WZMOCNIENIE WIELKIEJ PŁYTY

„Określenie ,,budynki wielkopłytowe” oznacza budynki, których ściany konstrukcyjne i stropy wykonane są z prefabrykatów wielkowymiarowych, czyli z płyt ściennych o wysokości równej wysokości kondygnacji i płyt stropowych o długości równej rozpiętości stropu” [7]. ,,Specyfika budownictwa wielkopłytowego wynika z konsekwencji scalania wielkowymiarowych prefabrykatów w ściany i stropy, tworzące przestrzennych ustrój budynku” [7].

,,Z uwagi na ustrój nośny budynki wielkopłytowe są budynkami ze ścianami nośnymi podobnie jak budynki murowe (z murowanymi ścianami nośnymi) i budynki monolityczne (ze ścianami betonowanymi na miejscu), w związku z tym wymagania stawiane konstrukcji budynków wielkopłytowych i sposób wymagań są identyczne, jak w przypadku innych budynków ze ścianami nośnymi. Ściany i stropy stanowią sztywne tarcze pionowe i poziome, w których wzajemne powiązanie w poziomie stropów stanowi o spójności przestrzennej ustroju nośnego budynku i jego odporności na działanie wyjątkowe, w tymrównież lokalne uszkodzenia ścian nośnych i stropów.

Podstawową cechą konstrukcji budynków wielkopłytowych, odróżniającą je od konstrukcji pozostałych budynków ze ścianaminośnymi, jest obecność w tarczach ścian i stropów złączy miedzy prefabrykowanymi płytami wskazującymi miejsca, w których najczęściej mogą pojawiać się rysy. Dalszącechą jest szczególnie duża rola w zapewnieniu bezpieczeństwa konstrukcji wieńców żelbetowych obiegających ściany konstrukcyjne w poziomie stropów oraz zakotwionego w tych wieńcach (lub przechodzącego z jednego przęsła stropu na drugie) zbrojenia podporowego stropów. Wieńce i zbrojenie podporowe stropów łączą prefabrykowane płyty w tarcze stropowe i ścienne, a także łączą te tarcze w przestrzenny ustrój nośny budynków.

Budynki wielkopłytowe projektowane są w określonym systemie, co oznacza że zastosowane prefabrykaty należą do odpowiedniego zbioru, zdefiniowanego poprzez kształt, wymiary i strukturę materiałową prefabrykatów oraz przez sposób zestawienia ich w konstrukcyjną całość (przez sposób ich montażu i wzajemnego połączenia w ustrój nośny budynku)” [7]. Do najbardziej popularnych należały rozwiązania systemowe: OWT-67, OWT-75, W-70, Wk-70, WUF-75, system szczeciński.

,,Odmienność szczegółów konstrukcyjnych poszczególnych systemów budynków wielkopłytowych stanowi charakterystyczną cechę budownictwa wielkopłytowego, co powoduje, że bez dobrej znajomości szczegółów konstrukcyjnych systemu, w którym wzniesiono określony budynek, trudno ocenić jego stan techniczny i zapewnienie bezpieczeństwa konstrukcji [7].

Ścienne płyty warstwowe – krótka charakterystyka.

,,Ścienne płyty warstwowe, prefabrykowane, wykorzystywane w budownictwie wielkopłytowym składają się z trzech wzajemnie połączonych warstw

- zewnętrznej (fakturowej) wykonanej z betonu zbrojonego,

- ocieplającej z płyt z wełny mineralnej lub styropianu,

- nośnej z betonu zbrojonego.

Warstwy płyt są połączone metalowymi łącznikami, które mają umożliwić w miarę swobodne odkształcenie pod wpływem temperatury i przenosić obciążenia warstwą zewnętrzną. Jako łączniki stosuje się wieszaki i szpilki” [1]. ,,Wieszaki wykonane są w kształcie pętli zbliżonej do trójkąta z prętów stalowych o średnicy 8 mm, przechodzą przez wszystkie trzy warstwy płyty, przy czym współpracują ze zbrojeniem płyt poprzez zakotwienie prętami poprzecznymi. Szpilki wykonane są również z drutu stalowego jednak o mniejszej średnicy 3 do 4,5 mm. Mają kształt wydłużonego U, usytuowane obwodowo w płycie i wokół otworów. Szpilki w liczbie od kilkunastu do kilkudziesięciu pełnią funkcję stabilizującą warstwę zewnętrzną płyty oraz przenoszą obciążenia od ssania wiatru.

Wieszaki są stalowymi łącznikami warstw elementu trójwarstwowego i przenoszą obciążenia od ciężaru płyty oraz odkształceń termicznych. W celu zapewnienia swobody wzajemnych odkształceń  warstw betonowych zalecono projektowanie wieszaków z prętów o średnicy 6 do 8 mm (wyjątkowo dopuszczono stosowanie prętów o średnicy 9 mm wykonanych ze stali OH18N9). Kształt wieszaków powinien być zbliżony do równoramiennego trójkąta prostopadłego. Podstawa (przeciwprostokątna) wieszaka powinna być równoległa do płaszczyzny płyty [5] (rys. 2).

 

Rys. 2. Schemat mocowania wieszaka w warstwie fakturowej [5]

a - przy produkcji płyt do dołu warstwą fakturową, b – przy produkcji płyt do góry warstwą  fakturową; 1 –warstwa  fakturowa, 2- warstwa ocieplająca, 3 - warstwa nośna, 4 – siatka zbrojeniowa, 5 – pręt kotwiący Ø 8 mm, mm

 

 

Najczęściej występujące usterki ściennych płyt warstwowych – analiza zjawisk wywołujących uszkodzenia.

Badania przeprowadzone przez Zakład Trwałości i Ochrony Budowli ITB w zasobach budynków wielkopłytowych w zniesionych przed 1984 r. w oparciu o analizę prawie 800 płyt wskazują, iż w ścianach warstwowych najmniejszą trwałość mają warstwy zewnętrzne i łączniki warstw (szpilki, wieszaki), jako elementy najbardziej narażone na działanie środowiska zewnętrznego. ,,Beton płyt warstw fakturowych w około 85% budynków został prawidłowo wykonany. Co oznacza, iż co najmniej przez 50  lat nie wystąpią problemy z korozją siatek zbrojących, prętów kotwiących i wieszaków, które mogły by spowodować destrukcje płyty warstwowej (o ile grubość otulenia jest prawidłowa). W pozostały 15% płyt beton jest niedostatecznej jakości. Jego neutralizacja, wywołana głównie karbonatyzacją, sięgała po kilkunastu latach nawet 20 ÷ 25 mm i obejmowała strefę zbrojenia i wieszaków. To w tych płytach wieszaki ze stali zwykłych i stali zawierających 13% chromu pokrywały się miejscami nalotami rdzy. Dalszy rozwój korozji będzie zależał od zawilgocenia betonu, a największy pojawi się w betonach o malej szczelności. Zmniejszonej trwałości należy spodziewać się w rejonach uprzemysłowionych, gdzie agresywność atmosfery jest wyższa.

Początkowo przewidywano że korozja wieszaków stanie się główną przyczyną zagrożenia bezpieczeństwa użytkowania płyt, ponieważ w latach siedemdziesiątych i osiemdziesiątych stosowano wieszaki z różnych stali zwykłych i stopowych. W praktyce okazało się że szybkość korozji wieszaków ze stali zwykłych i chromowych nie jest duża, gdyż użyto suchego lub lekko wilgotnego materiału ocieplającego płyty. W dobrych warunkach użytkowania wieszaki nie powinny ulegać zniszczeniu na skutek korozji co najmniej 60 lat. Trudno jednak przewidzieć jaki wpływ na trwałości stali chromowych może mieć ich zaniżone w stosunku do wymagań wydłużenie przy zerwaniu.

Problemem może stać się pękanie wieszaków ze stali nierdzewnej H13N4G9, zalecanej do stosowania w pewnym okresie czasu. Spękania stwierdzono w jednym z osiedli, a brak odpowiedniej informacji i dokumentów, dotyczących wbudowanych płyt  w ściany i zastosowanych w nich wieszaków, utrudnia szacowanie zagrożenia innych ścian przez destrukcję wieszaków spowodowaną naprężeniową korozją o przebiegu międzykrystalicznym.

W płytach stwierdzono w wielu przypadkach spękania betonu warstw fakturowych. Obserwowano spękania wzdłuż nieutulonych dostateczni (0÷0,5 mm) prętów zbrojenia płyt lub spękania podłużne i porzeczne, rozłożono nierównomiernie. W przypadku braku otulenia siatek stwierdzono ich korozję, a pęknięcia były wywołane naprężeniami wywołanymi zwiększeniem średnicy korodujących prętów. Przypadki takie nie przekraczały kilku procent obserwowanych płyt. Pęknięcia nieregularne (niekiedy przekraczające szerokość 0,3 mm) zostały spowodowane naprężeniami wskutek odkształceń termicznych. W miejscach spękań nie stwierdzono korozji prętów zbrojenia płyt. Badania wykazały, że elementy warstwowe mają też wiele innych wad i usterek, które zmieniają warunki pracy łączników i mogą mieć zasadniczy wpływ na ich trwałość. Na podstawie badań określono czynniki mające wpływ na trwałość  wieszaków oraz podano rodzaj wad w płytach w tablicy 1. Zwiększenie obciążenia wieszaków występowało praktycznie we wszystkich płytach. Warstwa fakturowa miała grubość zawyżoną średnio o 15%, a w granicznych przypadkach nawet 65 %, przez co wzrastał ciężar płyty. Wynikiem tego było zwiększenie naprężeń w wieszakach oraz naprężeń wynikających z odkształceń termicznych.

 

Tablica 1. Czynniki mające wpływ na trwałość wieszaków [5].

 

Czynnik	Wada elementu	Zakres odstępstw od wymagań    (% elementów z wadami)
Zagrożenie przez korozję wieszaków ze stali zwykłych i chromowych	- gatunek stali - jakość betonu warstwy fakturowej - zawilgocenie materiału termoizolacyjnego	90 %   15 %   występuje sporadycznie
Zagrożenie przez korozję wieszaków ze stali nierdzewnej przez korozję naprężeniową o przebiegu międzykrystalicznym	- brak przesycenia wieszaków   - brak otuliny lub zaniżona grubość do 0,5 mm	stwierdzono na jednym osiedlu   26 %
Zwiększenie obciążenia wieszaków: - od ciężaru własnego   - od obciążeń termicznych	- nadmierna grubość warstwy fakturowej - zbyt mała grubości warstwy termicznej	90 %   95 %
Pogorszenie warunków współpracy wieszaków z innymi warstwami płyty	- brak zakotwienia   - nieprawidłowe zakotwienie   - rozmieszczenie i pionowości wieszaków   - ułożenie siatki zbrojeniowej	10 %   60 %   20 %     30 %

 

 

Jednocześnie wraz ze zwiększeniem grubości betonu, w badanych elementach następowało obniżenie warstwy ocieplenia średnio do 38mm w stosunku do wymaganych 60mm. Powodem tego było stosowanie  nieodpowiedniej jakości wełny mineralnej, która ulegała silnej komprymacji, tak że w skrajnych przypadkach miała grubość kilkunastu milimetrów. To niekorzystny efekt dla wieszaków, gdyż naprężenia wzrastają ze zmianą grubości ocieplenia. Pogorszenie warunków współpracy wieszaków z innymi elementami płyt może być spowodowane różnymi wadami wynikłymi z niewłaściwego wykonania i nadzoru w wytwórni. Projekty płyt i instrukcje ich wykonania zawierały rysunki i opisy kolejnych faz formowania płyt, z wyszczególnieniem wykonywania połączeń warstw. Mimo to w większości badanych płyt nie dotrzymano wymagań prawidłowego ułożenia wieszaków i zapewnienia ich współpracy z elementami płyty. Na podstawie badań stwierdzono że wieszaki były umieszczane w innych miejscach niż przewidywały projekty, a przesunięcia dochodziły do kilkudziesięciu centymetrów.

Występowały również przypadki odchylenia wieszaków od pionu, co miało zasadniczy wpływ na ich nośność zarówno od ciężaru płyty jak  i od naprężeń termicznych.

W 10% badanych warstw fakturowych  kotwienie nie zostało w ogóle wykonane, a w  50% pręty kotwiące miały inny wymiar lub zostały przemieszane. Wieszaki były w tych przypadkach niewystarczająco zakotwione” [5].

 

 

,,Objawy”, które mogą wskazywać na zły stan płyt, to:

- przemrażanie ścian (zawilgacanie, zagrzybienia wewnątrz pomieszczeń)

- zawilgacanie izolacji cieplnej wodami opadowymi lub przez kondensacje pary wodnej,

- spękanie warstwy fakturowej,

- zła jakość betonu warstwy fakturowej,

- brak otulenia wieszaków i siatek zbrojeniowych w warstwie fakturowej,

Wymienione objawy mogą wskazywać na potencjalne niebezpieczeństwo korozji wieszaków w płytach. Jednak zły stan płyt nie zawsze jest sygnalizowany zewnętrznymi objawami. Elewacja może być w dobrym stanie, a wady i uszkodzenia mogą zagrażać bezpieczeństwu eksploatacji (np. brak dostatecznego zakotwienia wieszaków w warstwach fakturowych płyt).

Przy produkcji elementów płyt warstwowych powstało wiele nieprawidłowości. W poszczególnych płytach nastąpiło sumowanie się różnych wad, co mogło wpływać na bezpieczeństwo ścian [5]. Przedstawione poniższe zdjęcia ilustrują przykładowe zniszczenia płyt osłonowych  budynków w technologii wielkopłytowej [19].

    

    

 

 

 

Diagnostyka płyt warstwowych

W zależności od zakresu i terminów wykonania rozróżnia się dwa rodzaje kontroli płyt ścian zewnętrznych:

Kontrola okresowa jest przeprowadzana przez służby techniczne użytkownika lub osoby posiadające uprawnienia (rzeczoznawcy). Powinna być przeprowadzona co 12 miesięcy. Kontrola obejmuje określenie:

- zakresu zawilgocenia ścian oraz występowania zagrzybienia na ścianach wewnątrz pomieszczeń (może to być określone na podstawie zgłoszeń lokatorów),

- uszkodzeń warstw elewacyjnych lub ułożonego na niej tynku,

- rozmieszczenia spękań warstwy fakturowej

- obecność raków lub słabszego zagęszczenia betonu,

- miejsc, gdzie wieszaki lub siatki zbrojone nie są otulone,

- stanu uszczelnień złączy miedzy płytami

- stanu obróbek blacharskich

Jeżeli stwierdzone zostaną wady wykonania elementów i objawy świadczące o postępie degradacji płyt, niezbędne jest przeprowadzone kontroli pełnej.

Kontrola pełna jest przeprowadzana w ramach zamierzonej termomodernizacji, remontu budynku lub przy złym stanie elewacji, stwierdzonych podczas okresowej kontroli stanu budynku. Obejmuje obserwacje odkrywek i badania materiałów z odkrywek” [5]. Schemat prowadzenia badań przedstawiono poniżej.

 

Rys. 3. Kontrola pełna stanu płyt ścian warstwowych [5]

 

 

,,Na rysunku przedstawiono pełen zakres badań. W praktyce do oceny stanu technicznego płyt wystarczające jest wykonanie badań w ograniczonym zakresie. Każdorazowo zakres kontroli powinien określić rzeczoznawca. Najbardziej niebezpieczne są: braki wieszaków, zaniżona liczba wieszaków w stosunku do projektu oraz brak zakotwienia.

 Jeśli wada powtarza się we wszystkich lub w większości badanych elementów (co najmniej kilkunastu) można uznać, że wszystkie elementy w elewacji posiadają te wadę. Natomiast jeśli występuje ona w 1÷3 przypadków, zachodzi potrzeba rozszerzenia zakresu badań o kolejna partie elementów i sprawdzenia powtarzalności wady.

Wyjątek stanowi przerwanie ciągłości wieszaków objawiające się pękaniem. Ujawnienie tej wady w jednym elemencie lub – jeśli wyniki badań metalograficznych – stali wieszaka potwierdzają możliwość wystąpienia pęknięć – jest podstawą do wydania oceny o złym stanie połączeń w płytach warstwowych w całym budynku.

Stan elewacji należy ocenić na podstawie analizy wszystkich badanych części płyty. We wszystkich przypadkach, w których stwierdzono istotne różnice miedzy wymaganiami a stanem faktycznym należy zalecić wzmocnienie łączników” [5].

Typowe wady, które mogą występować w badanych płytach sugestie dotyczące proponowanych zaleceń, przedstawiono w tablicy poniżej.

Tablica 2. Ocena elementów w zależności od stwierdzonych w czasie kontroli wad, usterek i zagrożeń [5].

 

 

Element	Stwierdzony stan	Zalecenia
Warstwa fakturowa	- pękanie betonu > 0,3 mm   - grubość betonu (większa niż 1,1 grubości    nominalnej) - głębokość zobojętnienia równa grubości otuliny zbrojenia - nasiąkliwość betonu > 5% - zanieczyszczenie betonu związkami agresywnymi	- uszczelnić pęknięcia lub wykonać nową wyprawę (lub ocieplenie) - wzmocnienie łączników lub analiza nośności istniejących wieszaków - wzmocnienie oraz zastosowanie ochrony powierzchniowej betonu - ochrona powierzchniowa betonu - indywidualna analiza zagrożenia (ewentualne wzmocnienie)
Zbrojenie warstwy fakturowej	- średnica i rozstaw prętów niezgodny z projektem - pręty niedostatecznie otulone (np. w strefie licowej lub od strony ocieplenia), pręty poza betonem (na styku beton-izolacja termiczna) - stwierdzona korozja zbrojenia i odpadanie otuliny	- analiza statyczna ewentualne wzmocnienie - wzmocnienie płyt lub decyzja o ich demontażu       - jak wyżej
Warstwa ocieplenia	- zawilgocenie powyżej dopuszczalnego   - grubość (mniejsza niż 0,9 grubości nominalnej)	- naprawa obróbek ewentualnie dodatkowa osłona elewacji (np. docieplenie) - analiza nośności wieszaków na podstawie obliczeń cieplno-wilgotnościowych (ewentualne wzmocnienie lub ocieplenie)
Łączniki (wieszaki)	- brak wieszaków   - zmniejszona liczba wieszaków w stosunku do projektu - gatunek stali   - korozja stali - kształt, średnica     - pozycja wieszaków     - pęknięcia stali - występowanie korozji wżerowej	- wzmocnienie płyty dodatkowymi kotwami - jak wyżej   - wzmocnienie płyt o ile stal jest niezgodna z wymaganiami - wzmocnienie płyt - uzupełnienie połączeń płyt niezgodnych z katalogiem lub projektem – wzmocnienie - o ile nie jest zgodna z projektem lub katalogiem systemu, należy sprawdzić, obliczając nośność lub wzmocnić płyty - wzmocnienie płyt - jak wyżej
Kotwienie wieszaków w warstwie fakturowej	- średnica pręta kotwiącego mniejsza niż Φ 8 mm - długość pręta mniejsza niż 300 mm - niewłaściwe ułożenie prętów  w stosunku do wieszaków (np. pręt nie przetknięty przez wieszak) - brak prętów kotwiących - występowanie korozji stali i odpadanie otuliny	- analiza nośności lub wzmocnienia płyt   - jak wyżej - wzmocnienie płyt     - jak wyżej - naprawa otuliny  ewentualne wzmocnienie płyt

 

 

 

Zgodnie z art. Ustawy Prawo budowlane ,,właściciel lub zarządcą obiektu budowlanego jest zobowiązany użytkować obiekt zgodnie  z jego przeznaczeniem i wymaganiami ochrony środowiska oraz utrzymywać go w należytym stanie technicznym i estetycznym”.

Związku z tym wymaganiem obiekty budowlane powinny być poddawane przez ich właścicieli lub zarządcy kontroli stanu technicznego: raz w roku, kiedy chodzi o elementy budynku narażone na szkodliwe wpływy atmosferyczne i niszczące działanie czynników występujących podczas użytkowania obiektu oraz co najmniej raz na 5 lat, kiedy chodzi o cały budynek. Zakres kontroli jak pokazano wyżej zależy od rodzaju stwierdzonych nieprawidłowości. Usterki podlegają usunięciu przez co następuje dostosowanie obiektu do stawianych mu wymagań technicznych.

Instrukcja 360/99 wydana przez ITB w 1999 roku ,,Badania i ocena betonowych płyt warstwowych w budynkach mieszkalnych” stwierdza: ,,Uwaga: W przypadku gdy projekt przewidywał dwa wieszaki (dla płyt o małej szerokości) lub  trzy wieszaki (dla płyt o szerokości do 6 m) i potwierdzono to w badaniach wstępnych, zaleca się wzmocnienie ściany przed dociepleniem bez względu na stan wieszaków i innych elementów płyt” [4].  Sytuacja taka występuje szczególnie w systemach W-70, W-75 Wk-70. Ponadto należy pamiętać, że dodatkowe docieplenie ścian stanowi również obciążenie jakie zostaje poprzez warstwę fakturową przeniesione na łączniki ścian warstwowych.  Wykonanie docieplenia i zakrycie elementów osłonowych ścian znacząco utrudni, a nawet uniemożliwi w przyszłości ustalenie ich stanu technicznego, docieplenie bowiem zakryje całą powierzchnię ścian.

Wzmocnienie połączenia  ściany warstwowej.

W budynkach wykonanych w technologii wielkopłytowej ze ścianami zewnętrznymi żelbetowymi trójwarstwowymi, przed termomodernizacją należy ocenić stan techniczny łączników. Kontrola polega na ustaleniu konstrukcji ściany (nazwa systemu budownictwa wielkopłytowego) oraz sprawdzeniu w kolejnych etapach stanu technicznego części i elementów oraz ustalenia stopnia ich degradacji, powstałego podczas eksploatacji. Szczególnie istotne jest określenie stanu łączników metalowych oraz sprawdzeniu współpracy detali płyty, decydującej o prawidłowej pracy systemu. Zagadnienie to bardziej szczegółowo omówiono w poprzednim rozdziale.

Podkreślić należy raz jeszcze, że z omówionych wyżej elementów najbardziej narażone na degradacje są łączniki warstw i to one decydują o trwałości  całej ściany.  Te elementy są praktycznie nie wymienialne i powinny być starannie wykonane z trwałych materiałów. ,,Wzmocnienie wykonuje się za pomocą dodatkowych elementów  mocujących warstwę fakturową z warstwą konstrukcyjną. Elementami mocującymi są zazwyczaj stalowe łączniki (kotwy), które można zastosować zarówno w warstwie fakturowej jak i konstrukcyjnej.

Rodzaj, liczbę i rozstaw dodatkowych elementów mocujących należy określić w projekcie wzmocnienia, opracowanym na podstawie aktualnego stanu poszczególnych warstw płyt i nośności dodatkowych łączników przez uprawnionego projektanta.

Przy projektowaniu należy przyjąć następujące zalecenia:

- stasować łączniki, mające deklaracje zgodności z wymaganiami norm lub Aprobat Technicznych i wykonane z materiałów nie ulegających korozji w przewidywanym okresie eksploatacji (przyjmuje się 60 lat)

- w budynkach , których płyty mają wady wpływające na bezpieczeństwo, nowe łączniki należy projektować z uwzględnieniem obciążenia od istniejącego ciężaru warstwy fakturowej i docieplenia oraz oddziaływań termicznych,

- ściany po wzmocnieniu należy ocieplać, stosując jedną z metod dopuszczonych Aprobatami Technicznymi” [5].

,,Dodatkowe połączenia warstwy fakturowej z warstwa konstrukcyjną polegają na osadzeniu w betonowej konstrukcji ściany metalowych łączników wykonanych z nierdzewnej stali gatunku A4. Połączenia mogą posiadać postać wsporników lub trzpieni rzadziej stalowych cięgien (rys. 4). Nośność wsporników wysokości 210÷380 mm, umocowanych do warstwy nośnej stalowymi kotwami M12 x 80 mm i poddanych działaniu obciążeń pionowych, waha się w granicach 9,5÷12,0 kN. Tego rodzaju połączenia są jednak drogie i pracochłonne w wykonawstwie. Dlatego nie znajdują obecnie szerszego zastosowania.

 

 

Rys. 4. Dodatkowe połączenie w ścianach warstwowych przy użyciu wsporników [5]

 

Najprostszy rodzaj dodatkowych połączeń to trzpienie stalowe o średnicy 22÷35 mm, W wywierconych w betonie otworach trzpienie osadzane są  ,,na sucho” lub po wypełnieniu tych otworów kompozycją żywiczną (rys. 5).

 

Rys. 5. Dodatkowe połączenie stalowymi trzpieniami [5]

a – łącznik z trzpieniem osadzanym w pasowanym otworze ,,na sucho”, b – łącznik z trzpieniem wklejanym

 

 

Łączniki przedstawione wyżej służą do przejmowania pionowych obciążeń z warstwy fakturowej i przekazywania ich do warstwy nośnej ściany. W zależności od grubości warstw fakturowej i termoizolacyjnej, przyjętego rozwiązania materiałowo konstrukcyjnego łącznika oraz stanu betonowego podłoża, połączenia te przenoszą obciążenia w granicach  6,5÷12,0 kN.

Inny rodzaj dodatkowych połączeń to łączniki rozporowe typu SŁR-M16. Zewnętrzna średnica tych łączników wynosi 25mm, a ich całkowita długość 200mm. Łączniki zamocowane są w warstwie nośnej ściany i obciążone pionową siłą od ciężaru własnego warstwy fakturowej (rys 6).

 

Rys. 6. Połączenie łącznikami rozporowymi typu SŁR [5].

Rzadziej spotykanym rozwiązaniem dla dodatkowych połączeń w ścianach warstwowych jest wykonywanie zamocowań w formie stalowych cięgien (rys. 7).

 

Rys. 7. Schemat połączeń stalowymi cięgnami [5].     a – cięgno ukośne, b – cięgno poziome 

 

 

 

W przedstawionym wyżej rozwiązaniu zasadniczymi elementami konstrukcyjnymi są stalowe łączniki rozporowe z gwintowanym cięgnem M8. Cięgno ukośne przenosi obciążenia rozciągające od ciężaru własnego warstwy fakturowej do warstwy nośnej. Cięgno poziome może natomiast przenosić te obciążenia rozciągające które ewentualnie wystąpią w połączeniu w przypadku deformacji (odspojenia) warstwy fakturowej. Nośność tego rodzaju połączeń poddanych działaniu sił rozciągających nie przekracza zazwyczaj 4 kN.

W rozwiązaniach dotyczących dodatkowych połączeń zaleca się, aby ich konstrukcja spełniała wymagania zawarte w Wytycznych do europejskich aprobat technicznych a w tym między innymi:

- minimalna średnica części cylindrycznej łączników nie może być mniejsza niż 6 mm,

- minimalna głębokość zamocowania łączników h_ef w betonie klasy ≥ B25 powinna wynosić h_ef ≥40 mm.

- minimalna grubość elementu h_n w którym mocowane są łączniki , powinna wynosić h_n ≥2 h_ef  i h_n ≥100 mm.

Wyżej wymienione zalecenia są zazwyczaj trudne do spełnienia przy wykonywaniu dodatkowych zamocowań w ścianach warstwowych. Grubość warstwy nośnej, w której mocowane są dodatkowe łączniki, wynosi bowiem (w zależności od rozwiązania konstrukcyjnego ścian) od 8 do 15cm, a wytrzymałości betonu odpowiada zazwyczaj klasie B15. Dla takich zastosowań określa się ich nośność na podstawie przeprowadzonych badań wytrzymałościowych” [5]. Metodykę badań oraz sposób obliczania dodatkowych połączeń szczegółowo rozpatruje publikacja ITB z 2002 roku zeszyt 4 ,,Dodatkowe połączenia warstwy fakturowej z warstwą konstrukcyjną wielkopłytowych ścian zewnętrznych”

Przykładowe rozwiązania systemowe wzmacniania betonowych płyt warstwowych przed planowaną termomodernizacją.

System COPY-ECO.

Jedną z możliwości wzmocnienia warstwowych ścian osłonowych proponuje firma KOELNER w systemie COPY-ECO wg Aprobaty Technicznej ITB. ,,System ten polega na odwzorowaniu zasady pracy istniejących wieszaków (rys. 8). Górna kotwa usytuowana ukośnie pod katem 60 º oraz druga poniżej usytuowana prostopadle, tworząc sztywny układ kątowy. Kotwa ukośna przenosi obciążenia wywołane ciężarem płyty fakturowej, druga, pozioma pełniąca rolę stabilizującą, zapobiega odkształceniom płyty fakturowej, zachowując stałą odległość między płytami, stanowi układ reakcyjny dla składowej poziomej sił pochodzących od kotwy ukośnej.

 

Rys. 8. Odwzorowania schematu pracy łączników istniejących [19].

Rys. 9. Schemat montażowy [15], a₁ – grubość warstwy fakturowej betonowej ściany warstwowej, a₂ – grubość warstwy izolacyjnej betonowej ściany warstwowej, h_ef – minimalna głębokość zakotwienia – nagwintowany pręt stalowy M12/195, 2 – nagwintowany pręt stalowy M12/330, 3 – stalowa tuleja siatkowa, 4 – zaprawa żywiczna, 5 – nakrętka z podkładką.

 

 Uzupełnieniem układu jest dodatkowa kotwa prostopadła, stabilizacyjna, zlokalizowana w dolnej części płyty (rys. 11).  Pręty o średnicy 12mm wykonane ze stali nierdzewnej klasy A2, osadzone są w warstwie konstrukcyjnej (wewnętrznej) za pomocą żywicy epoksydowo-akrylowej EPOMIX. Pręt ukośny zakotwiony jest na głębokość 11cm, a pręty prostopadłe na głębokość 5cm.

Rys. 10. Schemat statyczny pracy łączników mechanicznych (szczegół A) [26].

    

Rys. 12. Schematy połączenia warstw [19]                      Rys. 11.Kotwa prostopadła [19]

 

Sposób osadzenia prętów w warstwie konstrukcyjnej za pomocą wklejania eliminuje powstawanie wstępnych naprężeń w podłożu oraz, już po obciążeniu, wprowadza równomierne naprężenia na całej długości wklejenia, co stanowi korzystne rozwiązanie szczególnie przy złym stanie technicznym ścian osłonowych.              .                   
Sposób montażu w systemie COPY-ECO firmy KOELNER:                         .
Po ustaleniu przez projektanta ilości oraz sposobu rozmieszczenia łączników, ekipa wykonująca prace wyznacza rozmieszczenie otworów na wzmacnianej płycie. Przykładowe układ łączników przedstawiono poniżej (rys. 13).

Rys. 13. Schemat rozmieszczenia łączników w płycie ściennej [19]

 

Następnie, przy pomocy wiertarki udarowej z wiertłem o średnicy 18mm wykonujemy odwierty na określone przez projektanta głębokości (nie mniejsze jednak niż podane w systemie KOELNER, a uwarunkowane grubością warstwy konstrukcyjnej ścian osłonowych).

 

Po wywierceniu, otwory należy wyczyścić z pozostałych zwiercin – wyciorem, a następnie przedmuchać przy pomocy pompki powietrznej, aby dokładnie usunąć znajdujący się w otworze pył.

    

Do przygotowanych otworów wprowadzamy tuleję siatkową łączącą obydwie warstwy nośną i elewacyjną, która zapobiega niepożądanemu wylewaniu się żywicy w pustkę pomiędzy warstwami.

    

Do tak przygotowanego otworu wprowadzamy za pomocą dozownika żywicę rekomendowaną przez Producenta, a następnie umieszczamy w nim ręcznie, przygotowany do tego celu pręt gwintowany rekomendowany przez Producenta  ze stali nierdzewnej A2.

    

Po wyschnięciu żywicy nakładamy podkładkę oraz nakrętkę i za pomocą zwykłego klucza dokręcamy nakrętkę na pręcie gwintowanym do momentu uzyskania oporu ściany fakturowej; w celu równomiernego przylegania podkładki do podłoża, wypełniamy przestrzeń pod podkładką niewielką ilością żywicy.

       

 

 

Zalecenia dotyczące rozmieszczania wieszaków:

- minimum dwa komplety łączników na jedną płytę

- minimum jeden łącznik w każdym polu (filarku) wydzielonym przez otwory okienne lub drzwiowe.

System wzmacniania ścian warstwowych firmy KOELNER został zaprojektowany jako sposób profilaktycznego zabezpieczenia ścian. Z uwagi na niski koszt wzmocnienia, a jednocześnie dużą skuteczności, może być stosowany bez specjalistycznych badań stanu technicznego wieszaków ścian warstwowych.                    . 
W połączeniu z planowaną termomodernizacją budynku, inwestor nie ponosi dodatkowych kosztów rusztowań, ponieważ prace wzmacniające ściany warstwowe można prowadzić z tych samych rusztowań co prace ociepleniowe. Łatwość i szybkość wykonania wzmocnienia, umożliwia prowadzenie tych robót przez te same ekipy pracowników oraz przy wykorzystaniu standardowych narzędzi i elektronarzędzi” [19].  

 

Rozwiązanie systemowe firmy EJOT.

Trzecim producentem polecającym rozwiązanie do wzmocnienia betonowych płyt warstwowych jest firma EJOT, która proponuje łączniki stalowe typu EJOT WSS wg Aprobaty Technicznej ITB.

Budowa łącznika

,,Łącznik złożony jest z trzpienia i nakładki. Nakładka ma kształt walca i jest z jednej strony zamknięta denkiem, w którym wykonane są trzy otwory. Przekrój poprzeczny nakładki jest niesymetryczny. Łączniki są wykonane ze stali nierdzewnej.

a.)

b.)

Rys. 17. Łączniki EJOT WSS [27],  a – budowa, b – przekrój podłużny.

Rys. 18. Przekrój porzeczny – łączniki EJOT WSS [27].

 

 

Sposób montażu:

,,W celu wzmocnienia ściany warstwowej wierci się otwory poziome przechodzące przez warstwę fakturową, warstwę izolacyjną i warstwę nośną na pewnym odcinku jej grubości i wprowadza się do nich łączniki. Obracając nakładkę względem osi podłużnej trzpienia powoduje się zakleszczenie w warstwie nośnej i nakładki w warstwie elewacyjnej. Następnie mocuje się skośnie w stosunku do osi trzpienia, kołek stalowy zabezpieczający przed obróceniem się nakładki względem trzpienia. Osadzenie łączników powinno być zgodne z projektem, w którym uwzględniono wymagania zawarte w polskich normach i przepisach budowlanych, wymagania Aprobaty Technicznej ITB oraz informacji Producenta dotyczących warunków stosowania.

Warunki i parametry  techniczne dotyczące  kotew:

Łączniki mogą być stosowane tylko w celu przeniesienia obciążeń pionowych z warstwy elewacyjnej na warstwę nośną ściany. stosowane w przypadkach, gdy warstwa nośna i elewacyjna są wykonane z betonu klasy ≥ B15, mogą być osadzane zarówno w betonie wolnym od rys i pęknięć jak i w betonie zarysowanym.

Rys. 19. Schemat montażowy łączników EJOT WSS [13]

 

Tablica 10. Nośności charakterystyczne łączników typu EJOT WSS na ścinanie i na zginanie oraz materiałowe współczynniki bezpieczeństwa [13].

 

 

Poz.	Oznaczenie	Wartość
1	2	3
1	Nośność charakterystyczna na ścinanie V, [kN]	12
2	Materiałowy współczynnik bezpieczeństwa γ	1,8
3	Nośność charakterystyczna na zginanie V, [Nm]	1300
4	Materiałowy współczynnik bezpieczeństwa γ	1,6

 

 

 

Tablica 11. Parametry montażowe łączników typu EJOT WSS [13].

 

 

Poz.	Parametr	Wartość
1	2	3
Warstwa nośna
1	Średnica otworu dO1 [mm]	24
2	Średnica wiertła (1) dcut.1 [mm]	≤ 24,55
3	Średnica wiertła (2) dcut.2 [mm]	≤ 24
Warstwa elewacyjna
4	Średnica otworu dO1 [mm]	30
5	Średnica wiertła (1) dcut.1 [mm]	≤ 30,55
6	Średnica wiertła (2) dcut.2 [mm]	≤ 30
7	Głębokość otworu w warstwie nośnej h0 [mm]	≥ 90
8	Otulina otworu w warstwie nośnej U [mm]	≥ 30
9	Głębokość zakotwienia w warstwie nośnej hef [mm]	≥ 85
10	Grubość warstwy nośnej hγ [cm]	≥ 120
11	Grubość warstwy elewacyjnej hw [mm]	≥ 40
12	Moment dokręcenia  Tinst [Nm]	≤ 24,55
(1) – przy zastosowaniu wiertła udarowego (2) – przy zastosowaniu wiertła diamentowego

 

Tablica 12. Wymiary łączników typu EJOT WSS [13]

 

Oznaczenie	dnom 1 [mm]	l1 [mm]	l2 [mm]	dnom 2 [mm]	d2 [mm]	d1 [mm]	l3 [mm]	e [mm]	m [mm]	l(1) [mm]
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11
Wartość	24	185 lub 215	70	29,4	24,1	12,2	10	1,6	≤ 10	≤ 205 lub ≤ 235
(1) – 2 wartości „l” odpowiadające 2 wartościom „l1”

 

 

Rys. 20. Płyta warstwowa, wzmocniona i ocieplona [27].

1-warstwa tynkarska, 2 – warstwa zbrojąca, 3 – materiał termoizolacyjny (nowy), 4 – warstwa kleju, 5 – warstwa nośna ściany, 6 – warstw termoizolacyjna (stara), 7 – warstwa fakturowa ściany, 8 – łącznik mechaniczny do mocowania termoizolacji, 9 – kotwa EJOT WSS.

 

 

 

Literatura.

 

[1]. Rydz Z., Pogorzelski J. A., Wojtowicz M.: Bezspoinowy system ocieplenia ścian zewnętrznych budynków. Nr 334/2002, ITB Warszawa 2002

[2]. Cieplno-wilgotnościowa ocena mostków cieplnych. Nr 402/2004 ITB, Warszawa 2004.

[3]. Pogorzelski J.A., Kasperkiewicz K., Geryło R.: Obniżenie zużycia energii na cele ogrzewcze. Nr 384/2003, ITB, Warszawa 2003.

[4]. Ściślewski Z., Woyzbun I., Wojtowicz M.: Badania i ocenia betonowych płyt warstwowych. Instrukcja nr 360/99, ITB, Warszawa 1999.

[5]. Woyzbun I., Wojtowicz M.: Metodyka oceny stanu technicznego wielkopłytowych ścian zewnętrznych. Konieczny K.: Dodatkowe połączenie warstwy fakturowej z warstwą konstrukcyjną wielkopłytowych ścian zewnętrznych. Nr 374/2002, zeszyt 4, ITB Warszawa 2002.

[6] Pogorzelski J.A., Kasperkiewicz K., Geryło R.: Stan istniejący budynków wielkopłytowych. Nr 383/2003, zeszyty 11, ITB Warszawa 2003.

[7] Lewicki B.: Metodyka oceny stanu technicznego konstrukcji budynków wielkopłytowych. Nr 371/2002, zeszyt 1, ITB Warszawa 2002.

[8] Byrdy Cz.: Zasady ocieplenia budynków mieszkalnych. Politechnika Krakowska im. Tadeusza Kościuszki. Kraków 1998.

[9] Prace Instytutu Techniki Budowlanej – kwartalnik. Nr 2 (118). ITB Warszawa, 2001

[10] Kisielewicz T., Królak E., Pieniążek.: Termorenowacja ścian zewnętrznych budynków. Politechnika Krakowska im. Tadeusza Kościuszki. Kraków 1999.

[11] Jaworski J. Termografia budynków. Dolnośląskie wydawnictwo Edukacyjne. Wrocław 2000.

[12] Warunki techniczne wykonawstwa, oceny i odbioru robót elewacyjnych z zastosowaniem zestawów  wyrobów do wykonywania ocieplenia ścian zewnętrznych metodą bezspoinową (BSO). Stowarzyszenie na rzecz systemów ociepleń. Warszawa, www.systemyocieplen.pl.

[13] Aprobata Techniczna ITB AT-15-4836/2001.: Łączniki stalowe typu EJOT WSS do wzmacniania betonowych ścian warstwowych. Warszawa 2001.

 [15] Aprobata Techniczna ITB AT-15-4836/2001.: Łączniki stalowe typu KOELNER do wzmacniania betonowych ścian warstwowych. Warszawa 2001.

 [18] Materiały techniczno-informacyjne firmy BOLIX

[19] Materiały techniczno-informacyjne firmy KOELNER

 [27] Materiały techniczno-informacyjne firmy EJOT