryty jest zawsze czterema płytami prefabrykowanymi o charakterystyce jak na rys.2-3.
Tablica 2-1 Porównanie maksymalnych ugięć i momentów zginających w zestawie 4 płyt z pojedynczą płytą, w zależności od stosunku ly/lx
ly/lx az/ao myz/myo
1,00 0,437 0,417
1,07 0,475 0,454
1,14 0,516 0,496
1,23 0,562 0,541
1,33 0,610 0,590
1,45 0,662 0,641
1,60 0,716 0,697
1,78 0,772 0,754
2,00 0,829 0,811
Te same wartości, dla lepszego zobrazowania, przedstawiono na rysunku 2-4.
Rys.2-3. Ugięcia i momenty zginające w przekroju przyśrodkowym zestawu płyt połączonych wzajemnie przegubami w porównaniu z płytami wzajemnie niepołączonymi (h=0,18m, E=30000Mpa, ၮ=0,17, q=10kN/m2). a) rzut zestawu, b) ugięcia, c) momenty zginające. Dla zestawu: ugięcie az, momenty mz, dla niezależnych płyt: ugięcie ao, momenty mo,
Rys.2-4. Porównanie maksymalnych ugięć i momentów zginających w zestawie 4 płyt z pojedynczą płytą, w zależności od stosunku ly/lx. Dla zestawu: ugięcie az, momenty myz, dla niezależnych płyt: ugięcie ao, momenty myo
Widzimy, że redukcja momentów i ugięć z uwagi na uwzględnienie wzajemnych powiązań płyt w zestawie, w stosunku do płyty traktowanej jako niewspółpracująca z sąsiednimi, wynosi od ok. 20 % w przypadku bardzo wydłużonego rzutu podpór (ly/lx=2,0) do prawie 60% w przypadku rzutu kwadratowego.
Istotne korzyści przynosi także współpraca zestawów płyt podpartych jedynie czołowo. Ma to miejsce wtedy, gdy jedna z płyt zostanie silniej dociążona niż pozostałe. Przykładowo podamy za [3] na rys.2-5. rozdział obciążenia siłą skupioną pomiędzy sąsiednie płyty.
Należy pamiętać, że rozdział tych obciążeń jest silnie uwarunkowany od stosunku długości do szerokości płyty. Szczegółowe wskazówki w tym względzie znaleźć można m.in. w [4][5], a stosunkowo najszersze ujęcie w [6]. Bardziej asekuracyjne wartości podano w [7].
Rys.2-5. Rozdział obciążenia siłą skupioną pomiędzy sąsiednie płyty. Obliczenia wykonane dla płyt o szerokości 1,2m i rozpiętości 8m.
3. Stropy prefabrykowane
Zakres stosowania poszczególnych typów prefabrykatów stropowych podano w tablicy 3-1 [5].
Tablica 3-1 Zakres zastosowań prefabrykatów stropowych
3.1. Płyty żelbetowe wielkowymiarowe drążone
Najdłuższą tradycję z pośród prefabrykatów wielkowymiarowych, pomijając płyty pełne, mają płyty kanałowe. W kraju najczęściej wytwarza się płyty kanałowe grubości 0,24m i szerokości osiowej sporadycznie 0,6m, najczęściej 0,9 i 1,2m (rys.3.1-1.), rzadziej 1,5m, wyjątkowo 1,8m przy długości modularnej: zwykle do 6,00m, często 7,2m, sporadycznie 7,8m. Rzadziej stosuje się płyty o grubości 0,265m, w tym dla szkół [8].
Rys.3.1-1. Przykładowy przekrój płyty otworowej o szerokości nominalnej 1,2m. a) przekrój poprzeczny, b) warianty kształtu obrzeża
Z uwagi na to, że płyty były projektowane w różnych okresach czasu i przez różnych projektantów wystąpiło zróżnicowanie:
W zależności od typu, płyty te przewidziane są do oparcia na podporach o szerokości minimalnej 015; 0,20 i 024m. Zróżnicowane też jest kształtowanie ścięcia czoła prefabrykatu (rys.3.1-2). Ostatnio wprowadzono płyty otworowe wykonane z betonu lekkiego zwartego klasy LB-20 i LB30 na kruszywie popioło - porytowym
Rys.3.1-2. Stosowane warianty ukształtowania czoła płyt otworowych
Wszystkie te płyty stropowe nie spełniają wymagań nowej normy żelbetowej (PN-B-03264:1999), w szczególności dotyczących otulenia zbrojenia. Warto przypomnieć, że obecnie minimalne otulenie zbrojenia (zarówno nośnego jak i rozdzielczego ) wynosi dla płyt prefabrykowanych, z uwagi na zabezpieczenie przed korozją:
Do powyższych wymagań doliczyć należy obowiązkowo tolerancję usytuowania zbrojenia, minimum 3 mm[9] względnie 5mm [10]. Tak więc praktycznie nominalne otulenie musi wynieść nie mniej niż 20mm (klasa 1 i 2a). Spowodowało to konieczność przeprojektowania wszystkich elementów stropowych. Celem obniżenia kosztów tego przedsięwzięcia, z inicjatywy i na zlecenie Stowarzyszenia Producentów Betonu (SPB) została opracowana dokumentacja płyt otworowych żelbetowych o grubości 0,24 i 0,265m [11] spełniająca wymagania norm [12,13]. Aby sprostać wymaganiom norm w zakresie klas odporności 1 i 2a, dla istniejących kanałów o średnicy 178mm konieczne się stało podniesienie położenia tych kanałów, tak, aby minimalna grubość dolnej płytki wyniosła 35mm [11]. W przypadku wyższych klas zagrożenia środowiskowego, konieczne jest zmniejszenie średnicy otworów. W rozwiązaniu tym z uwagi na:
powrócono do zarzuconego swego czasu rozwiązania z wyprowadzeniem górnego zbrojenia z płyt, przy czym w ten sposób ukształtowano czoło prefabrykatu [11], aby możliwe było nadpodporowe połączenie zarówno przyczepnościowe (rys.3.1-3a.), jak i poprzez spawanie (rys.3.1-3b.).
Rys.3.1-3. Warianty rozwiązania obrzeża czołowego. (opis w tekście)
W budownictwie światowym stosowane są, obok kołowych, bardzo różne uprofilowania kanałów[14], jak to pokazano na rys.3.1-4. Do tej grupy zaliczyć także można płyty, w których podłużne kanały formowane są poprzez wkłady z materiałów izolacyjnych [15] (Rys.3.1-5.)
Rys.3.1-4. Przekroje poprzeczne płyt kanałowych żelbetowych
Rys.3.1-5. Płyty prefabrykowane z wkładami z materiału lekkiego. a) przekrój poprzeczny, b) przekrój podłużny i poziomy
W przypadku większych obciążeń krawędziowych skrajne kanały nie są wykonywane. (rys.3.1-6a). Dla przepuszczenia kominów stosuje się różnego rodzaju wycięcia (rys.3.1-6b). Wycięcia tego rodzaju osłabiają istotnie płyty stropowe, jeżeli płytę taką traktuje się jako pracującą niezależnie. Jeżeli płyta taka występuje w zestawie z innymi płytami, to wpływ osłabienia spowodowanego takim wycięciem jest istotnie minimalizowany. Do dziś produkowane są w formach bateryjnych pełne płyty stropowe o grubości 0,14m i wymiarach do ca 6,1*2,7m (stosowane w zmodyfikowanym systemie OWT 67- modernizacja 95 [16] i S98[17]), przy czym kształty płyt mogą być bardzo różne: z wycięciami, ukosami. Przykład takiej płyty stropowej [16] pokazano na rys.3.1-7. Proponowane są też [18] płyty pełne typu SHŻ o grubości 0,14m i rozpiętości do 6,0m stosowane w układach wykorzystujących jako podparcia także ściany równoległe do długości płyt.
Rys.3.1-6. Płyty otworowe a) o wzmocnionej krawędzi, b) z wycięciami
Rys.3.1-7. Płyta stropowa pełna z otworami dla przeprowadzenia kanałów wentylacyjnych
3.2. Płyty wielkowymiarowe drążone sprężone
Poczesne miejsce pośród płyt otworowych w świecie, a także w kraju, zajmują otworowe płyty sprężone splotami na długich torach. W kraju zostały one wprowadzone pod nazwą stropów SP w latach 1973-1976, na podstawie licencji stropów Spiroll. W świecie stropy tego typu znane są pod handlowymi nazwami: „Elematic”, ”Dy-Core” „Rap”, „Soprel” „Span-Deck” „Spancrete”, „Spiroll”.
Trzeba wyraźnie stwierdzić, że płyty otworowe sprężone nie wypełniają wymagań żadnej z obowiązujących norm. Brak jest w nich zbrojenia poprzecznego, zbrojenia na ścinanie oraz zbrojenia wzmacniającego strefę przekazania sił sprężających. Niedopełnione są warunki głębokości oparcia. Stąd zarówno w Polsce jak i w innych krajach produkowanie i stosowanie tych płyt odbywa się na podstawie odpowiednich dopuszczeń[7].
Wg informacji autora w kraju produkowane są [4],[19] sprężone płyty drążone o wysokości 0,2m; 0,265m; 0,32m i 0,4m (rys.3.2-1.). Istnieje możliwość podjęcia produkcji tych stropów także o grubości 0,45m i 0,5m.
Rys.3.2-1. Przekroje produkowanych w kraju płyt kanałowych sprężonych. Ze względu na sposób produkcji czoła płyt są formowane przez pionowe cięcie. W płytach sprężonych wykonywać można różnego rodzaju konieczne wycięcia[4] (rys.3.2-2a.), przy czym zakres tych wycięć musi się mieścić w granicach narzuconych przez producenta. Niezależnie od wycięć możliwe jest także wiercenie otworów, byle nie naruszały one żeber płyty. Możliwe jest też ukośne w rzucie przycięcie płyty[4](rys.3.2-2b.).
Rys. 3.2-2. Wycięcia i czołowe przycięcia płyt sprężonych (opis w tekście)
Za granicą stosowane są także inne kształty przekroju poprzecznego sprężonych płyt otworowych, jak to przykładowo przedstawiono [3] na rys.3.2-3. Pozwalają one na nieco mniejsze zużycie betonu. Stosowane są też różne kształty krawędzi podłużnej płyt sprężonych [5](rys.3.2-4.). W Polsce stosowany jest wg mojej informacji jedynie profil pierwszy z pokazanych.
Rys.3.2-3. Przykładowe kształty przekroju poprzecznego płyt sprężonych
Rys.3.2.4. Różne profile krawędzi bocznych płyt otworowych sprężonych.
3.3.Oparcia i połączenia płyt otworowych
Połączenia czołowe w stropach z płyt kanałowych najchętniej wykonuje się przez umieszczenia w spoinach miedzy płytami prętów prostych, czasem na końcach zagiętych. Takie rozwiązanie stosowano w płytach stropowych PP [20] -rys.3.3-1a. Przy wieńcu skrajnym zbrojenie kotwiono w tym wieńcu -rys.3.3-1b.
Rys.3.3-1. Zbrojenie podporowe umieszczane w spoinach podłużnych płyt stropowych kanałowych typ „PP” . (opis w tekście)
Jest to rozwiązanie elementarne w przypadku, gdy spoiny trafiają wzajemnie czołowo. Jeżeli jednak, jak to ma często miejsce w budownictwie mieszkaniowym, stosuje się płyty o różnych szerokościach, zbrojenie wyprowadzone ze spoiny kotwić trzeba praktycznie głównie w wieńcu. Takie rozwiązanie jest przykładowo stosowane w spoinach płyt kanałowych typu CŻ-S [20] i typu S [21][22] (rys.3.3-2.).
Rys.3.3-2. Różne sposoby kształtowanie zbrojenia podporowego kotwionego w spoinach podłużnych i w wieńcu Obecna norma [23](a także przyszła[13]) wymusza, aby czołowe połączenia pomiędzy płytą stropową a podporą było zdolne do przeniesienia siły 60kN/m szerokości płyty, jeżeli płyty nie mają bocznych połączeń. Wymaga to, nawet stosując stal RB500W, co najmniej 1,2cm2 na 1 mb szerokości płyty, przy czym zbrojenie to powinno być w pełni zakotwione na podporze. Przykładowo dla płyt o szerokości 1,2m wymaga się w ten sposób co najmniej ၦ14 na każdą płytę. Zbrojenia tego, jako nie będącego częścią prefabrykatu, nie obejmuje ulga zawieszająca stosowanie normy [23] do września 2002. W opracowywanej dla Stowarzyszenia Producentów Betonu nowej generacji płyt [11] punktem wyjścia do rozważań była sytuacja, w której spoiny między płytami nie trafiają na siebie wzajemnie. Dlatego też przyjęto tam zakotwienie w wieńcu zarówno prętów wyprowadzonych z czoła płyt, jak i umieszczanych w spoinach między płytami (rys.3.3-3.). W szczególnym przypadku, gdy spoiny miedzy płytami trafiają na siebie wzajemnie, pręty kotwione są w przeciwległych spoinach. Zastępczo przewiduje się spawanie zbrojenia nadpodporowego.
Rys.3.3-3. Kotwienie w wieńcu zbrojenia wyprowadzonego z czoła płyty W płytach otworowych zarówno żelbetowych, jak i sprężonych, istnieją obszary przekroju poprzecznego możliwe do usunięcia bez osłabienia nośności elementu. (rys.3.3.-4.). Dopuszcza się wykucie tych partii wg potrzeb, dla przeprowadzenia elementów pionowych (1), dla przeprowadzenia instalacji ukrytych w kanałach(2) i dla wykonania koniecznych połączeń miedzy płytami stropowymi a elementami biegnącymi równolegle (3).
Rys.3.3-4. Obszary, które mogą być ewentualnie rozkute na budowie
Połączenie płyty, w szczególności długiej płyty sprężonej, z biegnącymi do niej równolegle ścianami [19](rys.3.3-5a.) i belkami [24](rys.3.3-5b.) jest niezmiernie istotne z uwagi na pracę ustroju jako całości. Trzeba bowiem wziąć pod uwagę, że z tytułu różnych wpływów, a przede wszystkim wpływów termicznych, krawędzie ścian i belek zewnętrznych odginają się od stropu. Prowadzi to do rozszczelnienia połączenia, a ewentualnie także do wzajemnego klawiszowania. Takie więc poprzeczne związanie jest konieczne. Jakkolwiek nie ujmują tego przepisy w przypadku płyt dłuższych niż 4.8m takie poprzeczne związanie, choć w jednym miejscu uznać należy za pożądane. Przy rozpiętościach powyżej 6 m, takie połączenie, w szczególności z nadprożami uznać należy zdaniem autora za konieczne. W analogiczny sposób dokonać można połączenia wzajemnego między płytami stosując jak elementy łączące pojedyncze pręty zbrojeniowe (rys.3.3-6a.), względnie zgrzewane szkielety (rys.3.3-6b). a) b) Rys.3.3-5 Połączenie płyt otworowych z równolegle biegnącymi: a) ścianami, b) belkami. 1- zbrojenie łączące zakładane na budowie, 2- zbrojenie odginane z belki.
Rys.3.3-6. Połączenia boczne pomiędzy płytami kanałowymi (opis w tekście) Płyty sprężone są z zasadzie przeznaczone do stosowania w przypadkach, gdy warunki podporowe zapewniają możliwość swobodnego obrotu na podporze. To założenie jest zwykle realizowane w przypadku opierania płyt na konstrukcji szkieletowej. W przypadku oparcia płyt na konstrukcji ścianowej, gdy na końcach płyty ustawiona jest ściana wyższych kondygnacji, następuje automatycznie częściowe zamocowanie tych płyt. Można próbować uniknąć zamocowania płyt poprzez umieszczenie na końcach płyt miękkich podkładek(np.styropian) [5], (rys.3.3-7a.) i w ten sposób zapobiec dociążeniu końców płyt. Można też zastosować w tym przypadku odpowiednio wyprofilowanie strefy podporowej płyt [5] (rys.3.3-7b.) powodujące, że górna krawędź płyty nie będzie w złączu przytrzymana.
Rys.3.3-7. Sposoby rozwiązania węzła podporowego płyt sprężonych pozwalające na uniknięcie zamocowania końców płyt (opis w tekście). 1- zatyczka kanału z tworzyw sztucznych, 2- zaprawa, lub lepiej taśma elastyczna, 3- zaprawa, 4- wkładka podatna
Pewien stopień zamocowania jest dopuszczalny na końcach płyt sprężonych. Jest on jednak zwyczajowo ograniczony do poziomu momentu rysującego[4]. Produkowane są specjalne płyty sprężone ze zbrojeniem górnym [4], które mogą być stosowane w warunkach częściowego zamocowania w ścianach. Niezależnie jednak od typu płyty sprężonej i wartości docisku przekazywanego przez ścianę, wymaga się aby zatyczki ograniczające wlewanie się betonu do kanałów były umieszczone w ten sposób, by krawędź betonu w kanałach pokrywała się z krawędzią ściany[5] (rys.3.3.-8a.). Nie można bowiem dopuścić, aby beton wychodził poza lico ściany [5] (rys.3.3-8b.). Powoduje to nie tyle niepotrzebną stratę betonu, co prowadzi do wzajemnego zamocowania płyt stropowych i osłabia samo połączenie zaburzając przebieg sił..
Rys.3.3-8. Sposoby rozwiązania węzła podporowego płyt sprężonych w przypadku, gdy obciążenie końców płyt jest mniejsze, niż obciążenie wywołujące zarysowanie na podporze (opis w tekście). 1- zatyczka kanału z tworzyw sztucznych, 2- zaprawa lub lepiej taśma elastyczna, 3- zaprawa,
Popularnym sposobem łączenia płyt stropowych żelbetowych, a przede wszystkim sprężonych jest otwarcie od góry kanałów, zwykle w liczbie dwóch na płytę. Takie otwarcie pozwala na wprowadzenie zbrojenia łączącego przejmującego pewne momenty podporowe (zbrojenie przy górnej krawędzi (rys.3.3-9a) względnie jedynie przenoszącego siły rozciągające ( zbrojenie w pobliżu dna kanału rys.3.3-9b.). W tym ostatnim przypadku możliwe jest, zamiast otwarcia długiego odcinka kanału, jedynie wybicie w nim otworów kontrolujących zabetonowanie (rys.3.3-9c.).
Rys.3.3-9. Sposoby łączenia czołowego płyt otworowych (opis w tekście). 1-zbrojenie łączące, 2- ograniczenie wypełnienia kanału betonem
W przypadku podparć szerokich zapewniających długość oparcia wynikającą z koniecznej długości zakotwienia wkładek podporowych, dla zapewnienia ciągłości ustroju i ograniczenia rozwarcia rys nad podporą, wystarcza jedynie zbrojenia dodatkowe nadpodporowe umieszczone w kanałach [3] (rys.3.3-10). Przed betonowaniem otwartych kanałów ich końce powinny być zasklepione (dla przeciwdziałania rozlewaniu betonów ) bądź betonem, bądź specjalną wkładką z tworzyw sztucznych. Zwracamy tu uwagę, na zastosowane na skrajnej podporze dodatkowe zbrojenie łączące dołem płyty stropowe z ryglem skrajnym. (do zagadnienia wrócimy dalej). W przypadku, gdy płyty stropowe umieszczane są na górnej krawędzi rygla, ten typ połączenia zapewnia pełną współpracę rygla i betonu naniesionego na rygle [24] (rys.3.3-11). Do współpracy wciągnąć można beton o pełnej szerokości rygla.
Rys.3.3-10. Oparcie płyt kanałowych na wspornikach rygli. a)rygiel skrajny, b) rygiel środkowy. 1-zasklepienie kanału, 2- ewentualne zbrojenie łączące dołem płyty stropowe z ryglem skrajnym
Rys.3.3-11. Oparcie płyt kanałowych na górnej krawędzi rygla. a)rygiel skrajny, b) rygiel środkowy. 1-zasklepienie kanału, 2- ewentualne zbrojenie łączące dołem płyty stropowe z ryglem skrajnym
Jeżeli godzimy się na powstanie w miejscu oparcia płyt na podciągach widocznych zarysowań ( ukrytych następnie w warstwach podłogowych), to w szczególności w przypadku płyt sprężonych dużej rozpiętości, wskazane jest, aby połączenie czołowe płyt nie wprowadzało istotnej wartości momentów podporowych. W takim przypadku pręty łączące umieścić należy w połowie wysokości płyty stropowej [5](rys.3.3-12). Pręty te można umieścić odgięte w podciągu, a następnie, po ustawieniu płyt, dogiąć zbrojenie do wnętrza kanałów.
Rys.3.3-12.Połączenie pomiędzy płytami stropowymi a ryglem w sposób nie wywołujący momentów zamocowania. 1-zasklepienie kanału, 2-podkładka neopremowa
Otwarcie kanałów w strefie przypodporowej rozwiązuje też problem połączenia w przypadku ustrojów szkieletowych prefabrykowanych, w których styk płyt przypada na osi słupów [24] (rys.3.3.-13). Zbrojenie łączące omija wtedy bez trudu słupy
Rys.3.3-13. Połączenia pomiędzy płytami a prefabrykowanym szkieletem a) podpora skrajna, b) podpora wewnętrzna. 1- zbrojenie łączące, 2- strzemiona zespalające belki z betonem nanoszonym na budowie
Jeżeli szerokość podpory lub prowadzone pionowo zbrojenie uniemożliwia spełnienie warunków prawidłowego oparcia płyt na podporze z uwagi na konieczną długość zakotwienia wkładek na podporze, można tą długość zmniejszyć do wymagalnych długości oparć ze względów konstrukcyjnych, wprowadzając odpowiednie zbrojenie dolne zakotwione w kanałach (rys.3.3-14.). Wkładki te powinny, uwzględniając zakład, wypełnić wymagania przepisów normowych.
Rys.3.3-14. Oparcie płyt stropowych w sytuacji niemożności dopełnienia długości oparcia z uwagi na zakotwienie wkładek zbrojeniowych. a) różne typy podparcia skrajnego, b) różne typy podparcia wewnętrznego. 1-zasklepienie kanału, 2-dolne zbrojenie łączące Uwzględniając możliwość umieszczenia dolnego zbrojenia w otwartych kanałach, możliwe jest skonstruowanie płaskich podciągów formujących strop płaski z płyt otworowych (rys.3.3-15). Zastosowanie tego rozwiązania jest ograniczone do wydłużonej siatki podpór, gdzie płyty prefabrykowane układane są wzdłuż kierunku dłuższego. Proponując to rozwiązanie, należy zwrócić szczególną uwagę na ugięcia płaskiego podciągu
Rys.3.3-15. Konstrukcja podciągu ukrytego w grubości płyt. 1-zasklepienie kanału, 2-dolne zbrojenie zespalające
Płyty kanałowe, zarówno żelbetowe, jak i sprężone stosowane są także w połączeniu elementami szkieletu stalowego. Najbardziej lapidarnym jest bezpośrednie oparcie płyt na profilu stalowym. Podstawowym warunkiem jest oczywiście wkotwienie profilu stalowego w beton wieńca dla zapewnienia związania płyty stropowej z konstrukcją szkieletową. Związania tego obecnie dokonuje się najczęściej przez napawanie trzpieni z główkami. Za wieniec najlepiej jest zakotwić zbrojenie umieszczone w otwartym kanale płyty otworowej [3](rys.3.3-16a).
Rys 3.3-16. Oparcie płyty otworowej na stalowej belce skrajnej. 1- zbrojenie łączące Stosowane jest też wprowadzenie płyt stropowych pomiędzy półki profilu stalowego [M3](rys.3.3-17.) jakkolwiek łączy się to z istotnym utrudnieniem montażu. Stąd też w ostatnich latach produkowane są profile stalowe z poszerzoną półką dolną właśnie przystosowaną do oparcie na niej płyt prefabrykowanych (rys. 3.3-16b, 3.3-18). Szeroki przegląd różnego rodzaju sposobów oparcia prefabrykatów żelbetowych na stalowych belkach znaleźć można w pracy [25].
Rys.3.3-17. Oparcie płyt prefabrykowanych na dolnych półkach profili stalowych
Rys.3.3-18. Oparcie płyt sprężonych na poszerzonych dolnych półkach profili stalowych.
Płyty otworowe mogą być zaopatrzone w pionowe otwory przelotowe wg potrzeb. Pionowe otwory przelotowe nie uszkadzające żeber wykonywane są w zasadzie na budowie. Większe otwory wykonuje się w trakcie produkcji prefabrykatów. Jeżeli występuje konieczność wykonania dużego otworu, stosuje się specjalny stalowy wymian [4][14][19][24] przenoszący reakcję końca skróconej płyty na płyty sąsiednie (rys.3.3-19.). Wymian taki może mieć szerokość do 2,4 m. Zastosowanie wymianu wymaga, co oczywiste, sprawdzenia nośności sąsiednich płyt.
Na prefabrykowanych płytach drążonych może być układana, współpracująca z nimi, warstwa zbrojonego betonu. Ma to szczególnie miejsce tam, gdzie inne względy wymagają, aby płaszczyzna stropu była silnie poziomo stężona, lub gdy trzeba zwiększyć nośność stropu. Grubość zbrojonego siatką betonu nanoszonego na prefabrykaty waha się w granicach zwykle 5Ⴘ8cm, ale spotykano warstwy dodatkowe o grubości 12cm. W takiej sytuacji można, w kierunku mniejszej rozpiętości stosować płaskie podciągi jak to przedstawiono [3] na rysunku 3.3-20.
Rys.3.3-19. Zastosowanie stalowych wymianów podtrzymujących końce płyty. a) sytuacja, b) stosowane typy wymianów.
Rys.3.3-20. Konstrukcja płaskiego podciągu w stropie złożonym z płyt drążonych i warstwy betonu układanego na nich na budowie. 1- zbrojenie nadpodporowe łączące, 2- zbrojenie dolne umieszczone w kanałach, 3- siatka zbrojąca beton nanoszony na budowie. Szczególna sytuacja zachodzi, gdy podparcie płyt stropowych realizowane jest na wsporniku skrajnego rygla. Gdybyśmy jedynie swobodnie oparli płyty na takim ryglu, wystąpiło by skręcanie rygla(rys.3.3-21a.), a nawet jego swobodny obrót względem krawędzi słupa. Aby taki swobodny obrót nie nastąpił, należy złączyć w sposób monolityczny rygiel z płytami stropowymi. W tym momencie obrót rygla ograniczony będzie sztywnością płyt stropowych. Konieczne jest wytworzenie w połączeniu pary sił. Siłę ściskającą przenieść może beton wypełniający szczelinę między płytą a ryglem. Siłę rozciągającą powinny przenieść dodatkowe elementy połączenia. Nie wystarczą tu bowiem siły tarcia w miejscu oparcia płyty na ryglu. Przykładowo pokazano za [19]na rys.3.3-21b. jedno takie rozwiązanie. Stosowane są też inne, m.in. z nakrętkami blokującymi pręt łączący.
Rys.3.3-21. Oparcie płyt na wspornikach rygla skrajnego. a) w przypadku braku dodatkowych połączeń, b) dodatkowe połączenie uniemożliwiające swobodny obrót rygla Przeprowadzona wyżej agitacja, za stosowaniem połączeń czołowych poprzez podłużne przypodporowe otwarcie kanałów, ma na celu zachęcenie krajowych projektantów do stosowania tego rodzaju rozwiązań. Za tymi rozwiązaniami przemawiają argumenty zarówno konstrukcyjne, jak i ekonomiczne. Jak dotąd jednak nie udało się namówić krajowych producentów prefabrykatów do tego rozwiązania przygotowywanego od razu w wytwórni prefabrykatów. Jednakże dokonane w nowej generacji płyt żelbetowych pocienienie górnej płytki do 27mm pozwala łatwiej na realizacje tego typu połączeń, poprzez wykucie kanałów bezpośrednio na budowie. Autor: Włodzimierz Starosolski |
|