USZKODZENIA BALKONÓW USZKODZENIA BALKONÓW, Budownictwo0, ZZ PLIKI ZA FREE [ Pobierz całość w formacie PDF ]
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
[ Pobierz całość w formacie PDF ]