XVII OGÓLNOPOLSKA KONFERENCJA WARSZTAT PRACY PROJEKTANTA KONSTRUKCJIUstroń, 20 ÷ 23 lutego 2002 r.

Włodzimierz Starosolski

STROPY PREFABRYKOWANE I ZESPOLONE

1.Wprowadzenie

Obserwuje się w ostatnim czasie, że stropy prefabrykowane i stropy zespolone mają co-raz większy udział w wykonywanych obiektach. Przyczyna leży w możliwości przyspiesze-nia realizacji, w niższych często kosztach i wysokiej jakości prefabrykatów. Wśród różnychtypów stropów zajmiemy się głównie stropami podpartymi na ścianach lub belkach, mniej-szą wagę przykładając do stropów w ustrojach płytowo słupowych. Takie ograniczenie byłokonieczne, gdyż szersze zajęcie się ustrojami płytowo słupowymi wykraczało poza granicemożliwej objętości tego, już i tak bardzo długiego, wykładu a ustroje płytowo słupowe sąostatnio omówione w dość rozpowszechnionej pracy [1] nie mówiąc już o monografii [2].

W zakresie stropów prefabrykowanych i zespolonych praktycznie brak jest całkiemnowych rozwiązań konstrukcyjnych. W zasadzie powielane są rozwiązania z co najmniejkilkuletnią, a czasem kilkudziesięcioletnią, tradycją, ewentualnie w szczegółach udoskona-lane. Dopiero wymagania nowej normy żelbetowej PN-B-03264:1999 wymuszą pewnezmiany konstrukcyjne, głównie z tytułu zwiększonych otuleń zbrojenia.

Z tego względu zdecydowano się pokazać w niniejszym referacie, nie tyle nowości wzakresie stropów prefabrykowanych i zespolonych, ile stan obecny zarówno w kraju jak i zagranicą. Rozwiązania u nas niestosowane przedstawiono z myślą ich przeniesienia do naszejpraktyki budowlanej. Przedstawiono także niektóre, mniej powszechnie znane, aspektyobliczeń.

Przyjęty podział na stropy prefabrykowane i zespolone ma dzisiaj charakter raczej po-rządkowy. Jako prefabrykowane uznano w tym tekście te elementy, w których wpływ beto-nu uzupełniającego nanoszonego na budowie nie ma, dla nośności stropu, znaczenia decy-dującego. Nie omawia się w tym wykładzie elementów belkowych, jako wchodzących wzakres innego wykładu.

Krajową produkcję przedstawiono na podstawie materiałów otrzymanych od produ-centów. Autor prosił o te materiały wszystkich producentów, których adresy udało się zna-leźć, niestety tylko część takie materiały nadesłała.

2. Ogólne zasady projektowania stropów.

Zanim jednak przejdziemy do szczegółowych omówień, konieczne jest kilka słów oogólnych zasadach projektowania stropów, których zaniedbanie doprowadzić może nietylko do wadliwości w stadium eksploatacyjnym, zagrożeń awaryjnych, lub zgoła do kata-strofy.

Truizmem jest stwierdzenia o konieczności zgodności pomiędzy rozwiązaniem kon-strukcyjnym ustroju, metodą obliczania (schematem statycznym) oraz sposobem zazbroje-nia.

Istnieje dość powszechna zgoda, że siły powinny być sprowadzane na podłoże możli-wie krótką drogą. I tak w przypadku ustroju złożonego z podpór jednokierunkowych (rys.2-1a.) stropy mogą być rozpięte jednokierunkowo. Jeżeli jednak podpory tworzą układ krzy-żowy, 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 stro-py 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 jednokierunkowopracujących, co pociąga za sobą konieczność niezależnych odkształceń stropów i innychelementów nośnych równolegle biegnących (rys.2-2b.). W efekcie na styku tych różnychelementów powinna być zachowana dylatacja i spodziewać się należy wystąpienia klawi-szowania (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 usytu-owania podpór. a) -sytuacja, b),c),d) - rozwiązania konstrukcyjne w przekroju A-A.(opis wtekście), 1- kierunek pracy stropu.

2. Jakkolwiek stropy obliczane i zbrojone są jednokierunkowo, to rozwiązanie kon-strukcyjne zapewnia współpracę pomiędzy elementami stropu wzajemnie i pomiędzy tymielementami, a równolegle biegnącymi wieńcami (rys.2-2c,d.). W tym przypadku następujewyraźna rozbieżność pomiędzy zasadami obliczania i zbrojenia elementów, a rzeczywi-stym charakterem pracy stropu. Strop pracuje bowiem dwukierunkowo, obciążenia przeka-zywane są na wszystkie podpory, styki są zwykle gazoszczelne. Sytuacja taka prowadzizwykle do:

• przewymiarowania zbrojenia podłużnego z uwagi na stan graniczny nośności;• konieczności zbrojenia na ścinanie, gdy w rzeczywistości - z uwagi na dwukie-

runkową pracę płyty - sam beton przenosi obciążenia siłami poprzecznymi;• konieczności dozbrojenia przekroi ze względu na warunek spełnienia dopusz-

czalnych ugięć i rozwarcia rys, gdy w rzeczywistości mogą w tym względzieistnieć znaczne zapasy;

• nieprawidłowego rozłożenia obciążeń na elementy podpierające, co prowadzi jed-nocześnie do przeszacowania i niedoszacowania obciążeń ścian, a w konse-kwencji do nieodpowiednich w stosunku do potrzeb szerokości ław funda-mentowych;

• niedoboru, i to znacznego, zbrojenia w kierunku poprzecznym (rys.2-2d).

Wynika stąd wniosek fundamentalny, że

stropów, w których układ podpór wymusza pracędwukierunkową nie powinno się ani liczyć ani konstruować

jako pracujących jednokierunkowo.

Powyższe stwierdzenie w sposób oczywisty faworyzuje stropy monolityczne i zespolo-ne pracujące dwukierunkowo. Nie wyklucza jednak stosowania np. prefabrykowanych płytpodłużnie drążonych, czy też płyt typu TT względnie Π, wymaga jedynie uwzględnieniarzeczywistej sztywności tych elementów w obu kierunkach, jak i uwzględnienia sztywnościgiętnej podłużnych połączeń tych elementów.

Przykład istotnego wpływu na pracę stropu prefabrykowanego współpracy poprzecznejpłyt prefabrykowanych zilustrowano na rys.2-3. Rozważono tam współpracę 4 płyt prefa-brykowanych o wymiarach 6,0*2,4m rozpiętych na rzucie 9,4*6m. Mimo, że stosunek bo-ków 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 rzutupodpór od zmiennego stosunku długości podpór ly/lx podano w tablicy 2-1:

• stosunek maksymalnych ugięć zestawu płyt az do ugięcia pojedynczej płyty ao• stosunek maksymalnych momentów zginających występujący w zestawie płyt myz

do maksymalnego momentu występującego w pojedynczej płycie myo.Obliczenia prowadzono zakładając, że rzut przekryty jest zawsze czterema płytami pre-

fabrykowanymi o charakterystyce jak na rys.2-3.

Tablica 2-1

Porównanie maksymalnych ugięć i momentów zginającychw zestawie 4 płyt z pojedynczą płytą, w zależności od stosunku ly/lx

ly/lx az/ao myz/myo

1,00 0,437 0,4171,07 0,475 0,4541,14 0,516 0,4961,23 0,562 0,5411,33 0,610 0,5901,45 0,662 0,6411,60 0,716 0,6971,78 0,772 0,7542,00 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 połą-czonych wzajemnie przegubami w porównaniu z płytami wzajemnie niepołączonymi(h=0,18m, E=30000Mpa, ν=0,17, q=10kN/m2). a) rzut zestawu, b) ugięcia, c) momentyzginające. Dla zestawu: ugięcie az, momenty mz, dla niezależnych płyt: ugięcie ao, momentymo,

Rys.2-4. Porównanie maksymalnych ugięć i momentów zginających w zestawie 4 płytz 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 po-wiązań płyt w zestawie, w stosunku do płyty traktowanej jako niewspółpracująca z sąsied-nimi, wynosi od ok. 20 % w przypadku bardzo wydłużonego rzutu podpór (ly/lx=2,0) doprawie 60% w przypadku rzutu kwadratowego.

Istotne korzyści przynosi także współpraca zestawów płyt podpartych jedynie czoło-wo. Ma to miejsce wtedy, gdy jedna z płyt zostanie silniej dociążona niż pozostałe. Przykła-dowo podamy za [3] na rys.2-5. rozdział obciążenia siłą skupioną pomiędzy sąsiednie płyty.

Należy pamiętać, że rozdział tych obciążeń jest silnie uwarunkowany od stosunkudługości do szerokości płyty. Szczegółowe wskazówki w tym względzie znaleźć możnam.in. w [4][5], a stosunkowo najszersze ujęcie w [6]. Bardziej asekuracyjne wartości poda-no w [7].

Rys.2-5. Rozdział obciążenia siłą skupioną pomiędzy sąsiednie płyty. Obliczenia wy-konane dla płyt o szerokości 1,2m i rozpiętości 8m.

3. Stropy prefabrykowane

Zakres stosowania poszczególnych typów prefabrykatów stropowych podano w tabli-cy 3-1 [5].

Tablica 3-1

Zakres zastosowań prefabrykatów stropowych

Wymiary elementów prefabryko-wanych [m]

Typ prefabrykatu Miejscezastosowań rozpiętość wysokość szerokość

masajednost-

kowa[kG/m2]

odpor-ność

ognio-wa

[min]żelbetowe mieszkania

handel ≤9 0,1÷0,3 0,3÷2,4 200÷400 120

sprężone mieszkaniahandel

przemysłparkingi

≤20 0,1÷0,5 1,2 200÷480 120(240)

handelprzemysłparkingi

≤24 (30) 0,2÷0,8 1,2÷2,4 200÷500 120(240)

handelprzemysł ≤9 0,15÷0,3 0,6÷1,2 150÷350 60

handelprzemysłparkingi

≤20 0,2÷0,7 1,2÷2,2 180÷690 420

3.1. Płyty żelbetowe wielkowymiarowe drążone

Najdłuższą tradycję z pośród prefabrykatów wielkowymiarowych, pomijając płytypełne, mają płyty kanałowe. W kraju najczęściej wytwarza się płyty kanałowe grubości0,24m i szerokości osiowej sporadycznie 0,6m, najczęściej 0,9 i 1,2m (rys.3.1-1.), rzadziej1,5m, wyjątkowo 1,8m przy długości modularnej: zwykle do 6,00m, często 7,2m, spora-dycznie 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 różnychprojektantów wystąpiło zróżnicowanie:

• średnic otworów: 0,164; 0,191; 0,194 mm,• obciążeń charakterystycznych ponad ciężar własny płyt: 3,6; 3,8; 7,5; 4,0; 4,5; 5,0;

6,0; 6,2; 7,5; 8,0; 9,0; 9,5; 10,0; 10,2; 11,0 kN/m2;• klas betonu: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 prefabry-katu (rys.3.1-2).

Ostatnio wprowadzono płyty otworowe wykonane z betonu lekkiego zwartego klasyLB-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, żeobecnie minimalne otulenie zbrojenia (zarówno nośnego jak i rozdzielczego ) wynosi dlapłyt prefabrykowanych, z uwagi na zabezpieczenie przed korozją:

• 15mm - dla wnętrz budynków mieszkalnych zarówno suchych (klasa 1) jak i wil-gotnych ale bez działania mrozu (klasa2a)

• 20mm – dla elementów zewnętrznych narażonych na mróz (klasa 2b), np. parkingi• 25mm –dla elementów wewnętrznych i zewnętrznych narażonych na mróz i środki

odladzające (klasa 3).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 i2a). Spowodowało to konieczność przeprojektowania wszystkich elementów stropowych.Celem obniżenia kosztów tego przedsięwzięcia, z inicjatywy i na zlecenie StowarzyszeniaProducentów Betonu (SPB) została opracowana dokumentacja płyt otworowych żelbeto-wych 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 istniejącychkanałów o średnicy 178mm konieczne się stało podniesienie położenia tych kanałów, tak,aby minimalna grubość dolnej płytki wyniosła 35mm [11]. W przypadku wyższych klaszagrożenia środowiskowego, konieczne jest zmniejszenie średnicy otworów.

W rozwiązaniu tym z uwagi na:• konieczność spełnienia wymagań wynikłych z zabezpieczenia przed czę-

ściowym utwierdzeniem;• konieczność uwzględnienia wymogów dotyczących zabezpieczenia przed

katastrofę postępującą;• dążność do wykorzystania częściowego zamocowania, celem redukcji

ugięć płyty,powrócono do zarzuconego swego czasu rozwiązania z wyprowadzeniem górnego zbrojeniaz płyt, przy czym w ten sposób ukształtowano czoło prefabrykatu [11], aby możliwe byłonadpodporowe 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 uprofilowa-nia kanałów[14], jak to pokazano na rys.3.1-4. Do tej grupy zaliczyć także można płyty, wktórych 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 jakopracującą niezależnie. Jeżeli płyta taka występuje w zestawie z innymi płytami, to wpływosłabienia spowodowanego takim wycięciem jest istotnie minimalizowany.

Do dziś produkowane są w formach bateryjnych pełne płyty stropowe o grubości0,14m 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 wycię-ciami, ukosami. Przykład takiej płyty stropowej [16] pokazano na rys.3.1-7. Proponowanesą też [18] płyty pełne typu SHŻ o grubości 0,14m i rozpiętości do 6,0m stosowane w ukła-dach 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 otwo-rowe płyty sprężone splotami na długich torach. W kraju zostały one wprowadzone podnazwą stropów SP w latach 1973-1976, na podstawie licencji stropów Spiroll. W świeciestropy tego typu znane są pod handlowymi nazwami: „Elematic”, ”Dy-Core” „Rap”, „So-prel” „Span-Deck” „Spancrete”, „Spiroll”.

Trzeba wyraźnie stwierdzić, że płyty otworowe sprężone nie wypełniają wymagańżadnej z obowiązujących norm. Brak jest w nich zbrojenia poprzecznego, zbrojenia na ści-nanie oraz zbrojenia wzmacniającego strefę przekazania sił sprężających. Niedopełnione sąwarunki głębokości oparcia. Stąd zarówno w Polsce jak i w innych krajach produkowanie istosowanie tych płyt odbywa się na podstawie odpowiednich dopuszczeń[7].

Wg informacji autora w kraju produkowane są [4],[19] sprężone płyty drążone o wy-sokości 0,2m; 0,265m; 0,32m i 0,4m (rys.3.2-1.). Istnieje możliwość podjęcia produkcjitych 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. Wpłytach sprężonych wykonywać można różnego rodzaju konieczne wycięcia[4] (rys.3.2-2a.), przy czym zakres tych wycięć musi się mieścić w granicach narzuconych przez produ-centa. Niezależnie od wycięć możliwe jest także wiercenie otworów, byle nie naruszały oneżeber 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 płytotworowych, jak to przykładowo przedstawiono [3] na rys.3.2-3. Pozwalają one na niecomniejsze zużycie betonu. Stosowane są też różne kształty krawędzi podłużnej płyt sprężo-nych [5](rys.3.2-4.). W Polsce stosowany jest wg mojej informacji jedynie profil pierwszy zpokazanych.

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 przezumieszczenia w spoinach miedzy płytami prętów prostych, czasem na końcach zagiętych.Takie rozwiązanie stosowano w płytach stropowych PP [20] –rys.3.3-1a. Przy wieńcu skraj-nym zbrojenie kotwiono w tym wieńcu –rys.3.3-1b.

Rys.3.3-1. Zbrojenie podporowe umieszczane w spoinach podłużnych płytstropowych 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 oróżnych szerokościach, zbrojenie wyprowadzone ze spoiny kotwić trzeba praktycznie głów-nie w wieńcu. Takie rozwiązanie jest przykładowo stosowane w spoinach płyt kanałowychtypu CŻ-S [20] i typu S [21][22] (rys.3.3-2.).

Rys.3.3-2. Różne sposoby kształtowanie zbrojenia podporowegokotwionego w spoinach podłużnych i w wieńcu

Obecna norma [23](a także przyszła[13]) wymusza, aby czołowe połączenia pomiędzypłytą stropową a podporą było zdolne do przeniesienia siły 60kN/m szerokości płyty, jeżelipłyty nie mają bocznych połączeń. Wymaga to, nawet stosując stal RB500W, co najmniej1,2cm2 na 1 mb szerokości płyty, przy czym zbrojenie to powinno być w pełni zakotwionena podporze. Przykładowo dla płyt o szerokości 1,2m wymaga się w ten sposób co najmniejφ14 na każdą płytę. Zbrojenia tego, jako nie będącego częścią prefabrykatu, nie obejmujeulga 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 tra-fiają na siebie wzajemnie. Dlatego też przyjęto tam zakotwienie w wieńcu zarówno prętówwyprowadzonych 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, prętykotwione są w przeciwległych spoinach. Zastępczo przewiduje się spawanie zbrojenia nad-podporowego.

Rys.3.3-3. Kotwienie w wieńcu zbrojenia wyprowadzonego z czoła płyty

W płytach otworowych zarówno żelbetowych, jak i sprężonych, istnieją obszary prze-kroju 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 koniecznychpołączeń 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 rów-nolegle ścianami [19](rys.3.3-5a.) i belkami [24](rys.3.3-5b.) jest niezmiernie istotne z uwa-gi na pracę ustroju jako całości. Trzeba bowiem wziąć pod uwagę, że z tytułu różnychwpływów, a przede wszystkim wpływów termicznych, krawędzie ścian i belek zewnętrz-nych odginają się od stropu. Prowadzi to do rozszczelnienia połączenia, a ewentualnie takżedo wzajemnego klawiszowania. Takie więc poprzeczne związanie jest konieczne.

Jakkolwiek nie ujmują tego przepisy w przypadku płyt dłuższych niż 4.8m takie po-przeczne związanie, choć w jednym miejscu uznać należy za pożądane. Przy rozpiętościachpowyżej 6 m, takie połączenie, w szczególności z nadprożami uznać należy zdaniem autoraza konieczne.

W analogiczny sposób dokonać można połączenia wzajemnego między płytami sto-sując jak elementy łączące pojedyncze pręty zbrojeniowe (rys.3.3-6a.), względnie zgrzewa-ne szkielety (rys.3.3-6b).

a) b)

Rys.3.3-5 Połączenie płyt otworowych z równolegle biegnącymi: a) ścianami, b) bel-kami. 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 warunkipodporowe zapewniają możliwość swobodnego obrotu na podporze. To założenie jest zwy-kle realizowane w przypadku opierania płyt na konstrukcji szkieletowej. W przypadku opar-cia płyt na konstrukcji ścianowej, gdy na końcach płyty ustawiona jest ściana wyższychkondygnacji, następuje automatycznie częściowe zamocowanie tych płyt.

Można próbować uniknąć zamocowania płyt poprzez umieszczenie na końcach płytmiękkich podkładek(np.styropian) [5], (rys.3.3-7a.) i w ten sposób zapobiec dociążeniukońców płyt. Można też zastosować w tym przypadku odpowiednio wyprofilowanie strefypodporowej płyt [5] (rys.3.3-7b.) powodujące, że górna krawędź płyty nie będzie w złączuprzytrzymana.

Rys.3.3-7. Sposoby rozwiązania węzła podporowego płyt sprężonych pozwalające nauniknięcie zamocowania końców płyt (opis w tekście). 1- zatyczka kanału z tworzywsztucznych, 2- zaprawa, lub lepiej taśma elastyczna, 3- zaprawa, 4- wkładka podatna

Pewien stopień zamocowania jest dopuszczalny na końcach płyt sprężonych. Jest onjednak zwyczajowo ograniczony do poziomu momentu rysującego[4]. Produkowane sąspecjalne płyty sprężone ze zbrojeniem górnym [4], które mogą być stosowane w warun-kach częściowego zamocowania w ścianach.

Niezależnie jednak od typu płyty sprężonej i wartości docisku przekazywanego przezścianę, wymaga się aby zatyczki ograniczające wlewanie się betonu do kanałów byłyumieszczone w ten sposób, by krawędź betonu w kanałach pokrywała się z krawędzią ścia-ny[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 wzajemnegozamocowania 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 napodporze (opis w tekście). 1- zatyczka kanału z tworzyw sztucznych, 2- zaprawalub lepiej taśma elastyczna, 3- zaprawa,

Popularnym sposobem łączenia płyt stropowych żelbetowych, a przede wszystkimsprężonych jest otwarcie od góry kanałów, zwykle w liczbie dwóch na płytę. Takie otwarciepozwala na wprowadzenie zbrojenia łączącego przejmującego pewne momenty podporowe(zbrojenie przy górnej krawędzi (rys.3.3-9a) względnie jedynie przenoszącego siły rozcią-gające ( zbrojenie w pobliżu dna kanału rys.3.3-9b.). W tym ostatnim przypadku możliwejest, zamiast otwarcia długiego odcinka kanału, jedynie wybicie w nim otworów kontrolują-cych 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 ko-niecznej długości zakotwienia wkładek podporowych, dla zapewnienia ciągłości ustroju iograniczenia rozwarcia rys nad podporą, wystarcza jedynie zbrojenia dodatkowe nadpodpo-rowe umieszczone w kanałach [3] (rys.3.3-10). Przed betonowaniem otwartych kanałów ichkońce powinny być zasklepione (dla przeciwdziałania rozlewaniu betonów ) bądź betonem,bądź specjalną wkładką z tworzyw sztucznych. Zwracamy tu uwagę, na zastosowane naskrajnej 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 typpołączenia 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) rygielśrodkowy. 1-zasklepienie kanału, 2- ewentualne zbrojenie łączące dołem płyty stro-powe 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 płytystropowe z ryglem skrajnym

Jeżeli godzimy się na powstanie w miejscu oparcia płyt na podciągach widocznych za-rysowań ( ukrytych następnie w warstwach podłogowych), to w szczególności w przypadkupłyt sprężonych dużej rozpiętości, wskazane jest, aby połączenie czołowe płyt nie wprowa-dzało istotnej wartości momentów podporowych. W takim przypadku pręty łączące umie-ścić należy w połowie wysokości płyty stropowej [5](rys.3.3-12). Pręty te można umieścićodgięte 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 wywo-łujący momentów zamocowania. 1-zasklepienie kanału, 2-podkładka neopremowa

Otwarcie kanałów w strefie przypodporowej rozwiązuje też problem połączenia wprzypadku ustrojów szkieletowych prefabrykowanych, w których styk płyt przypada na osisłupów [24] (rys.3.3.-13). Zbrojenie łączące omija wtedy bez trudu słupy

Rys.3.3-13. Połączenia pomiędzy płytami a prefabrykowanym szkieletem a) podporaskrajna, b) podpora wewnętrzna. 1- zbrojenie łączące, 2- strzemiona zespalające belkiz betonem nanoszonym na budowie

Jeżeli szerokość podpory lub prowadzone pionowo zbrojenie uniemożliwia spełnieniewarunków prawidłowego oparcia płyt na podporze z uwagi na konieczną długość zakotwie-nia wkładek na podporze, można tą długość zmniejszyć do wymagalnych długości oparć zewzględów konstrukcyjnych, wprowadzając odpowiednie zbrojenie dolne zakotwione wkanałach (rys.3.3-14.). Wkładki te powinny, uwzględniając zakład, wypełnić wymaganiaprzepisów normowych.

Rys.3.3-14. Oparcie płyt stropowych w sytuacji niemożności dopełnienia długościoparcia z uwagi na zakotwienie wkładek zbrojeniowych. a) różne typy podparciaskrajnego, b) różne typy podparcia wewnętrznego. 1-zasklepienie kanału, 2-dolnezbrojenie łączące

Uwzględniając możliwość umieszczenia dolnego zbrojenia w otwartych kanałach,możliwe jest skonstruowanie płaskich podciągów formujących strop płaski z płyt otworo-wych (rys.3.3-15). Zastosowanie tego rozwiązania jest ograniczone do wydłużonej siatkipodpór, gdzie płyty prefabrykowane układane są wzdłuż kierunku dłuższego. Proponując torozwiązanie, 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 połączeniuelementami szkieletu stalowego. Najbardziej lapidarnym jest bezpośrednie oparcie płyt naprofilu stalowym. Podstawowym warunkiem jest oczywiście wkotwienie profilu stalowegow beton wieńca dla zapewnienia związania płyty stropowej z konstrukcją szkieletową.Związania tego obecnie dokonuje się najczęściej przez napawanie trzpieni z główkami. Zawieniec 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 wostatnich latach produkowane są profile stalowe z poszerzoną półką dolną właśnie przysto-sowaną do oparcie na niej płyt prefabrykowanych (rys. 3.3-16b, 3.3-18). Szeroki przeglądróżnego rodzaju sposobów oparcia prefabrykatów żelbetowych na stalowych belkach zna-leźć 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 półkachprofili 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 koniecz-ność 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 takimoże mieć szerokość do 2,4 m. Zastosowanie wymianu wymaga, co oczywiste, sprawdzenianośności 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 nośnośćstropu. Grubość zbrojonego siatką betonu nanoszonego na prefabrykaty waha się w grani-cach zwykle 5÷8cm, ale spotykano warstwy dodatkowe o grubości 12cm. W takiej sytuacjimożna, 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 iwarstwy betonu układanego na nich na budowie. 1- zbrojenie nadpodporowe łączące,2- zbrojenie dolne umieszczone w kanałach, 3- siatka zbrojąca beton nanoszony nabudowie.

Szczególna sytuacja zachodzi, gdy podparcie płyt stropowych realizowane jest nawsporniku skrajnego rygla. Gdybyśmy jedynie swobodnie oparli płyty na takim ryglu, wy-stąpiło by skręcanie rygla(rys.3.3-21a.), a nawet jego swobodny obrót względem krawędzisłupa. Aby taki swobodny obrót nie nastąpił, należy złączyć w sposób monolityczny rygiel zpłytami stropowymi. W tym momencie obrót rygla ograniczony będzie sztywnością płytstropowych. Konieczne jest wytworzenie w połączeniu pary sił. Siłę ściskającą przenieśćmoże beton wypełniający szczelinę między płytą a ryglem. Siłę rozciągającą powinny prze-nieść dodatkowe elementy połączenia. Nie wystarczą tu bowiem siły tarcia w miejscu opar-cia 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 do-datkowych połączeń, b) dodatkowe połączenie uniemożliwiające swobodny obrót ry-gla

Przeprowadzona wyżej agitacja, za stosowaniem połączeń czołowych poprzez podłuż-ne przypodporowe otwarcie kanałów, ma na celu zachęcenie krajowych projektantów dostosowania tego rodzaju rozwiązań. Za tymi rozwiązaniami przemawiają argumenty zarów-no konstrukcyjne, jak i ekonomiczne. Jak dotąd jednak nie udało się namówić krajowychproducentów prefabrykatów do tego rozwiązania przygotowywanego od razu w wytwórniprefabrykatów. Jednakże dokonane w nowej generacji płyt żelbetowych pocienienie górnejpłytki do 27mm pozwala łatwiej na realizacje tego typu połączeń, poprzez wykucie kanałówbezpośrednio na budowie.

3.4. Płyty stropowe TT i ΠΠΠΠ oraz inne żebrowe

Przy większych rozpiętościach i wtedy, kiedy strop nie musi być gładki stosuje sięchętnie prefabrykowane stropy o widocznych żebrach. Są one relatywnie lżejsze od stropówz elementów drążonych, nie zawierają bowiem zbędnego betonu. Najczęściej stosowane sąw kraju płyty TT sprężone (3.4.-1). Płyty te wykonywane są jako strunobetonowe na dłu-gich torach, co wymusza stały przekrój płyty na jej długości. Stosuje się je jako prefabry-katy stanowiące bezpośrednie podłoże warstw podłogowych, lub coraz częściej nanosi sięna te prefabrykaty na budowie dodatkową warstwę betonu.

Rys.3.4-1. Przykładowa płyta TT. 1- ewentualna dodatkowa warstwabetonu nanoszonego na budowie.

Płyty mają standardowe szerokości nominalne: 1,8m ; 2,4m i 3,0m. Szerokość żebra udołu waha się w granicach od 120÷200mm, grubość płyty od 60mm (w przypadku później-szego przekrycia betonem uzupełniającym) do 120 mm i więcej. Połączenie między żebrema płytą kształtowane jest poprzez skos (por.rys.3.4-1.), względnie poprzez wyokrąglenie ominimalnym promieniu 50mm. Wysięg wsporników płytowych waha się od ¼ szerokościcałej płyty do kilkunastu cm poza krawędź żebra, decydują o tym względy statyczne.

W zależności od wytwórcy [19][26] płyty te mają różne wysokości i możliwe doosiągnięcia rozpiętości. Przy typowych wysokościach płyty od 0,44÷0,5m maksymalnarozpiętość sięga do 15m. Przy wysokości 0,8 m możliwe jest osiągniecie nawet 21m. Poda-ne wartości rozpiętości dotyczą oczywiście obciążeń niewielkich – 3,5 kN/m2 (ponad ciężarwłasny). Dla mniejszych rozpiętości płyty te są zdolne do przeniesienia znacznie większychobciążeń; np. przy rozpiętości ok.7m, obciążenie to może wynosić nawet 20kN/m2. Stoso-wana technologia pozwala na produkcję płyt nietypowych. Przykładowo produkowano na

zamówienie [26] płyty o wysokości 0,95cm, długości 15,2m, na obciążenie 25kN/m2. Byłyto płyty przygotowane do ułożenia na budowie warstwy betonu uzupełniającego. Bardzoduży przegląd rozwiązań włoskich zawarto w pracy [27].

Stosuje się cztery zasadnicze sposoby ukształtowania żeber w strefie podporowej[28],w zależności od konkretnej sytuacji ( rys. 3.4-2).

Rys.3.4-2. Sposoby kształtowania strefy podporowej żeber płyt TT

Stosowane są bardziej nietypowe rozwiązania strefy oparcia, jak np. przedstawione[29] na rysunku 3.4.-3., w którym w strefie podporowej wycofano płytkę poziomą, umożli-wiając wytworzenie wieńca znacznych rozmiarów.

Rys.3.4.-3. Strefa przypodporowa płyty TT. 1- płytka tworzywowa formująca krawędźwieńca, 2-otwory w żebrach dla przeprowadzenia zbrojenia, 3- zbrojenie wieńca

Poszczególne płyty, jeżeli nie przewiduje się betonu uzupełniającego na budowie, sąłączone wzajemnie [28] albo poprzez spawanie (rys.3.4.-4a.) albo spawanie (rys.3.4-4b.) zjednoczesnym ukształtowaniem podłużnego dybla(rys.3.4.-4c.).

Rys.3.4-4. Połączenie między płytami TT (opis w tekście)

Stosowane ostatnimi laty coraz częściej płyt prefabrykowanych typu głównie TT zpłytą betonową nanoszoną na budowie, pozwala na zmniejszenie ciężaru pojedynczegoprefabrykatu, ułatwia utworzenie sztywnej tarczy stropowej a także umożliwia utworzeniedowolnie ukierunkowanych spadków powierzchni górnej. Grubość betonu nanoszonego nabudowie nie powinna być mniejsza niż 50mm. Pamiętać jednak należy, że jeżeli chcemyzapewnić współprace pomiędzy prefabrykatem a betonem nanoszonym na budowie, to wświetle naszych przepisów [23], konieczne jest zastosowanie odpowiedniego zbrojenia łą-czącego. Jest niezmiernie istotne, aby wzdłuż krawędzi prefabrykatu poprowadzone byłopionowe zbrojenie. Jedynie bowiem wtedy istnieje pewność co do przekazania sił poprzecz-nych między prefabrykatami, co jest warunkiem zapewnienia współpracy całego stropu.Dokonuje się tego albo przez wyprowadzenie odpowiednio uformowanych strzemion [26](rys.3.4-5a.) względnie także przez wtopienie w płytkę belki typowych kratownic prze-strzennych z prętów zbrojeniowych [26] (rys.3.4-5b.). Oczywiście warstwa betonu uzupeł-niającego powinna być dozbrojona poziomą siatką.

Rys.3.4-5. Kształtowanie zbrojenia łączącego prefabrykat z betonemnanoszonym na budowie (opis w tekście).

Ostatnio dość często jako dogodny sposób oparcia płyt na żebrach stosuje się ich za-wieszenie za pośrednictwem odpowiednio wkotwionego profilu stalowego.[30] (rys.3.4-6.).W czasie montażu siły wyrywające profil z betonu przenosi stalowa kotew. Po wykonaniubetonu uzupełniającego znaczną część całkowitego obciążenia przejmują strzemiona zgru-powane na końcu belki, stąd konieczność ich właściwego zakotwienia.

Rys.3.4-6. Zawieszenie płyty TT z przewidywanym betonem uzupełniającym za po-średnictwem stalowego profilu I. a) widok i przekrój, b) aksonometria stalowegowkładu.

Obok płyt typu TT w przypadku większych obciążeń stosuje się płyty typu ΠΠΠΠ gdziedla przeniesienia siły poprzecznej żebra płyty łącza się w sposób dyblowy.. Przykład takiejpłyty za[29 ] pokazano na rysunku (rys.3.4-7.). Szerokość tego rodzaju płyt to zwykle no-minalnie 0,6m.

Rys.3.4-7. Przykładowa płyta typu ΠΠΠΠ. 1- ewentualna dodatkowa warstwabetonu nanoszonego na budowie.

Swego czasu, szeroko stosowane były, głównie w budownictwie przemysłowym,płyty panwiowe. Ostatnio dla budowy centrów handlowych zastosowano [11][41] płytępanwiową przenosząca obciążenie ca 8kN/m2 cechującą się zmniejszoną do wymiaru półkiwysokością podparcia(rys.3.4-8.).

Rys.3.4-8. Płyta panwiowa podparta na wystającej płytce

Warto też zwrócić uwagę na, nie stosowany u nas, a bardzo uniwersalny kształtprefabrykatu przedstawiony za [3] na rysunku 3.4-9. Umożliwia on tworzenie zarównostropów gładkich (rys.3.4-9a,b), jak i stropów z widocznymi żebrami (rys.3.4-9c). W pio-nowych żebrach prefabrykatu wytworzone są poziome otwory. Umożliwia to przeprowa-dzenie poprzecznego dolnego zbrojenia i w ten sposób wytworzenie, w razie potrzeby, po-przecznych żeber stężających.

Rys.3.4-9. Płyta typu ┴.(opis w tekście)

4. Stropy zespolone

Omawiać tu będziemy stropy składające się z nośnych elementów prefabrykowanych iwspółpracującego z nimi betonu uzupełniającego, nanoszonego na budowie. Nie będziemyomawiać sytuacji, gdy prefabrykat pełni rolę deskowania straconego.

Stropy tego typu mają już wieloletnią tradycję, tym niemniej w ostatnich latach notu-jemy ich coraz szersze stosowanie, w coraz śmielszych i różnorodnych zastosowaniach.Wyróżnić tu możemy, z uwagi na zastosowany rodzaj zbrojenia, dwie grupy rozwiązań:stropy żelbetowe i stropy sprężone. W ramach stropów żelbetowych, z uwagi na podstawo-we różnice konstrukcyjne oddzielnego omówienia wymaga: rodzina stropów typu filigran,stropy typu 2K oraz stropy z płyt z żebrami skierowanymi do góry.

W stropach typu filigran (rys.4.-1.) prefabrykowane płyty zbrojone są nośnie je-dynie w kierunku podłużnym równolegle do przestrzennych kratownic. W kierunku po-przecznym umieszcza się jedynie zbrojenie rozdzielcze. Stosowane są, produkowane fa-brycznie, przestrzenne kratownice bardzo różnych typów. Od wykonanych przez odpowied-nie zgrzanie prętów, aż do tłoczonych z blach zimnowalcowanych, w tym kratownice któ-rych pasy dolne maja przekrój dostosowany do przebiegu momentów zginających [31].Zadaniem kratownic jest z jednej strony umożliwienie dość rzadkiego podparcia stropów wczasie ich betonowania, a z drugiej - przeniesienie sił rozwarstwiających pomiędzy prefa-brykatami a betonem nanoszonym na budowie. Na budowie po ustawieniu podpór monta-żowych montuje się prefabrykaty, układa zbrojenie uzupełniające oraz podporowe (w przy-padku ustrojów ciągłych), a następnie betonuje. Z założenia stropy typu filigran są stropamipracującymi jednokierunkowo zarówno jako stropy swobodnie podparte jak i ciągłe. Wiążesię to z belkowym sposobem liczenia tych stropów.

Rys.4-1. Konstrukcja prefabrykatów stropów typu filigran.1- zbrojenie podłużne no-śne, 2- zbrojenie rozdzielcze, 3- kratownice przestrzenne

Stropy typu 2K (dwa kierunki ) (rys.4.-2) różnią się od poprzednich tym, żezbrojenie poprzeczne umieszczone w prefabrykacie jest zbrojeniem nośnym, zdolnym doprzenoszenia sił występujących w stropach krzyżowo zbrojonych. Aby umożliwić przenie-sienie sił rozciągających w styku pomiędzy płytami, umieszczony jest przy krawędzi ciągstrzemion pionowych. Na budowie dla zapewnienia przeniesienia sił rozciągających w kie-runku poprzecznym, układa się na styku siatkę zbrojenia łączącego (rys.4-3.), niezależnie odzbrojenia podporowego typowego dla stropów krzyżowo zbrojonych. Z założenia stropy 2Kliczone są jako stropy dwukierunkowo pracujące.

Rys.4.-2. Konstrukcja prefabrykatów stropu 2K. 1- zbrojenie podłużne nośne, 2-zbrojenie poprzeczne nośne, 3- kratownice przestrzenne. 4- przykrawędziowe zbroje-nie zespalające

Rys.4.-3. Konstrukcja styku poprzecznego w stropach typu 2K.1- zbrojenie zespalające nośne

Stropy typu filigran stosowane są też w przypadku, gdy ustrój wymusza dwukierun-kową pracę stropu. W tym przypadku zbrojenie na kierunku poprzecznym umieszczane jestna prefabrykacie poprzez przewlekanie pod górnym prętem kratownicy przestrzen-nej.(rys.4.-4). Zbrojenie to oddalone jest od dolnej krawędzi stropu o 60÷70mm i taką war-tość otuliny przyjmuje się w obliczeniach. Rozwiązanie nadaje stropom, szczególnie niezbytgrubym, wyraźnie ortotropowy charakter pracy.

Rys.4-4. Konstrukcja stropu typu filigran z zbrojeniem poprzecznymumieszczonym na prefabrykatach. 1- zbrojenie poprzeczne nośne

Wspomniane zespolone stropy sprężone to stropy złożone z płyt sprężonychtzw.”prédalle”. i nanoszonego na nie na budowie betonu uzupełniającego. Są to osiowosprężone płyty grubości podstawowej 50mm o silnie uszorstnionej górnej krawędzi, w zasa-dzie bez pionowego zbrojenia zespalającego. Płyty te wymagają podparcia montażowego co2-2,5m. Jeżeli jednak stosuje się płyty grubsze ( stosowane są płyty o do grubości nawet120mm), to można uniknąć wewnętrznych podpór montażowych, nawet przy rozpiętości 6,5m. Stropy te dozbrajane są siatką konstrukcyjną nad stykiem prefabrykatów.(rys.4.-5.). Brakzbrojenia zespalającego prefabrykaty z betonem uzupełniającym stawia to rozwiązania wsprzeczności zarówno z obowiązująca normą PN-B-03264:1999[23], norma poprzednią PN-B-03264;1984[32] jak i z wszystkimi edycjami EC2 z ostatnią [33] włącznie. Strop tenmoże być stosowany na podstawie aktualnej Aprobaty Technicznej.

Rys.4-5. Konstrukcja styku poprzecznego w stropie z płytami sprężonymitypu .”prédalle”. 1- płyty sprężone.

W przypadku większych rozpiętości stropów, dla nadania im odpowiedniej sztywno-ści, stosuje się stropy z wkładami, formowanymi obecnie najczęściej w postaci blokówstyropianowych, lub z innych tworzyw sztucznych. Bloki te umieszczane są na prefabryka-cie już w wytwórni [31] (rys.4.-6.). Zastosowano też prefabrykaty, w których na blokach ztworzyw sztucznych od razu ułożono zbrojoną betonową warstwę górną [34], za wyjątkiemstref przy kratownicach i krawędziach.(rys.4.-7).

Rys.4-6. Prefabrykaty płytowe z blokami z tworzyw sztucznych1- blok styropianowy

Rys.4-7. Prefabrykaty płytowe z blokami z tworzyw sztucznychi częściowo zabetonowaną warstwą górną

Zamiast bloków styropianowych stosowane mogą być wkłady ukształtowane w formiekul styropianowych, których połażenie stabilizowane jest odpowiednią siatką zbrojeniową[35].

Przy rozwiązaniu stropów z wkładami w postaci bloków styropianowych, istotny jestcharakter ich pracy. W przypadku stropów podpartych wyłącznie na przeciwległych krawę-dziach i przy niewielkich obciążeniach, wystarczającym może być jedynie lokalne ( jedendo trzech razy na długości płyty) wytworzenie węzła „poprzecznicy” zabezpieczającegoprzed klawiszowaniem) (rys.4.-8a.). Przy większych obciążeniach zmiennych może sięokazać konieczne tworzenie węzła podłużnego na całej długości łączonych płyt (rys.4-8b.).

Rys.4-8. Sposoby łączenia poprzecznego w stropach płaskich z wkładami styropiano-wymi a) lokalnie, b)- na długości prefabrykatu, 1- wkłady styropianowe, 2-zbrojeniepoprzeczne stropu układane na prefabrykatach

Jeżeli jednak strop taki rozpięty jest nad pomieszczeniem, w którym rozmieszczenieelementów podporowych wymuszają dwukierunkowa pracę stropu, to koniecznym jeststosowaniealbo:

• dość gęstego zbrojenia poprzecznego układanego na prefabrykatach między nie-wielkimi blokami styropianu (rys.4-9a.) (dla płyt typu filigran), albo

• ciągłego połączenia wzdłuż krawędzi styku z zastosowaniem pionowych strze-mion(rys.4.9b) (dla płyt typu 2K) [11].

Rys.4-9. Połączenie ciągłe stropu z wkładami styropianowymi (opis w tekście)

Stropy zespolone są bardzo elastyczne w zastosowaniach. Ich podparcie stanowić mo-gą zarówno wszelkiego rodzaju ściany (murowane, betonowe ) jak i belki – (podciągi) żel-betowe i stalowe. Ten typ stropu może być bez trudności podwieszony do konstrukcji wyżejprzebiegających belek lub ścian żelbetowych.(rys.4-10).

Rys.4-10. Przykład podwieszenia stropu zespolonego do tarczy ściennej

Dużym walorem tych stropów jest łatwość w formowaniu krawędzi nieprostolinio-wych (rys.4.-11a.). Także zewnętrzne widoczne krawędzie stropów, balkonów, mogą byćkszałtowane jako prefabrykat, co istotnie podnosi jakość wykonania obiektu (Rys.4-11b.).

Rys.4-11. Przykłady kształtowania zewnętrznych krawędzi stropówzespolonych. a) widok, b) przekrój

Ostatnio coraz częściej stosuje się stropy zespolone jako płytę stropową stalowychukładów szkieletowych i to zarówno opierając taki strop na belkach (rys.4-12a.), jak i czę-ściowo wprowadzając strop między belki. (rys.4-12b.). Dla zmniejszenia ciężaru takichstropów istotne jest wykorzystanie ich krzyżowej pracy, co z jednej strony pozwala na ogra-niczenie ugięć, a z drugiej, co nie mniej ważne, tworzy dwukierunkowo pracującą tarczęstężającą zmonolitowaną z stalowymi belkami ustroju nośnego. Jako przykład podać możnazastosowanie stropów 2K na 26 kondygnacyjnym budynku w Katowicach. Wiele przykła-dów połączenia stropu zespolonego z stalowymi belkami zawarto w pracy [25].

Rys.4-12. Przykłady oparcia stropu zespolonego na belkach stalowych (opis w tekście)

Ostatni okres cechuje się, szczególnie w budownictwie biurowym, parkingach, aletakże w budownictwie mieszkaniowym coraz szerszym zastosowaniem ustrojów płytowosłupowych, względnie płytowo słupowo ścianowych. W tej dziedzinie stropy zespolonewykazują swoje szczególne walory elastyczności równej ustrojom monolitycznym, przybraku konieczności tynkowania i dużej szybkości postępu robót.

Stosowane są tu rozwiązania wyodrębniające płytę głowicową, płyty między głowi-cowe oraz płyty uzupełniające (rys.4-13a.). Ten rodzaj rozplanowania elementów płytowychpozwala dodatkowo wykształcić, jeśli jest to możliwe ze względów funkcjonalnych, płaskągłowicę (rys.4-13b.). Zastosowanie płaskiej głowicy podnosi wyraźnie efektywność ekono-miczną rozwiązania. W przypadku stropu w pełni płaskiego możliwa jest zmniejszenie licz-by prefabrykatów poprzez łączenie części nadgłowicowej z płytą międzysłupową (rys.4-14.).

Znane są też rozwiązania, w których płyta prefabrykatu jest dzielona w osi podpory(rys.4-15.). Wymaga to rozsunięcia prefabrykatów w styku przechodzącym przez słup na conajmniej kilka centymetrów dla zapewnienia prawidłowego wypełnienia betonem strefymiędzy czołami prefabrykatów. Autor jest przeciwny takiemu rozwiązaniu, gdyż łamie tozasadę nie stosowania w stropach zespolonych „wylewek” i psuje estetyczny wygląd stropu,a ponadto wymaga w strefie nadpodporowej dodatkowego zbrojenia przeszywającego słup,a ułożonego na prefabrykatach dla zabezpieczenia przed katastrofą postępującą.

Rys. 4-13. Zasady kształtowania rozmieszczenia płyt w ustroju płytowo – słupowym zwyodrębnieniem płyty nadgłowicowej. a) rozmieszczenie prefabrykatów b ) warian-towe kształtowanie strefy przysłupowej

Rys.4-14. Wariantowe kształtowanie prefabrykatów ustroju płytowo słupowego

Rys.4-15. Wariantowe kształtowanie prefabrykatów ze stykiem umieszczonymw linii podpór

Prefabrykaty stropów zespolonych żelbetowych z uwagi na różnorodność kształtów sąnajczęściej projektowane indywidualne dla danej budowy i danej szczegółowej lokalizacjina budowie. W przypadku stropów zespolonych jednokierunkowo pracujących stosowane sąteż skatalogowane zestawy płyt np. PSKJ [31] lub ZSP [36].

Stropy zespolone znajdują zastosowanie nie tylko jako stropy żelbetowe, ale takżewchodzą w skład stropów sprężonych. Najczęściej współpracują z sprężonymi podciągamichętnie kształtowanymi w postaci podciągów płaskich betonowanych w żelbetowych łupi-nach [37] (rys.4-16.). Zastosowano też nieckowy kształt łupiny formującej podciąg sprężony[9] (rys.4-17.).

Rys.4-16. Stosowane przekroje poprzeczne płaskich podciągów sprężonychformowanych w prefabrykatach. 1- płaskie kable sprężające

Rys.4-17. Nieckowy kształt podciągu formowanego w łupinie. 1- zbrojenie sprężające, 2-zbrojenie zespalające

5. Wybrane zagadnienia dotyczące obliczenia stropów

5.1. Zagadnienia statyki stropów 2T i ΠΠΠΠ

Stropu typu TT lub Π z warstwą betonu nanoszonego na budowie traktowane są zwy-czaj jako stropy jednokierunkowo pracujące. Tym niemniej, przekrywająca prefabrykatypłyta żelbetowa wymusza poprzeczną współpracę całego stropu. Stąd też, przy obliczaniutakiego stropu, konieczne jest uwzględnienie sytuacji, kiedy obciążenia zmienne obciążajątylko część stropu. W tym bowiem przypadku powstają największe momenty zginającepłytę w kierunku prostopadłym do długości żeber. Sytuację taką przedstawiono na rysun-ku 5-1, w którym porównano wykres momentów my (zginających płytę na krawędzi żebra)przy obciążeniu zmiennym rozłożonym tylko na połowie stropu (wykres 1) i oddzielnie przyobciążeniu równomiernym całego stropu.

Widzimy, że zaniechanie rozważenia efektów obciążenia stropu jedynie na jego czę-ści, prowadzić może do błędów w oszacowaniu wartości momentów zginających płytę owartości nawet kilkuset procent. W rozważanym na rysunku 5-1 przypadku byłby to błąd850%.

Rys.5-1. Momenty zginające my w przekroju środkowym stropu zespolonego na pły-tach TT.- Obciążenie 10 kN/m2. 1- wykres w przypadku obciążenia połowy stropu, 2-wykres w przypadku obciążenia całego stropu

Oczywiście w przypadku stosowania prefabrykatów typu TT względnie Π zusztywniającymi żebrami poprzecznymi, momenty w kierunku prostopadłym do żeber no-śnych, przejmą właśnie te żebra poprzeczne.

5.2. Zagadnienia statyczne stropów deskowych

Jeżeli strop deskowy przekrywa pomieszczenie o bardzo wydłużonym kształcie, natu-ralnym jest liczenie takiego stropu w schemacie jednokierunkowym „belkowym” i jedynymproblemem będzie konieczna ilość zbrojenia poprzecznego. Jeżeli obciążenia zmienne sta-nowią jedynie niewielką część obciążeń stałych, to normowo przyjęte zbrojenie poprzecznejest wystarczające.

Jeżeli jednak udział obciążeń zmiennych jest znaczący, to autor proponuje przy zbro-jeniu płyt zginanych walcowo obliczać moment my z pewnym zapasem wg formuły

my=νc mx(g) +2 νc mx(q)

gdzie : νc – współczynnik odkształcenia poprzecznego betonu mx(g), mx(q) – momenty zginające mx w rozważanym punkcie od obciążeń stałych (g) i zmiennych (q).

Powyższa propozycja wynika z faktu, że obciążenie zmienne nie musi działać jedno-cześnie na całej powierzchni. Jeżeli działać będzie na części powierzchni, jak to pokazanona rysunku 5-2., to uzyskamy momenty jak wyżej.

Rys.5-2. Odcinkowe obciążenie płyty podpartej na dwóch krawędziach. 1- powierzchniaobciążona.

Najczęściej jednak przekrywane rzuty ograniczane są ścianami nośnymi równoległymido długości prefabrykatów, tworząc mniej lub bardziej wydłużone prostokąty. Jeżeli odwo-łamy się do stropu monolitycznego, mamy oczywiście do czynienia ze stropem krzyżowozbrojonym.

W stropach zespolonych stosowane są trzy podejścia do obliczeń statycznych.1. Podejście tradycyjne dla stropów typu filigran, w którym niezależnie od istnienia

podpór równoległych do długości stropów, zawsze oblicza się strop metodą belkową jedno-kierunkową. Pozwala to na pełne zautomatyzowanie obliczeń i rysowania prefabrykatów,lecz pociąga za sobą duży dodatkowy wydatek zbrojenia, czasami trudności z przeniesie-niem sił ścinających i rozwarstwiających oraz z spełnieniem warunków normowych ugięć.Następuje wtedy dalekie odejście obliczeniowego schematu statycznego od rzeczywistościfizycznej. Konsekwencją jest także niezgodne z rzeczywistym zestawienie obciążeń naściany i inne elementy podpierające, a dalej na fundamenty. Oczywiście tak obliczona kon-strukcja spełni warunki stanu nośności po odpowiednim zaadoptowaniu się ustroju, czyli pozarysowaniu.

2. Podejście wywodzące się z założeń stropu 2K, w którym strop traktuje się jakopłytę krzyżowo zbrojoną. Dowiedziono [38 ], że większą dokładność wyników uzyskujesię jeżeli wzdłuż styków prefabrykatów zastosuje się pasmo o grubości pomniejszonej ogrubość prefabrykatów, przy czym szerokość tego pasma powinna wynosić c=2lk +5cm.(rys.5-3). Jednakże, błąd w określeniu momentów zginających, z uwagi na małą wartość lk(stropie 2K lk ≈ 3cm) nie przekracza, przy pominięciu uwzględnienia pocienienia stropu2÷5 % ( za wyjątkiem sytuacji szczególnych).

Rys.5-3 Założenia do obliczeń statycznych w stropach 2k.a) schemat konstrukcyjny, b) schemat obliczeniowy.

3. Podejście przyjmujące krzyżową pracę stropu przy zastosowaniu prefabryka-tów typowych dla stropów typu filigran. Jak już była o tym mowa, drugi kierunek zbroisię przeciągając zbrojenie po prefabrykatach. W takiej sytuacji należy, dla uzyskania po-prawności rozwiązania, uwzględnić:

• zmniejszenie sztywności (grubości) płyty wzdłuż styków prefabrykatów. Należyprzyjąć szerokość tego zmniejszenia równą c=2lk+5 cm. (rys.5-4.). W tym przy-padku, gdy c>15cm, zaniechanie pomniejszenia grubości wzdłuż styków prefa-brykatów prowadzi do co najmniej kilkunasto procentowego zaniżenia momentówwzdłuż prefabrykatów.

• ortotropię wynikającą z znacznej różnicy ramienia sił wewnętrznych zbrojenia wobu kierunkach. Przykładowo dla stropu o grubości 20 cm stosunek ramienia sił wobu kierunkach ma się jak ok. 0,75.

Pominięcie tych wpływów prowadzi do znacznego niedoszacowania zbrojenia w kierunkudługości prefabrykatów (od kilkunastu do kilkudziesięciu %) i przeszacowania w kierunkupoprzecznym. Pominięcie to nie grozi bezpieczeństwem dla stropu. Strop musi dostosowaćsię do przyjętego zbrojenia, a co za tym idzie należy się liczyć z jego zarysowaniami. Będąto zarysowania przede wszystkim w stykach ale także wzdłuż płyt, głównie z tytułu co naj-mniej 60mm otulenia zbrojenia poprzecznego. Oczywiście zarysowania te wystąpią dopierowtedy, gdy obciążenie będzie się swoją wartością zbliżać do przyjętego w obliczeniachobciążenia charakterystycznego.

Rys.5-4. Założenia do obliczeń statycznych w stropach typu filigran pracującychdwukierunkowo. a) schemat konstrukcyjny, b) schemat obliczeniowy.

W przypadku zespolonych ustrojów płytowo słupowych, dla prawidłowej pracy stropuniezmiernie ważne jest prawidłowe odwzorowania w modelu obliczeniowym rzeczywistościfizycznej. Dotyczy to głównie warunków podporowych. Nie miejsce tutaj na szczegółowąanalizę, zainteresowanych odsyłam do prac [1][2][39][40]. W skrócie jako najistotniejszeuważam:

• szczegółowe odwzorowanie rzutu• zesztywnienie płyty stropowej nad rzutem słupów• uwzględnienie sztywności giętnej słupów i ścian• odczytanie momentów ujemnych dokładnie na krawędzi podpór.

Pozostaje oczywiście, poruszony wyżej, problem uwzględnienia w obliczeniach niejedno-rodności strukturalnych.

Istotna dla pracy stropu może być w szeregu przypadkach różnica temperatur pomię-dzy górną a dolną płaszczyzną stropu. W sposób wyraźny wpływ ten ujawnia się na płasz-czyznach wystawionych na bezpośrednie nagrzanie słoneczne (parkingi, tarasy), lub wprzypadku konstrukcji ocieplanych od wnętrza.

Jak wiadomo w przypadku elementów izostatycznych, wpływ ten uwidacznia się je-dynie poprzez wygięcie, bez oddziaływania na wytężenie ustroju. Jest to w pełni słuszne wprzypadku elementów prętowych i wąskich elementów belkowych. Nie jest to w pełniprawdziwe w przypadku szerokich płyt podpartych w sposób swobodny (bez możliwościoderwania). W płytach takich różnica temperatur na obu powierzchniach prowadzi do po-wstania bardzo znaczących momentów w kierunku prostopadłym do rozpiętości płyty. Po-kazano to na rysunku 5-5. Widzimy tam, że momenty dodatnie my obejmują większą częśćpowierzchni płyty.

Rys.5-5. Wpływ różnicy temperatur na obu płaszczyznach płyty -∆t=10oC. (l=6,00m,h=0,20m, E=30000Mpa, ν=0,2) - wykresy momentów my (działających w płaszczyź-nie prostopadłej do rozpiętości stropu).

6. Piśmiennictwo

[1] Starosolski W.: Projektowanie płytowo – słupowych ustrojów i fundamentów żelbeto-wych i sprężonych wspomagane komputerowo – Wersja robocza 4, (kształtowanie,obliczanie, wymiarowanie, zbrojenie – wybrane zagadnienia w nawiązaniu do pro-gramów ABC-Płyta i ABC-Tarcza). PRO-SOFT Gliwice 2001.

[2] Ajdukiewicz A., Starosolski W.: Żelbetowe ustroje płytowo-słupowe, Arkady, Warsza-wa 1981.

[3] Materiały f-my Immobiliare Centro – Nord s.p.a. (Włochy)[4] Łado A., Troszczyński G.: Wytyczne do projektowania stropów z wykorzystaniem płyt

strunobetonowych typu SP-20, SP-26,5, SP-32, SP-40. Poradnik dla projektantównr 3. Prefabet Białe Błota, 2000.

[5] FIP Planning and design handbook on precast building structures, wyd. SETO, Londyn,1994.

[6] Starosolski W.: Konstrukcje żelbetowe, wyd.7, tom I i II, PWN - Warszawa – 2001[7] Cholewicki A.: Konstrukcje zespolone z prefabrykatów. Wydawnictwa Instytutu Tech-

niki Budownictwa, Warszawa 2001[8] Materiały f-my PPB „SIBET” S.A. -Kielce[9] PN-B-19502:1996. Prefabrykaty z betonu. Płyty żebrowe.[10] PN-92/B-03380. Elementy prefabrykowane z betonu. Płyty stropowe płaskie wraz z

zmianą PrPN-92-03380/Az1.[11] Materiały f-my Unidom - Katowice[12] PN-B-03264:1999 Konstrukcje betonowe, żelbetowe i sprężone. Obliczenia statyczne i

projektowanie[13] PrPN-B-03264: (przypuszczalnie 2002) Konstrukcje betonowe, żelbetowe i sprężone.

Obliczenia statyczne i projektowanie[14] Starosolski W.: Połączenie w żelbetowych konstrukcjach szkieletowych. Arkady, War-

szawa 1993.[15] Materiały f-my ICOM (Industria Componenti Modulari prefabbricati) (Włochy)[16] Materiały f-my „FABET-ŁOMŻA„ S.C. -Łomża[17] Materiały f-my Przedsiębiorstwo Produkcji Elementów Budowlanych -Stryków[18] Materiały f-my FABET - Żory

[19] Materiały f-my ADDEK POLSKA - Gorzkowice[20] Materiały f-my PREFABET – KOLBUSZOWA S. A. - Kolbuszowa[21] Materiały f-my JASTROBET - Jastrowie[22] Materiały f-my KON-BET sp. z o.o. -Konin[23] PN-B-03264:1999. Konstrukcje betonowe ,żelbetowe i sprężone. Obliczenia statyczne i

projektowanie.[24] Materiały f-my ECHOLUX S.A.(Luksemburg)[25] Kucharczyk W.: Belki zespolone stalowo-betonowe w konstrukcjach budowlanych,

Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej, Częstochowa 2001.[26] Materiały f-my Gralbet -Gralewo[27] Dal Lango A: Pannelli di copertura prefabbricanti, wyd. MB Editrice Milano, Milano

1972[28] Materiały f-my CBR Beton S.A.(Belgia)[29] Materiały f-my STRUCTO S.A.(Belgia)[30] Materiały f-my JORDAHL & PFEIFER (Niemcy)[31] Materiały f-my Zakład Elementów Konstrukcyjnych, inż. Jerzy Kratelski - Warszawa[32] PN-84/B-03264 Konstrukcje betonowe, żelbetowe i sprężone. Obliczenia statyczne i

projektowanie.[33] Eurocode 2: Design of concrete structures – Part 1: General rules and rules for build-

ings EN 1992-1:2001( 1er draft)[34] Materiały reklamowe f-my AVI (Austria)[35] Materiały reklamowe f-my Bubble Deck (Szwajcaria)[36] Materiały f-my CHEMOBUDOWA –Kraków.[37] Zahn F.A., Ganz H.R.: Post-tensioning in buildings. VSL International Brno 1992[38] Starosolski: Praca zespolonych stropów deskowych w kierunku poprzecznym, Inżynie-

ria i Budownictwo nr 2/1999, str.103-108.[39] Starosolski W.: Komputerowe modelowanie ustrojów inżynierskich– Wersja robocza 5,

Wybrane zagadnienia w nawiązaniu do programów ABC: (ABC-Płyta, ABC-Tarcza iABC-Rama 3D) .PRO-SOFT Gliwice 2001.

[40] Rombach G.: Anwendung der Finite-Elemente-Methode im Betonbau. Ernst und Sohn2000

[41] Materiały firmy Fabud – Siemiowice Śl.