|
Nie obrażaj więc mojej inteligencji poprzez czynione na pokaz zaniżanie własnej.
Dr inŜ. Adam PIEKARCZYK, adam.piekarczyk@polsl.pl
Prof. dr hab. inŜ. Włodzimierz STAROSOLSKI, wlodzimierz.starosolski@polsl.pl Politechnika Śląska USZKODZENIA BALKONÓW SPOWODOWANE WPŁYWAMI TERMICZNYMI BALCONY DAMAGES PRODUCED BY THERMAL EFFECTS Streszczenie W referacie opisano uszkodzenia, badania i analizę obliczeniową wspornikowych, Ŝelbetowych płyt balkonowych utwierdzonych i zakotwionych w gęstoŜebrowych stropach i wieńcach budynku mieszkalnego. Przedstawiono zaistniałą sytuację i wyniki badań fizycznych. Opisano rezultaty analiz obliczeniowych, których zadaniem było wyjaśnienie najbardziej prawdopodobnych przyczyn powstałych uszkodzeń balkonów. Abstract This paper describes damages, researches and structural analysis of RC cantilever balcony fixed and anchored in residential buildings beam and block floors and ring ties. There are described results of physical investigations for assertion of real balcony construction, including electromagnetic localization of reinforcement. Results of calculation analysis for explanation of most probable damages reasons are presented. Uszkodzenia balkonów stanowią częsty przypadek uszkodzenia konstrukcji budowlanej, i wielokrotnie opisywany [1], [2], [3], [4]. Autorzy uznali za moŜliwe przedstawienie tego zagadnienia jedynie z uwagi na mechanizm powstawania uszkodzeń w danym przypadku, który moŜna było wyjaśnić na drodze obliczeniowej. Chodziło takŜe o uczulenie projektantów na podobne sytuacje i skłonienie ich do odpowiedniego zbrojenia takich balkonów. 2. Opis konstrukcji balkonów według projektu Przywołane w tytule niniejszego referatu balkony stanowią fragment konstrukcji wielorodzinnych, czterokondygnacyjnych budynków mieszkalnych, które zaprojektowano i wykonano pod koniec lat 90-tych ubiegłego stulecia. Budynki wykonano w technologii tradycyjnej ze stropami gęstoŜebrowymi. Wszystkie balkony skonstruowano jednakowo. Płyty balkonowe mają stałą grubość 130 mm i kształt przedstawiony na rysunku 1. Główne zbrojenie nośne płyt balkonowych stanowią pręty gładkie ze stali klasy A-I o średnicy 12 mm w rozstawie co 100 mm. Według projektu co trzeci pręt zbrojeniowy zakotwiono w Ŝebrach stropu gęstoŜebrowego, zaś pozostałe w wieńcu Ŝelbetowym. Wieniec natomiast kotwiono w stropie Akermana za pomocą górnego zbrojenia tego stropu. Zbrojenie 765 1. Wst ę p rozdzielcze balkonu zaprojektowano w postaci prętów gładkich o średnicy 6 mm, rozstawionych co 250 mm (rys.1). Rys. 1. Konstrukcja płyt balkonowych według załoŜeń projektu 3. Opis balkonów według stanu aktualnego Analizie poddano konstrukcję balkonów znajdujących się w dwóch budynkach A i B. Usytuowanie balkonów w budynkach pokazano na rysunku 2. a) b) Rys. 2. Lokalizacja balkonów w budynku: a) A i b) B Na dolnej powierzchni tych balkonów widoczne były zarysowania przedstawione, dla typowych sytuacji, na rysunku 3. Przez znaczną część tych zarysowań następowało sączenie wód opadowych. 766 a) b) c) Rys. 3. Uszkodzenia balkonów widoczne na ich dolnych powierzchniach: a) fotografia uszkodzeń, b) typowe zarysowania balkonów w budynku B, c) znaczne uszkodzenia balkonów najwyŜszej kondygnacji w budynku A Zaproponowanie sposobu naprawy wymagało określenia genezy powstania uszkodzeń. Sprawdzono geometrię balkonów, która okazała się zgodna z projektem. Zaniepokojenie wywołał charakter zarysowań balkonów na najwyŜszej kondygnacji w budynku A (patrz rys. 3c), odmienny od zarysowań reszty balkonów. W celu rozstrzygnięcia róŜnić przeprowadzono lokalizację połoŜenia zbrojenia metodą elektromagnetyczną skanując wybrane powierzchnie. Szczegółowy opis zastosowanej metody znaleźć moŜna między innymi w pracach [5] i [6]. Typowy obraz zeskanowanego zbrojenia płyt balkonowych przedstawiono na rysunku 4. Na podstawie tak prowadzonych wyrywkowych badań stwierdzono rozstawy zbrojenia bliskie załoŜeniom projektowym. Pręty zbrojenia głównego rozstawiono w odległościach od 70 mm do 130 mm, średnio co 100 mm, zaś pręty zbrojenia rozdzielczego umieszczono w rozstawie co 250 mm do 270 mm. W wyniku wspomnianych badań określono głębokość połoŜenia osi zbrojenia, wynoszącą średnio 101 mm od płaszczyzny skanowania, kiedy skanowano górną powierzchnię balkonów oraz średnio 106 mm, gdy badania prowadzono na dolnej powierzchni płyt balkonowych. Biorąc pod uwagę całkowitą, uzyskaną w przewiercie, grubość balkonu wynoszącą 202 mm, stwierdzono, Ŝe środek cięŜkości zbrojenia głównego połoŜony jest średnio na głębokości 99 mm od dolnej powierzchni płyty Ŝelbetowej. a) b) dolna powierzchnia 0 dolna powierzchnia 0 100 Otulenie zbrojenia [mm] Rys. 4. Typowy obraz zeskanowanego zbrojenia górnego wraz z wykresem grubości otulenia betonem od dolnej powierzchni balkonu w przypadku: a) właściwej – b) zaniŜonej wysokości uŜytecznej przekroju 100 Otulenie zbrojenia [mm] otulenie zbrojenia 767 otulenie zbrojenia Jedynie w przypadku balkonów A13, A14 i A15 połoŜonych na najwyŜszej kondygnacji, i najbardziej uszkodzonych, uzyskano grubość otulenia betonem prętów zbrojenia od dolnej powierzchni od 58 mm do 81 mm. UŜyteczna wysokość przekroju wynosi w tym przypadku tylko od 64 mm do 87 mm. Niektóre pręty zbrojenia głównego tych balkonów znajdują się więc w środku wysokości przekroju Ŝelbetowego, nawet o 40 mm niŜej niŜ powinny. Takie obniŜenie zbrojenia nośnego, a co za tym idzie zmniejszenie uŜytecznej wysokości przekroju, skutkuje powaŜnym spadkiem nośności na zginanie płyty balkonowej. Uwzględniając dokładność szacowania grubości otuliny betonowej metodą magnetyczną, wynoszącą ±10%, moŜna załoŜyć, Ŝe wartość uŜytecznej wysokości przekroju jest bliska właściwej za wyjątkiem balkonów A13, A14 i A15, gdzie jest znacznie zaniŜona. Wpłynęło to na większą intensywność uszkodzeń i nieco inny przebieg zarysowań, niŜ w balkonach o prawidłowo zlokalizowanym zbrojeniu (rys 3c). Poprzez rozkucie stwierdzono zgodność gatunku zbrojenia i jego średnicy z projektem. 4. Analiza obliczeniowa W celu sprawdzenie warunku SGN rozwiązano odpowiednio obciąŜony i podparty model MES niekorzystnie wybranego pola stropu wraz z płytą balkonową (rys.5). Rys. 5. Analizowany model MES Obliczenia nośności wykazały wystarczające z uwagi na nośność zbrojenie we wszystkich balkonach za wyjątkiem płyt balkonowych o obniŜonym połoŜeniu zbrojenia nadpodporowego (A13 do A15) gdzie wykazano nawet 24% niedobór nośności. Dla balkonów wykazujących spełnienie SGN konieczne było ustalenie czynników, które spowodowały opisane wyŜej zarysowania. RozwaŜono, oprócz wpływu napręŜeń wywołanych obciąŜeniami grawitacyjnymi, takŜe wpływy niemechaniczne, takie jak: · obciąŜenia termiczne: o róŜnica temperatur dolnej i górnej powierzchni balkonu wynikającą z nagrzania górnej płaszczyzny balkonu promieniowaniem słonecznym, o równomierne ochłodzenie płyty balkonowej w okresie zimowym. · odkształcenia skurczowe betonu. 768 4.1. Obci ąŜ enia grawitacyjne x na dolnej powierzchni płyty zaleŜą od podatności podpór. Na rysunku 6 pokazano wykresy izolinii napręŜeń Wartości napręŜeń s s x dla przypadku podparcia sztywnego i podatnego, gdzie podpory stanowią odzwierciedlenie muru ceglanego o grubości 25 cm i wysokości 2,8 m. a) b) Rys. 6. Izolinie napręŜeń s x na dolnej powierzchni płyty: a) podpory sztywne, b) podparcie podatne x uzyskano w przypadku podparcia podatnego. NapręŜenia rozciągające do 0,4 MPa (lub nieco większe przy załoŜeniu większej podatności podpór) wywołane obciąŜeniami stałymi i zmiennymi o wartościach charakterystycznych są zbyt małe, aby stać się samoistną przyczyną powstania zarysowań płyt balkonowych. Z wykresów na rysunku 7 wynika ponadto, Ŝe napręŜenia rozciągające z tytułu obciązeń grawitacyjnych sięgają tylko połowy wysięgu wspornika, zaś obserwowane zarysowania balkonów biegną od płaszczyzny utwierdzenia do ich krawędzi. Ponadto ewentualne powstanie zarysowania w miejscu największych napręŜeń rozciągających powoduje dodatkowo ich spadek w obszarach niezarysowanych, co pokazanono na rysunku 8. Większe wartości napręŜeń rozciągających s s x na dolnej powierzchni płyty niezarysowanej Rys.8. Przebieg napręŜeń s x w płycie z jedną rysą 4.2. Oddziaływanie ró Ŝ nicy temperatur Do celów projektowych róŜnicę temperatur dolnej i górnej powierzchni płyty Ŝelbetowej, wynikającą z oddziaływania ciepła słonecznego moŜna wyliczyć na podstawie normy PN-86/B-02015 [7]. Dla rzeczywiście występujących na płycie balkonowej warstw oraz ekspozycji południowej balkonu wyliczono w ten sposób wartość t = 7,8ºC. Z uwagi na poglądowy charakter analizy obciąŜono płytę wspornika róŜnicą temperatur wynoszącą 10 o C. Uzyskane napręŜenia s x na dolnej płaszczyźnie wspornika przedstawiono na rysunku 9. Rys. 9. Izolinie i wykresy napręŜeń s x na dolnej powierzchni płyt od obciąŜenia róŜnicą temperatur t = 10ºC górnej i dolnej powierzchni 769 Rys. 7. Wykresy przebiegu napręŜeń |
Menu
|