01 Ajdukiewicz A i inni ...

[ Pobierz całość w formacie PDF ]
XXIV
awariebudowlane
Prof. dr inŜ. A
NDRZEJ
A
JDUKIEWICZ
,
andrzej.ajdukiewicz@polsl.pl
Dr inŜ. A
LINA
K
LISZCZEWICZ
,
alina.kliszczewicz@polsl.pl
Dr inŜ. M
AREK
W
ĘGLORZ
,
marek.weglorz@polsl.pl
Politechnika Śląska
STRUNOBETONOWE PŁYTY KANAŁOWE – BŁ
Ę
DY PROJEKTOWE
I WYKONAWCZE
PRE-TENSIONED HOLLOW-CORE SLABS – DESIGN AND CONSTRUCTION FAULTS
Streszczenie
Współcześnie, strunobetonowe płyty kanałowe są najbardziej popularnymi prefabrykowanymi
elementami dla stropów o rozpiętości powyŜej 6,0 m. Są stosowane w wielu rodzajach obiektów. Długa tradycja
ich masowej produkcji (w Polsce od wczesnych lat 1970-tych), podobnie jak dobre doświadczenia w uŜytkowa-
niu, mogłyby wskazywać na ustabilizowane poprawne metody projektowania, wytwarzania i montaŜu. JednakŜe,
zdarza się ciągle wiele błędów i usterek wynikających z wprowadzanych wadliwych modyfikacji, nieznajomości
zasad produkcji lub nieświadomości stopnia wytęŜenia tych elementów. Przykłady trzech takich błędów z lat
2006–2008 opisano w referacie. Pierwszy dotyczy zaniedbania projektowego w odniesieniu do moŜliwości
właściwego i bezpiecznego transportu i montaŜu szczególnie cięŜkich elementów. Drugi dotyczy niewłaściwego
przebijania otworów w płytach. Trzeci przypadek jest przykładem skutków pominięcia przez projektanta
szczegółów technologicznych produkcji płyt metodą ekstruzji.
Abstract
Nowadays, pre-tensioned hollow-core slabs are the most popular kind of precast slabs for spans over
6,0 m. They are used in many kinds of projects. A long tradition of mass production of such slabs (in Poland
since early 1970s), as well as good service experience, might indicate on the stabilized proper methods of design,
manufacturing and assembly. However, many faults caused by incorrect modifications, unawareness of detailed
manufacturing rules or ignorance of stressing level in such elements still happen. Three examples of such faults
are presented in the paper. First one refers to design negligence concerning the possibility of proper and safe
transportation and assembly of particularly heavy members. Second one refers to incorrect boring of holes
through the slabs. The third case is an example of results of neglecting by designers some details of production
method by means of extrusion.
Wprowadzenie
O wielkich zaletach stropów z prefabrykowanych strunobetonowych płyt kanałowych od
początku decydowały – poza samym pomysłem produkcji metodą ekstruzji i formowania
kanałów – płaskie powierzchnie sufitowe, wysoka sztywność i stosunkowo niewielki cięŜar
własny. Postęp w technologii betonu, unowocześnione maszyny formujące i tory naciągowe
oraz skuteczniejsze piły do cięcia pasma na elementy sprawiły, Ŝe moŜna było przyspieszyć
procesy produkcji i tym samym wydatnie poprawić efektywność ekonomiczną.
Asortyment płyt stale się powiększa – rosną rozpiętości, dopuszczalne obciąŜenia uŜytko-
we, moŜliwości perforacji i wycięć, a zatem zachodzi ciągły proces dostosowania do coraz
szerszego zakresu zastosowań. Powszechność zastosowań i międzynarodowa wymiana han-
XXIVKonferencjaNaukowoTechniczna
SzczecinMiędzyzdroje,2629maja2009
Konstrukcje
Ŝ
elbetowe
dlowa, obejmująca obecnie nie tylko urządzenia produkcyjne, ale teŜ i dostawy samych
elementów sprawiły, Ŝe powstała w Europie specjalna norma (EN 1168:2005) [1]. Istnienie
takiej normy, choć oczywiście porządkuje szereg wymagań w skali międzynarodowej, niesie
jednak pewne niebezpieczeństwa. Rozgrzesza niejako projektantów i producentów z ostroŜne-
go podejścia do tych mocno wytęŜonych i wraŜliwych na wszelkie usterki elementów. Trzeba
sobie zdawać sprawę, Ŝe strunobetonowe płyty kanałowe, jako elementy pozbawione wszel-
kiego zbrojenia zwykłego, są w konsekwencji w duŜym stopniu pozbawione dodatkowych
marginesów niezawodności, z jakimi mamy do czynienia w elementach Ŝelbetowych. Dotyczy
to zarówno nośności, jak teŜ uŜytkowalności i trwałości. Wynika to ze wspomnianego wyso-
kiego stopnia wytęŜenia betonu w strefach zginania i ścinania, z wraŜliwości na niewielkie
odstępstwa technologiczne oraz cienkościenności przekroju formowanego metodą ekstruzji.
Sytuację pogarsza jeszcze fakt, Ŝe wspomniana norma [1] jest daleka od doskonałości
i albo pomija pewne weryfikacje badawcze (np. kontrolę zarysowania górnej powierzchni),
albo zawiera zalecenia, które nie są spełniane nawet przez typowe i stosowane od wielu lat
elementy (np. ścinanie przy podporach). W polskich podręcznikach konstrukcji strunobetono-
wych, począwszy od roku 1976, aŜ do najnowszego [2], wskazywano dla elementów struno-
betonowych, Ŝe „ostateczna weryfikacja stanów granicznych i ewentualna korekta rozwiąza-
nia przeprowadzana jest na podstawie próbnych obciąŜeń i badań elementów prototypowych”.
Starano się w ten sposób wskazywać, Ŝe nowe lub modyfikowane typy elementów strunobeto-
nowych wymagają kontroli badawczej.
Projektanci obiektów ze stropami z kanałowych płyt stropowych mają do dyspozycji
poradniki opublikowane przez producentów, np. [3], [4], ale dosyć powszechne są przypadki
„naginania” zawartych tam zaleceń – takŜe nie zawsze bezpiecznych – do potrzeb konkret-
nego rozwiązania. Zalecenia te nie nadają się takŜe do ekstrapolacji na rozwiązania wykracza-
jące poza ich zakres. Jeszcze mniej szacunku do omawianych płyt przejawiają wykonawcy
obiektów, zwykle z ignorancji i przekonania, Ŝe z duŜą dozą dowolności moŜna z tymi
solidnymi elementami postępować przy montaŜu i pracach instalacyjnych.
2. Złe do
ś
wiadczenia z wprowadzeniem nowych elementów
Do roku 2006 typowe płyty w produkcji krajowych wytwórców nie przekraczały wysokości
przekroju 400 mm. Na jednej z nowych inwestycji zaszła konieczność zastosowania stropów
o rozpiętości 18,0 m, dostosowanych do obciąŜeń zmiennych 5 kN/m
2
i dodatkowych
obciąŜeń stałych do 4 kN/m
2
. Wykonano projekt konstrukcyjny płyty, przyjmując przekrój
o wysokości 500 mm. Do produkcji tych płyt sprowadzono maszynę formującą z zagranicy,
wraz z wytycznymi technologicznymi.
Dla tych cięŜkich elementów, o masie ok. 12 ton, nie znalazły się w podstawowym
projekcie, ani w zaleceniach technologicznych odpowiednie wytyczne transportu i montaŜu.
Brak było wymagań w odniesieniu do zawiesia oraz sposobu podnoszenia przy montaŜu na
budowie. Stosowane dla lŜejszych i krótszych elementów obejmy pasowe i dostosowane do
nich zawiesia nie mogły być zastosowane bez odpowiednich wycięć w bokach płyty i bez
odpowiednio długich belek trawersowych.
Skorzystano w tej sytuacji z zalecenia zagranicznego dostawcy technologii. Polegało ono
na wykonaniu w młodym betonie płyty dwóch poprzecznych otworów poziomych w ścian-
kach międzykanałowych, przy kaŜdym końcu płyty (rys. 1). Pozwalały one na wprowadzenie
stalowych wałków
Æ
740
60 mm. Takie poprzeczki montaŜowe chwytano hakami zawiesi
(po 4 haki przy obydwu końcach płyty), wykorzystując otwory w płycie górnej, nad dwoma
kanałami. Rozwiązanie było pod wieloma względami wadliwe, nawet przy idealnym wykona-
niu, a przy nieuniknionych odchyłkach – stwarzało zagroŜenie awaryjne.
Ajdukiewicz A. i inni: Strunobetonowe płyty kanałowe – bł
ę
dy projektowe i wykonawcze
Rys. 1. Otwory poziome przebite w płytach w celu umieszczenia poprzeczek montaŜowych
Koncepcja takiego sposobu uchwycenia płyty – pozornie nowatorska – świadczyła o igno-
rancji pomysłodawcy, a główne wady rozwiązania były następujące:
· Otwory w ściankach, formowane w świeŜym betonie płyt, w znacznym stopniu osłabiały
strefę przypodporową na ścinanie. Przy duŜych siłach spręŜających stosowanych w dolnych
splotach stwarzało to zagroŜenie poziomego ścięcia betonu ścianek.
·
Rys. 2. Zarysowanie pionowe nad otworem, z silnym
osłabieniem ścianki wokół otworów
Rys. 3. Zarysowanie poziome ścianki – rozwarstwienie
od otworu do końca płyty
Docisk włoŜonych w otwory wałków do betonu przebitych ścianek był przypadkowy – nie
było Ŝadnej moŜliwości kontroli kontaktu wałka z betonem.
·
ZałoŜenie uchwycenia po kaŜdej stronie płyty przez 4 haki zawiesia odbiega od realnych
moŜliwości; wprawdzie pewne wyrównanie zabezpiecza spręŜystość linek zawiesia, jednak
podchodząc ostroŜnie naleŜy się liczyć raczej z przekazaniem połowy cięŜaru płyty tylko na
dwa haki. Powoduje to lokalne spiętrzenie docisków wałka do betonu. Obserwacje pokazały
ponadto, Ŝe oś otworów na wałki nie zawsze była pozioma, lecz czasem wyraźnie nachylona,
co dodatkowo zaburzało równomierność przekazania sił na haki.
Przy pierwszej próbie na budowie podniesienia płyty na wałkach doszło do awarii. Na szczę-
ście płyta spadła z niewielkiej wysokości, ulegając całkowitemu zniszczeniu (rys. 4, 5).
741
Wykonanie otworów w świeŜym betonie za pomocą poziomego skrętnego przeciskania rurki
powodowało, zamiast projektowanych otworów walcowych, wybicie stoŜków na zewnątrz, a tym
samym dodatkowe osłabienie wszystkich ścianek (rys. 1). Skutki tych osłabień wystąpiły w nie-
których płytach w postaci zarysowań pionowych nad otworami (rys. 2) lub poziomych (rys. 3).
·
Konstrukcje
Ŝ
elbetowe
Rys. 4. Zniszczenie po upadku płyty – koniec A
Rys. 5. Zniszczenie po upadku płyty – koniec B
Nie moŜna jednoznacznie stwierdzić, które z wymienionych wad sposobu podnoszenia
skumulowały się w zniszczonej przy podnoszeniu płycie. Niewątpliwie nałoŜyło się działanie
rozwarstwiające spręŜenia w osłabionych otworami ściankach, z odrywającym działaniem
przy podnoszeniu w wyniku podparcia w otworach w ściance. Wyjaśnić tu naleŜy, dlaczego
do awarii doszło dopiero na budowie, przy próbie montaŜu – wszystkie wcześniejsze operacje
transportowe (wywiezienie z hali na składowisko i załadunek na platformę transportową)
prowadzono z zastosowaniem zawiesia pasowego, które nie nadawało się do montaŜu płyt
jedna obok drugiej bez wycięć w bocznych ścianach płyt.
Niepokojące jest, Ŝe odpowiedzialne elementy, pierwszy raz produkowane i montowane
w kraju, próbowano transportować na miejsce wbudowania sposobem całkowicie błędnym,
podanym przez technologów, bez odpowiedniej korekty projektanta konstrukcji. Ostatecznie,
po konsultacjach, powrócono do zawiesi pasowych, lokowanych w naciętych wgłębieniach.
3. Modyfikacje z pomini
ę
ciem ogranicze
ń
technologicznych
W praktyce projektowej występują róŜne wymagania szczegółowe w stosunku do stosowa-
nych elementów, a z drugiej strony technologia masowej produkcji, takiej jak pasmowe
formowanie kanałowych płyt stropowych, ma konkretne ograniczenia. Projektanci współpra-
cujący z producentami prefabrykatów próbują dostosować elementy do wymagań, zachowując
jednocześnie narzucony przez formy kształt przekroju betonowego.
Jedna z takich sytuacji dotyczy zwiększenia klasy ognioodporności prefabrykatów.
W miejsce elementów z typowym usytuowaniem splotów spręŜających dokonuje się powiększe-
nia dolnej otuliny, rekompensując zmniejszenie ramienia sił wewnętrznych zastosowaniem
większej liczby splotów (rys. 6). Taki zabieg pozwala spełnić formalne warunki nośności, jak
równieŜ warunki podwyŜszonej odporności poŜarowej, w tym np. wymagania PN-EN 1992-1-
2:2004. Pominięte są jednak technologiczne warunki formowania, bowiem w wyniku
zagęszczenia zbrojenia zwiększa się opór tarcia przy formowaniu i zwiększa ryzyko lokalnego
pogorszenia jakości betonu wokół splotów. Jednocześnie zostaje zmniejszona grubość otuliny
dla górnych splotów, z czego dodatkowo wynikają gorsze warunki przyczepności. Wynikiem
takiej modyfikacji jest sytuacja zaobserwowana na jednej z linii produkcyjnych w postaci
ucieczki splotów słabiej zakotwionych (rys. 7).
Takie czy inne modyfikacje muszą być dokonywane przez doświadczonych projektantów,
dobrze znających technologię produkcji i wyobraŜających sobie wszystkie skutki wprowadza-
nych zmian. TakŜe i w tych przypadkach istotna jest faza badawczej weryfikacji elementów
z wprowadzoną modyfikacją.
742
Ajdukiewicz A. i inni: Strunobetonowe płyty kanałowe – bł
ę
dy projektowe i wykonawcze
a)
b)
Rys. 6. Przykład modyfikacji przekroju płyty o wysokości 320 mm o porównywalnej nośności:
a) rozwiązanie podstawowe o zwykłej odporności ogniowej (R 60),
b) rozwiązanie zmodyfikowane o odporności podwyŜszonej (R 120)
Rys. 7. Przykład ucieczki górnego splotu w grupie, spowodowanej lokalnym brakiem przyczepności
w chwili przekazania spręŜenia na beton
4. Destrukcyjne działania wykonawców
Od początku masowego stosowania konstrukcji spręŜonych są one naraŜone na działania
niszczące na budowie ze strony róŜnych uczestników procesu wykonawczego. Wynika to
z braku elementarnej wiedzy na temat tego typu konstrukcji. O ile 50 lat temu mogło to być
uznane za sytuację przejściową, o tyle obecnie jest to dowodem niskiej kultury technicznej
wykonawców, często w stopniu dyskwalifikującym ich w wykonywanym zawodzie.
Przywołany tu przykład dotyczy beztroskiego przekuwania otworów w płytach kanałowych
na przejście instalacji. Poradniki [3], [4] i inne wskazują jakie otwory moŜna formować, ale
nie precyzują w jaki sposób. Dotyczą one bowiem przede wszystkim przygotowania perforacji
płyt juŜ u producenta. Jednak zalecenia nie wykluczają wykonania otworów na budowie i po-
dają ograniczenia wymiarowe i dopuszczalne połoŜenie otworów. To powinno być jedno-
znacznie rozumiane jako wykonanie otworów za pomocą wiertnicy, z precyzyjnym wytraso-
743
[ Pobierz całość w formacie PDF ]