Wśród stropów z belkami stalowymi i ceramicznym wypełnieniem rozróżnić należy dwa podstawowe rodzaje: stropy odcinkowe i stro-py Kleina. Jak powszechnie wiadomo, strop odcinkowy składa się z belek o przekroju dwuteowym, ułożonych w rozstawie do 2,5 m (≥ 1/3 rozpiętości belki) i murowanych sklepień zabudowanych mię-dzy belkami. Początki stosowania stropów odcinkowych należy wiązać z czasem rozpoczęcia produkcji dwuteowych belek żeliw-nych. Można zatem przyjąć, że stropy takie mogły być stosowane już na przełomie XVIII i XIX w. [1]. Jednym z najstarszych znanych w kraju stropów odcinkowych są stropy tkalni w Wałbrzychu, wznie-sione w 1834 r. (RYS. 1) [2].

Stropy odcinkowe zyskały bardzo dużą popularność w pierwszej połowie XIX w., do czego przyczynił się znaczny rozwój przemysłu ciężkiego. Istotnym mankamentem tych konstrukcji jest występowanie poziomej składowej reakcji od sklepienia ceramicznego, co wymagało wykonywania masywniejszych ścian w kierunku równoległym do belek nośnych. Dlatego stropy te stosowano często do przekrywania piwnic, gdyż odpór gruntu na ściany zewnętrzne piwnic zapewnia odpowied-nią stateczność ściany. W publikacjach niemieckich z końca XIX w. [3] zaleca się nawet stosowanie ukrytych w sklepieniu stalowych ściągów, prostopadłych do belek, zabudowanych w skrajnym polu stropu (RYS. 2). W późniejszych publikacjach [4] można znaleźć wytyczne do-tyczące sytuowania ściągów nieco niżej i dwóch skrajnych polach. Po-dobne wytyczne podano w dawnej normie niemieckiej DIN 1053 [5].

W 1892 r. mistrz murarski J.F. Klein z Essen opatentował konstruk-cję płaskiego stropu w postaci płyty ceramicznej, zbrojonej stalowymi płaskownikami. Płyty Kleina rozpowszechniły się szybko w budow-nictwie i w ciągu niespełna 2 lat, do 1893 r. zrealizowano ponad 614 000 m2 powierzchni takich stropów [6]. Powszechnie stosowano typ lekki, półciężki i ciężki (RYS. 3–5) [7, 8]. Brak poziomej składowej reakcji umożliwiał stosowanie stropu na wyższych kondygnacjach bez dodatkowych zabezpieczeń oraz pozwolił na wykonywanie balkonów – z czego chętnie korzystano. Oprócz wykonywania płyt ceramicznych z cegieł pełnych i dziurawek stosowano również wypełnienie w postaci różnego rodzaju elementów drążonych poziomo o kwadratowym rzucie. Przykład takiego stropu pokazano na RYS. 6 i FOT. 1–2. Powstały rów-nież inne stropy na belkach stalowych z ceramicznym wypełnieniem (np. strop Ekscelsior), lecz nie zdobyły już tak dużej popularności [9, 10].

TYPOWE USZKODZENIA I ICH PRZYCZYNY

Główną przyczyną uszkodzeń stropów z belkami stalowymi i cera-micznym wypełnieniem jest korozja stali belek. Rzadziej uszkodze-niom ulegają ceramiczne płyty i sklepienia [11]. Najbardziej narażone na uszkodzenia są stropy zabudowane w miejscach o podwyższonej wilgotności, jak piwnice. W takich warunkach często stan dolnych półek dwuteowników jest bardzo zły. Na FOT. 3–4 pokazano przypadki znacznych uszkodzeń korozyjnych belek. Uszkodzenia takie mogą doprowadzić do zawalenia się stropu (FOT. 5–8).

Duże uszkodzenia wykazują często konstrukcje balkonów. Wynika to z braku izolacji przeciwwodnej oraz braku obróbek blacharskich. Konsekwencją tego jest wnikanie wód opadowych do wnętrza konstrukcji balkonów oraz podciekanie tych wód na spód balko-nów (FOT. 9–10). Wówczas występują uszkodzenia korozyjne belek

dr hab. inż. Łukasz drobiec, prof. politechniki śląskiej

TYPOWE USZKODZENIA I METODY NAPRAW STROPÓW MASYWNYCH Z BELKAMI STALOWYMITypical damage and repair methods for solid floor slabs with steel beams ABSTRAKT S. 63

Konstrukcje stropowe ze stalowymi belkami i murowanym wypełnieniem wykonywano powszechnie przez ponad 100 lat. Obecnie tego typu rozwiązań już się nie stosuje, lecz w praktyce inżynierskiej wciąż występują problemy związane z naprawą lub koniecznością zwiększania ich nośności.

600

405

405

225

65

~40

~30

1200÷1400

170

47

Belka Podciąg

129

312617

326

33822

5

36

2134

RYS. 1. Fragment przekroju stropu z 1834 r. z żeliwnymi belkami i podciągami; rys.: [2]

RYS. 2. Strop odcinkowy ze ściągiem w skrajnym polu według G.A. Breymanna; rys.: archiwum autora

1 – belka stalowa, 2 – murowane sklepienie, 3 – polepa, 4 – ściąg

56 nr 6/2017

Materiały i technologie

innowacyjny system kompozytowych wzmocnień konstrukcji żelbetowych i murowych

Wyłączny dystrybutor marki Ruredil w Polsce ul. M. Bacciarellego 8E/I, 51-649 Wrocław Tel. +48 71 344 04 34, info@visbud-projekt.pl, www.visbud-projekt.pl

Siatki marki Ruredil wykorzystywane są do wzmacniania konstrukcji betonowych i murowych.

W systemie są ognioodporne, proste u użyciu, skuteczneoraz mogą być stosowane na wilgotnych podłożach.

Zapewniają odzyskanie utraconej wytrzymałości, mogą zwiększać wytrzymałość konstrukcji

betonowych na ścinanie i zginanie bez użycia stali i żywic epoksydowych.

Technologies and solutions for modern building

stalowych oraz uszkodzenia mrozowe płyt ceramicznych. Na FOT. 11 pokazano widok balkonu od spodu, w którym wystąpiły znaczne uszkodzenia korozyjne belek noś-nych oraz ubytki płyty ceramicznej sięgające otworów w zastosowanej cegle dziurawce. Nakazano wykonanie natychmiastowego remontu polegającego na usunięciu posadki, oczyszczeniu, wzmocnieniu i zabezpiecze-niu antykorozyjnym belek, założeniu tynków na siatce metalowej od spodu oraz wykona-niu obróbek blacharskich i nowej posadzki.

900÷1900

5 4 3 2

21

3

1

900÷1900

21

3

5 4 3 2 1

900÷1900

21

3

5 4 3 2 1

115÷160

1512

012

1 2 7 2 2 6 4 3 5 1

RYS 3–5. Stropy Kleina: typ lekki (3), typ półciężki (4), typ ciężki (5); rys.: archiwum autora

1 – dwuteownik, 2 – płyta ceramiczna, 3 – bednarka lub pręt okrągły, 4 – polepa, 5 – konstrukcja podłogi

FOT. 1–2. Nietypowe rozwiązanie stropu Kleina z ceramicznymi bloczkami drążonymi (budynek w Katowicach); fot.: archiwum autora

RYS. 6. Nietypowe rozwiązanie stropu Kleina z ceramicznymi bloczkami drążonymi (budynek w Katowicach); rys.: archiwum autora

1 – dwuteownik stalowy, 2 – pustak ceramiczny, 3 – pręt stalowy ∅ 12 mm, 4 – pręt stalowy górny, 5 – zaprawa wapienna, 6 – wylewka cementowa, 7 – warstwy podłogi

FOT. 3–4. Przykłady uszkodzeń korozyjnych belek stropów odcinkowych; fot.: archiwum autora

FOT. 5–6. Częściowo zawalone sklepienie; fot.: archiwum autora

FOT. 7–8. Katastrofa budowlana. Zawalenie się stropu odcinkowego. Widok (7) i szczegół (8)

ściętej belki stalowej; fot.: archiwum autora

3

1

2

3

5

7

4

6

8

4 5

58 nr 6/2017

Materiały i technologie

* dotyczy stropów montowanych do rozpiętości 5,8 m przy maks. rozpiętościach stropów ok. 8,5 m

BELKI RECTORSTROPY BEZ PODPÓR*

Podstawowym elementem naszych systemów są prefabrykowane, strunobetonowe belki RS obejmujące szereg odmian, różniących się między sobą: wysokością przekroju, liczbą i usytuowaniem splotów sprężających i usztywnieniem kratownicą przestrzenną. Wykonujemy je z betonu i stali sprężającej o najwyższych parametrach wytrzymałościowych (beton C 50/60, stal klasy 2060 MPa), gwarantując w ten sposób wysoką wytrzymałość oraz jakość projektowanych stropów.

Stropy wyróżniają się połączeniem prefabrykacji oraz zalet wynikającymi

ze sprężania betonu, dzięki czemu osiągamy:

większą wytrzymałość, dowolność stosowanych obciążeń w zależności

od rozpiętości (możliwość stosowania w budynkach mieszkalnych jedno-

i wielorodzinnych, usługowych lub przemysłowych)

dużą elastyczność stosowanych układów (od 16 do przeszło 30 cm

grubości stropu oraz od 1 m do 10 m rozpiętości)

dwukrotnie mniejsze ugięcia, brak efektu klawiszowania i zarysowania,

nie ma konieczności stosowania żeber rozdzielczych

niezwykle prosty i szybki montaż

dużą rentowność rozwiązania, szczególnie w porównaniu z płytami monolitycznymi

możliwość wykonania stropów akustycznych

RECTOR Polska Sp. z o.o.ul. Śląska 64 e, 32-500 Chrzanów

tel.: 32 626 02 60

www.rector.pl

Naprawy jednak nie wykonano, a po trzech latach doszło do kata-strofy budowlanej – balkon uległ zawaleniu (FOT. 12–13).

SPOSOBY NAPRAW

Naprawa stropów z belkami stalowymi i ceramicznym wypełnieniem wynika najczęściej z konieczności: » zwiększenia nośności konstrukcji ze względu na projektowaną

zmianę funkcji (zwiększenie obciążeń), » przywrócenia nośności i sprawności technicznej obniżonej na sku-

tek uszkodzeń wywołanych wpływami środowiskowymi (np. korozją), naturalnym zużyciem, błędami wykonawczymi, projektowymi i użyt-kowania, a także oddziaływaniami losowymi (pożar, wybuch).

Zwiększanie nośności konstrukcji wymaga zazwyczaj ingerencji od góry stropu lub podparcia belek. W wypadkach, gdy stalowe belki wykazują niewielki niedobór nośności (do ok. 20%), wy-starczającym wzmocnieniem jest obetonowanie górnych stref stalowych belek (RYS. 7–8), oczywiście, jeżeli nie zostało ono już wykonane w istniejącej konstrukcji [12]. Wzmocnienie to wynika z poszerzenia strefy ściskanej,a tym samym ze zwiększenia ramie-nia sił wewnętrznych.

W wypadku stropów odcinkowych i Kleina bardzo dobre efekty daje wzmocnienie przez zespolenie belek stalowych z wykonaną nad nimi monolityczną płytą żelbetową [13, 14]. Płyty żelbetowe należy kształtować w taki sposób, by mogły być w pełni wykorzystane na ściskanie, a stalowa belka na rozciąganie przy maksymalnym ramieniu sił wewnętrznych. W celu ograniczenia ugięć należy tym-czasowo podeprzeć belki na okres betonownia i dojrzewania betonu. Zespolenie elementów współpracujących powinno się realizować za pomocą łączników spawanych do belki i kotwionych w betonie monolitycznym. Sposób wzmocnienia przez nadbetonowanie płyty żelbetowej pokazano na RYS. 9–10.

Wzmocnienie stropu na belkach stalowych można w prosty sposób uzyskać przez dodatkowe podparcie. Nie ma tu bowiem problemu z koniecznością dozbrojenia stref nad nowymi podporami. W wypadku stropów ceramicznych na belkach stalowych dodatko-we podpory umieszcza się bezpośrednio pod belkami stalowymi. Mogą to być słupy na niezależnych fundamentach lub odpowiednio sztywne belki oparte na poprzecznych ścianach nośnych. Dodatkowe podpory słupowe najlepiej projektować jako stalowe. W wypadku stosowania jako podpór np. słupów ceglanych należy brać pod uwagę możliwości skurczu i oddzielenie się słupa od podpieranej

belki. Wzmacnianie przez podparcie belek stalowych stropu będzie racjonalne wówczas, gdy nośność płyt ceramicznych między belka-mi jest znacznie większa niż nośność belek stalowych. Z reguły tak bywa, gdy stalowe belki mają znaczną rozpiętość, a płyty ceramiczne są dobrze zbrojone.

W wypadku konieczności naprawy i przywrócenia stanu tech-nicznego zdegradowanego przez korozję belek stalowych konieczna

Dodatkowy beton

Dodatkowy beton

1 2 3

1 2 4

RYS. 7–8. Wzmocnienie stropów ceramicznych przez obetonowanie stalowych belek; rys.: archiwum autora

RYS. 9–10. Wzmocnienie przez zespolenie z żelbetową płytą: strop odcinkowy (9), strop Kleina (10); rys.: archiwum autora

1 – płyta żelbetowa, 2 – stalowe łączniki, 3 – sklepienie ceramiczne, 4 – płyta ceramiczna zbrojona

9

7

8

9

10

12 13

10 11

FOT. 9–10. Przecieki przez płytę balkonu w okolicy stalowych belek nośnych (9)

oraz uszkodzenia korozyjne belek i mrozowe płyty ceramicznej i wypraw tynkarskich (10);

fot.:archiwum autora

FOT. 11. Zły stan techniczny balkonu (styczeń 2006 r.) – widoczne rozmnożenia cegieł dziurawek

do poziomu pierwszego rzędu otworów, zły stan belek stalowych; fot.: archiwum autora

FOT. 12–13. Katastrofa budowlana balkonu (marzec 2009 r.); fot.: archiwum autora

60 nr 6/2017

Materiały i technologie

jest zazwyczaj ingerencja od spodu stropu. Wzmocnienie od spodu stropu jest również często wymuszone brakiem możliwości pro-wadzenia robót od góry, z uwagi na ciągłą eksploatację stropu. Jeżeli stopień degrada-cji przekroju dolnej półki belki nie jest bar-dzo duży, to zazwyczaj wystarczy wykonanie dodatkowej podpory w postaci liniowej belki zabudowanej pod belkami stropowymi. Do-datkową belkę podporową można opierać na ścianach poprzecznych lub, w wypadku ich niewystarczającej nośności, na dodat-kowych słupach wspartych na niezależnych fundamentach. Przykład takiej naprawy pokazano na RYS. 11–12 oraz FOT. 14.

Czasem zdarza się, że korozyjne uszko-dzenia stalowych belek są na tyle duże, iż konieczne jest stosowanie podparcia linio-wego pod każdą z belek. Wówczas belki podpierające należy oprzeć na dodatko-wych słupach i fundamentach. Przykład ta-kiego wzmocnienia pokazano na RYS. 13–16 oraz FOT. 15.

Wzmocnienie wspornikowych belek nośnych balkonów prowadzi się zazwyczaj przez dospawanie blach lub kształtowni-ków do istniejących belek. Nie zaleca się wymiany belek z uwagi na trudności za-kotwienia nowych belek w istniejącym murze. Przykład wzmocnienia przez dospa-wanie blach do istniejącej belki pokazano na FOT. 16–17.

PODSUMOWANIE

Stropy z belkami stalowymi i ceramicznym wypełnieniem były popularnym rozwiąza-niem, szczególnie w XIX w. Istnieje wiele możliwości napraw i zwiększenia nośności tego typu rozwiązań. Każdą konstrukcję należy jednak rozpatrywać indywidualnie,

680

35070

26

70 70

70

452

A A

180

2645

32

32

2

35070 70

452

A-A

3

2

3

11

3

2

4

4

4

4

RYS. 11–12. Wzmocnienie w środku rozpiętości belek stropu odcinkowego; rys.: archiwum autora

1 – M12, 2 – M12 na kotwie chemicznej, 3 – dwuteownik I260, 4 – blacha 20×120×320

11 12

61nr 6/2017

3. Międzynarodowe Targi Izolacji Przemysłowych

11-12 października 2017, Kraków

www.4insulation.eu

EfEkTywnE IzolacjE

PrzEMysłowE

Organizator:

REK

LAM

A

a ostateczna ocena stanu powinna być poparta odpowiednimi od-krywkami i analizą obliczeniową.

LITERATURA

1. K. Czapliński, W. Wydra, „Gatunki stali i asortyment wyrobów w ujęciu historycznym”, XXXI Ogólnopolskie Warsztaty Pracy

Projektanta Konstrukcji, Szczyrk, 24–27 lutego 2016 r., tom III, s. 559–615.

2. K. Czapliński, „Konstrukcje budowlane z danych tworzyw żelaznych”, XXIII Ogólnopolskie Warsztaty Pracy Projektanta Konstrukcji, Szczyrk, 5–8 marca 2018 r., tom I, s. 147–214.

3. G.A. Breymann, „Allgemaine Baukonstruktionslehre. Teil III. Konstruktionen in Eisen”, J.M. Gebhard’s Verlag, Leipzig 1890.

FOT. 14. Wzmocnienie w środku rozpiętości belek stropu odcinkowego; rys.: archiwum autora

FOT. 15. Wzmocnienie przez podparcie liniowe każdej z belek stropu odcinkowego; rys.: archiwum autora

1887 1853900

2540 2500300

B B B B B B B B

A A A

C

C

C

C

A A A A A

Widok ramy 4

3

5

3 3

1 1

2 2

3

3 3

1 1

2 2

2929

63

60604

100

∅13

1010

120

120

100

A-A

76

2929

63

60604

100

∅13

1010

120

120

100

B-B

861380÷1970

C-C 4 4

3 3

Między belkamizapewnić kontakt

3

1

3

1

RYS. 13–16. Wzmocnienie przez podparcie liniowe każdej z belek stropu odcinkowego; rys.: archiwum autora

1 – 2לruba M12, 2 – M12 na kotwie chemicznej, 3 – HE 100B, 4 – istniejąca belka stropowa, 5 – istniejącu murowany słup, 6 – blacha 10×120×120, 7 – otwory pod śruby M12 do połączenia z ryglem, 8 – otwory pod śruby M12 do połączenia z fundamentem

13

14 15 16

62 nr 6/2017

Materiały i technologie

4. G. Barkhausen, „Die Hochbaukonstruktionen. Handbuch für Architektur”, Verlkag A. Bergsträsser, Stuttgart 1901.

5. DIN 1053, „Mauerwerk, Berechnung und Ausfürung”, 1952.

6. R. Ahnert, K.H. Krause, „Typische Baukonstruktionen von 1860 bis 1960” VEB Verlag für Bauwesen, Berlin 1985.

7. Ł. Drobiec, Z. Pająk, „Stropy z drobnowymiarowych elementów”, Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice 2013.

Łukasz drobiec ukończył Wydział Budownictwa Politechniki Śląskiej, gdzie został zatrudniony i pracuje do chwili obecnej. W 2004 r. obronił z wyróżnieniem pracę doktorską, za którą w w 2005 r. dostał wyróżnienie Ministra Infrastruktury.

W 2014 r. z wyróżnieniem uzyskał stopień doktora habilitowanego. Zawodowo interesuje się konstrukcjami murowymi i żelbetowymi. Jest autorem i współ­autorem ponad 200 publikacji, w tym 11 książek i podręczników.

FOT. 16–17. Belka wspornikowa balonu przed wzmocnieniem (16) i po wzmocnieniu (17); fot.: archiwum autora

16

17

8. Ł. Drobiec, „Rodzaje stropów stosowanych w budownictwie”, „Materiały Budowlane”, nr 5/2008, s. 2–4.

9. S. Mielnicki, „Ustroje budowlane”, Wydawnictwo K. Miarki i Sp. w Mikołowie, 1938.

10. T. Nicer, „Stropy płaskie w budowlach zabytkowych”, „Budownictwo i Architektura”, nr 5/2009, s. 85–100.

11. R. Szeląg, R, Tribiłło, „O destrukcji płaskich stropów ceglanych”, „Inżynieria i Budownictwo”, nr 6/2011, s. 305–307.

12. Z. Pająk, Ł. Drobiec, „Konstrukcja i obliczanie wzmocnień płaskich stropów ceramicznych”, XIV Ogólnopolska Konferencja Warsztat Pracy Projektanta Konstrukcji. Ustroń 25–27 lutego 1999 r., s. 193–208.

13. M. Górecki, D. Franczak­Balmas, „Wzmocnienie stropu Kelina w światle aktualnych norm. Budownictwo i Architektura”, nr 4/2015, s. 197–205.

14. Ł. Drobiec, „Uszkodzenia i sposoby napraw balkonów oraz stropów z belkami stalowymi i murowanym wypełnieniem”, Monografia Awarie Budowlane. Zapobieganie, diagnostyka, naprawy, rekonstrukcje, Wydawnictwo Uczelniane ZUT w Szczecinie 2017, s. 273–282.

ABSTRAKT W artykule omówiono problem stropów i balkonów z belkami stalowymi i wypełnieniem ceramicznym. Omówiono typowe uszkodzenia tych konstrukcji, ich przyczyny i metody napraw. Opisano możliwości wzmocnienia konstrukcji. Pokazano przykła-dy napraw i uzupełnień.

The aim of the study was to verify the direction of water vapor flow in a single family building through the floor slab above an unheated basement during the heating season and during a period without heat gains from the heating system. Tests and measurements were carried out in summer and winter for two cases, namely when the building was heated in winter and when it was not inhabited.

63nr 6/2017

REKLAMA