Nośność wzmocnionego żelbetowego stropu obiektu podziemnego

Transkrypt

1 KONSTRUKCJE ELEMENTY MTERIŁY Nośność wzmocnionego żelbetowego strop obiekt podziemnego Dr inż. Elżbieta Grochowska, pro. dr hab. inż. ntoni Matysiak, Uniwersytet Zielonogórski 1. Wprowadzenie W artykle opisano stan techniczny podziemnego obiekt, a w szczególności jego strop i sposób wzmocnienia żelbetowej płyty stropowej. Podziemny bnkier żelbetowy, znajdjący się w centrm Zielonej Góry jest obiektem wybdowanym w latach -tych biegłego stlecia i przez ponad 30 lat słżył do składowania opał. Obiekt znajdował się obok przyległej, lokalnej kotłowni, zaopatrjącej w ciepło okoliczne bdynki. Wraz z zmieniającymi się warnkami ekonomicznymi, lokalne kotłownie przestały być rentowne i zaczęto je likwidować. Tak też stało się w opisywanym przypadk. Po zakończeni pracy kotłowni, obiekt podziemny wykorzystywany komora co obrys birowca XI kondygn ,00 otwory wsypowe φ 600 mm Rys. 1. Rzt strop i przekrój bnkra ściana z kręgów betonowych φ 100 mm wypełnionych grbym krszywem o średnicy 5-0 mm, otoczonym zaczynem cementowym płyta żelbetowa gr. 14 cm słp x cm żebra stropowe x cm otwory wentylacyjne szer. 0 cm Przekrój - podciąg żelbetowy 60 x cm przednio jako skład opał, legł znacznej destrkcji, a resztki opał w postaci miał nadal w nim zalegają. Bnkier był napełniany poprzez otwory wsypowe wykonane w płycie strop bnkra. Strop był obciążony samochodem ciężarowym z pełnym ładnkiem. Część bnkra znajdje się poza częścią zabdowaną, przeznaczoną dla powszechnego żytkowania, również z możliwością obciążenia rchem samochodów.. Opis istniejącej konstrkcji bnkra Opisywany obiekt znajdje się częściowo pod istniejącym administracyjnym bdynkiem wielokondygnacyjnym i częściowo w otwartej przestrzeni, co pokazano na rysnk 1. Wierzch zewnętrznego warstwienia strop znajdje się w poziomie przyległego teren. Ściany zewnętrzne oporowe są wykonane jako żelbetowe wylewane grbości około 0 cm. Jedna ze ścian została wykonana z kręgów betonowych stdziennych, wypełnionych grbym krszywem, otoczonym zaczynem cementowym. Między stdniami znajdje się wylewana masywna ściana betonowa. Strop nad bnkrem stanowi wylewana płyta żelbetowa grbości 14 cm, oparta na żebrach w rozstawie osiowym, co około 1,81 m. Żebra strop są szerokości cm i wysokość cm, licząc do spod strop. Żebra są wylewane łącznie z płytą stropową. W płycie stropowej, znajdją się otwory wsypowe 600 mm zamykane włazami żeliwnymi. Rozmieszczenie otworów wsypowych pokazano na rysnk 1. R T Y KU ŁY P R O B L E M O W E Rys.. Widok strop od spod (od wnętrza bnkr żebro płyta żebro płyta podciąg PRZEGLĄD BUDOWLNY 10/

2 KONSTRUKCJE ELEMENTY MTERIŁY Rys. 3. Płyty stropowe: widok skorodowanych prętów zbrojeniowych w płycie stropowej w polach pełnych, widok skorodowanych prętów zbrojeniowych w płycie stropowej w polach z otworami wsypowymi otwór wsypowy R T Y KU ŁY P R O B L E M O W E 48 Rys. 4. Płyta stropowa i żebro: widok skorodowanego zbrojenia przy otworach wentylacyjnych, widok skorodowanych strzemion i narożnych prętów belki Rys. 5. Słp żelbetowy i ściana: widok słpa żelbetowego, ściana zbdowana z szereg kręgów W streie słpów bdynk administracyjnego w płycie bnkra wykonane są podłżne otwory wentylacyjne o szerokości 0 cm. Żebra stropowe są oparte na podciągach żelbetowych o szerokości 60 cm i wysokości cm. Płyta stropowa, żebra i podciągi tworzą jednolitą monolitycznie konstrkcję żelbetową. Podciągi strop oparte są na słpach żelbetowych o wymiarach x cm. Ogólne wymiary i rozwiązania konstrkcji żelbetowej pokazano na rysnk 1 i otograiach. 3. Stan techniczny bnkra Wykonano oględziny, pomiary, badania jakości beton oraz odkrywki zbrojenia elementów konstrkcji bnkra, w zakresie potrzebnym do oceny i sprawdzenia nośności głównych elementów konstrkcyjnych. Wykonano również ogólny przegląd ndamentów. Nie stwierdzono spękań, odkształceń i przemieszczeń ndamentów. Do oceny i analizy strop przyjęto podział płyt międzyżebrowych na pola pełne i pola z otworami wsypowymi. Płyta stropowa w polach pełnych Otlina zbrojenia dolnego jest odspojona od zbrojenia, co pokazano na rysnk 3a, odpadała przy derzeniach młotkiem. Zbrojenie przęsłowe jest wykonane z prętów 10 i 1 ze stali 18G w rozstawie co 9 cm lb parami co 18 cm. Pręty są skorodowane obwodowo. Pomierzony przekrój metaliczny prętów wynosi 7 8 mm. Wytrzymałość beton oceniono badaniami sklerometrycznymi. Wytrzymałość wynosi R b 8,8 MPa. otwory wentylacyjne ściana z kręgów strzemiona pręty narożne Płyta stropowa w polach wsypowych W widok strey przęsła zbrojenie jest odkryte, bez otliny, całkowicie skorodowane i odspojone od beton (rys. 3. Beton nad zbrojeniem jest szkodzony przez wody opadowe i zmarzliny. Widoczna jest znaczna destrkcja element żelbetowego. Po analizie stan technicznego znano, że płyta żelbetowa nie ma nośności, nie nadaje się do żytkowania i zagraża bezpieczeństw. Płyta stropowa z otworami wentylacyjnymi W widok od strony pomieszczenia, zbrojenie jest całkowicie skorodowane i odspojone od beton. W streie wokół otworów widoczny jest brak otliny zbrojenia (rys. 4. Beton nad zbrojeniem jest szkodzony przez wody opadowe i zmarzliny, a powierzchnia płyty i żeber stropowych jest pokryta wysoleniami. Po analizie stan technicznego znano, że płyta żelbetowa nie ma nośności i nie nadaje się do żytkowania. Żebra stropowe W odkrywce części przęsłowej otlina betonowa jest odspojona od zbrojenia. Uszkodzenia występją na bocznych i dolnych powierzchniach żeber przyległych do otworów wsypowych. Pręty narożne zbrojenia przęsłowego są znacznie skorodowane. Zbrojenie przęsłowe stanowi 8 prętów 16 ze stali 18G, które są skorodowane obwodowo. Po oczyszczeni badanych prętów, metaliczny rdzeń średnicy wynosi około 1 mm. Strzemiona żebra również są skorodowane obwodowo. Na podstawie badań sklerometrycznych wytrzymałość obliczeniowa beton wynosi R b 5,8 MPa. PRZEGLĄD BUDOWLNY 10/ 014

3 KONSTRUKCJE ELEMENTY MTERIŁY Podciąg jest belką wieloprzęsłową opartą na żelbetowych słpach. W wynik oględzin nie zaważono szkodzenia beton. Na podstawie badań sklerometrycznych wytrzymałość beton określono jako R b 10,17 MPa. Zbrojenie w odkrywce przęsła jest w dobrym stanie technicznym i składa się z 10 prętów 18 ze stali 18G. Słpy żelbetowe o przekroj x cm są zbrojone obwodowo 8 prętami 1 ze stali gładkiej. Ogólny widok słpów pokazano na rys. 5a. Beton otliny jest słaby, a na części słpów niedokładnie wypełniony, w szalnk tworzył strktrę z widocznym zbrojeniem. Zbrojenie pionowe i strzemiona są obwodowo skorodowane. Ściana oporowa została zbdowana z szereg kręgów o średnicy 10 cm (rys. 5 wypełnionych grbym krszywem o średnicy 5 0 mm, otoczonym zaczynem cementowym. Pomierzona grbość ścianki kręg wynosi 10 cm. Nie stwierdzono spękań czy też odkształceń w wykonanych odkrywkach. Fragmenty między stdniami zostały wykonane, jako monolityczne z beton. Ścianę wieńczy belka żelbetowa wysokości do 70 cm, na której oparte są żebra stropowe. Uwarstwienie nad płytą stropową (od strony zewnętrznej) jest następjące: beton wierzchni grbości 1 15 cm (spękany), rmosz ceglany z cegły dzirawki grbości 7 cm, beton drobnoziarnisty dociskowy grbości 5 cm oraz izolacja pozioma z dwóch warstw papy asaltowej położonej na płycie stropowej. W cel sprawdzenia stan beton od strony zewnętrznej konstrkcji, w streach ściskanych przekrojów żelbetowych wykonano odkrywki. W odkrywkach beton konstrkcji stropowej jest w dobrym stanie i oceniono, że jest to beton B0, a zbrojenie ze stali 18G nie jest skorodowane. 4. Wnioski z analizy statyczno-wytrzy małoś ciowej i zalecenia konstrkcyjne Na podstawie wyników badań wykonanych w odkrywkach zbrojenia oraz badań wytrzymałości beton przeprowadzono obliczenia nośności poszczególnych elementów konstrkcji żelbetowej bnkra. Obliczenia przeprowadzono zgodnie z normą []. Wykonjąc obliczenia statyczno-wytrzymałościowe przyjęto następjące założenia: schemat statyczny element wynika z istniejących rozwiązań konstrkcji wedłg rysnk 1, przyjęto wytrzymałość obliczeniową beton Rb wyznaczoną z badań sklerometrycznych beton, wytrzymałość stali ze względ na częściowo skorodowane pręty zbrojeniowe przyjęto jako 0,8 R a, przyjęto przekrój stali zbrojeniowej w rdzeni metalicznym stalonym w odkrywkach po wstępnym oczyszczeni. W obliczeniach statycznych stalono nośność żelbetowego element konstrkcyjnego, przejmjącego całkowite obciążenie obliczeniowe równomiernie rozłożone. Wyniki obliczeń wykazały, że konstrkcja żelbetowa strop nad bnkrem ma elementy nośne i nienośne. Płyty stropowe w polach z otworami wsypowymi i wentylacyjnymi w wynik szkodzenia zbrojenia i beton są nienośne. Płyta stropowa w polach pełnych może być znana, jako nośna do wartości obciążenia zewnętrznego równomiernie rozłożonego wynoszącego g zo 31,78 / m, pod warnkiem zabezpieczenia zbrojenia i beton przed dalszą korozją i destrkcją żelbet. Żebra żelbetowe strop należy znać za nośne do wartości obciążenia zewnętrznego wynoszącego g zo 14,78 /m pod warnkiem przeprowadzenia robót naprawczych zbrojenia i beton żebra. Podciąg znano za nośny do wartości obciążenia zewnętrznego wynoszącego g zo 14,6 /m, pod warnkiem wykonania głębokiej penetracji i określenia zbrojenia na ścinanie. W streie podłżnych, międzyżebrowych otworów wentylacyjnych położonych w linii słpów bdynk birowego, konstrkcja żelbetowa strop i żeber jest znacznie szkodzona i wymaga wykonania robót naprawczych. Obecnie konstrkcja żelbetowa jest poddana niszczącem działani wód opadowych, zamarzani powierzchniowem i wgłębnem wody rozsadzającej beton i korodjącej stal zbrojenia oraz szkodzeniom karbonatyzacji zbrojenia, w wynik zalegania w bnkrze miał węglowego od ponad 0 lat. R T Y KU ŁY P R O B L E M O W E nowa płyta żelbetowa gr. 15 cm podciąg x 60 cm istniejąca płyta żelbetowa gr. 14 cm żebro x cm 4 b 40 cm be11 cm 96, ,51 be Rys. 6. Przekrój płyty: złącze istniejącej płyty z nową w postaci wrębów, wymiary i rozmieszczenie wrębów na dłgości przęsła 60 x 5 cm 40 x 5 cm PRZEGLĄD BUDOWLNY 10/

4 KONSTRUKCJE ELEMENTY MTERIŁY R T Y KU ŁY P R O B L E M O W E W przypadk niepodjęcia prac naprawczych konstrkcja żelbetowa legnie dalszej degradacji i może stanowić zagrożenie zawaleniem się. Zalecono wykonanie robót naprawczych zapewniających zachowanie nośności na wieloletni okres żytkowania. Stan obiekt wymaga wykonania następjących prac: snięcia z bnkra miał węglowego, wykonania na obecnej płycie nowej, w pełni nośnej płyty żelbetowej i zespolenie jej wzdłż żeber z istniejącą płytą oraz wykonanie naprawy zbrojenia i beton wszystkich elementów konstrkcyjnych. 5. Wzmocnienie płyty stropowej, rozwiązanie konstrkcyjne Ze względ na to, że istniejąca płyta stropowa posiada pola nienośne, zaprojektowano nową płytę stropową o grbości 15 cm z beton B5 zespoloną wzdłż żeber z istniejącą konstrkcją. Przy obliczeniach przyjęto następjące obciążenia: ciężar własny płyty żelbetowej o gr. 15 cm, izolację z papy, beton ochronny gr. 6,0 cm, kostkę brkową gr. 8 cm, obciążenia pojazdami oraz żytkowe. Całkowite obciążenie obliczeniowe płyty wynosi 3,0 /m. by zapewnić współpracę istniejącej płyty stropowej z nową płytą, proponje się zespolenie starego beton z nowym. Zespolenie zostanie wykonane wzdłż żeber. Naprężania rozwarstwiające, które powstaną na styk połączenia dwóch warstw płyty (starej i nowej) zostaną przeniesione przez złącze w postaci wrębów i natralną przyczepność beton. Zgodnie z normą [3] konstrkcję można znać za zespoloną, jeżeli zachowana jest nośność na podłżne ścinanie na styk połączenia dwóch warstw beton, klasa beton zpełniającego jest nie niższa niż B0 oraz grbość warstwy beton zpełniającego jest nie mniejsza niż 40 mm. W opisywanym przypadk warnki te są spełnione. Wręby będą wykonane w istniejącej płycie stropowej na głębokości 40 mm, szerokość wrębów w kiernk podłżnym żebra wynosi mm, a w kiernk poprzecznym 400 mm. Rozstaw wrębów pokazano na rysnk 6. Przy podporach, gdzie siły tnące są największe, zwiększono wymiary poprzeczne wrębów wynoszące 600,0 mm. Ustroje zespolone, które są złożone z warstw beton o różnej wytrzymałości, można sprowadzać do zastępczego przekroj jednorodnego, wykorzystjąc odpowiedni obliczeniowy stosnek wytrzymałości cd betonów na ściskanie. W rozpatrywanym przypadk wyznaczono α c 13,3/10,61,5, biorąc pod wagę wytrzymałość obliczeniową na ściskanie beton nowej płyty do wytrzymałości obliczeniowej na ściskanie beton istniejącej płyty. Współczynnikiem ac zredkowano szerokość be nowej płyty. Jednorodny przekrój pokazano na rysnk 6. Sprawdzono złącze w przekroj przypodporowym, w streie moment jemnego, w którym siła ścinająca wynosi V Sd 139,84. Złącza w elementach zespolonych poddane działani podłżnej siły ścinającej można sprawdzić wzorem podanym w [3]: τ τ (1) β V 1,0 139,84 Sd τ 0,036 Sdj z b 65,11 60,0 cm j () τ k 0,5 0,87 0, 445MPa Rdj T ctd (3) τ 0,36MPa< τ 0, 445 MPa Podłżne naprężenia ścinające w płaszczyźnie zespolenia istniejącej płyty z nową płytą stropową zostaną w bezpieczny sposób przeniesione. Z obliczeń wynika, że zbrojenie na ścinanie podłżne w złącz nie jest obliczeniowo wymagane. czkolwiek, w sytacji gdy będą wykonywane wręby, zostanie odkryte zbrojenie górne płyty i strzemiona, które znajdją się w żebrach. Pręty te zostaną przecięte, oczyszczone, i mogą zostać odgięte w górę. Odgięte pręty będą również towarzyszyły w przenoszeni siły rozwarstwiającej w płaszczyźnie zespolenia. Sprawdzono również docisk do wykonanego wręb o szerokości 600 mm o głębokości 40 mm. W złącz nastąpi docisk siły poziomej do ścianki pionowej wręb. Smaryczna siła wynikająca z naprężeń rozwarstwiających τ Sdj, działająca na pol powierzchni wręb wynosi (zgodnie z rysnkiem 6): (4) τ l b 0, , (5) T 0 Sdj Sdj 1 Siłę τ Sdj zrównoważy nośność na docisk wręb o pol powierzchni b t w (t w głębokość wcięcia wrę. W przypadk elementów niezbrojonych na docisk, stan graniczny nośności przekroj poddanego działani obciążeń miejscowych należy sprawdzać z warnk: N sd N α (6) Rd w którym N Sd jest siłą działającą prostopadle na powierzchnię docisk co. Przyjęto, że N sd T Sdj 108. Wytrzymałość beton na docisk, w elemencie niezbrojonym na docisk wyznacza się wzorem: cd PRZEGLĄD BUDOWLNY 10/ 014 co * ν cd c cd (7) w którym * cd 8,9 MPa i jest wytrzymałością obliczeniową w konstrkcjach betonowych. W rozpatrywanym przypadk pole powierzchni docisk jest równe pol powierzchni rozdział, zatem c1 ω 1,0 (8) c0 średnie naprężenie ściskające na powierzchni rozdział poza powierzchnią docisk jest równe zero (σ cm 0), a współczynnik przyjmje wartość: ν Ostatecznie c σ ω ( ω 1) 1, 0 cm * cd * ν 8, 9MPa cd c cd (9)

5 KONSTRUKCJE ELEMENTY MTERIŁY co 4,0 60,0 40,0cm pole powierzchni docisk N Rd 1,0 0,89 40,0 13, 6 obliczeniowa nośność na docisk N 108 N 13, 6 Sd Rd W belkach ciągłych, nad podporami, gdzie górna warstwa beton jest rozciągana, należy zastosować odpowiednie zbrojenie w przekroj nowego beton. Sprawdzono również złącze w przekroj moment dodatniego, w którym maksymalna siła ścinająca wynosi V Sd 91,41. Na tym odcink, wręby mają szerokość 400,0 mm (rys. 6). τ β V z b j 1,0 91,41 65,11 40 Sd Sdj 0,035 cm τ k 0,5 0,87 0, 445MPa Rdj T ctd τ 0,35 < τ 0, MPa MPa 445 T τ l b 0, , 19 Sdj Sdj 1 co 4,0 40,0 160,0cm N Rd 1,0 0,89 160,0 14, 4 N 70,19 N 14, 4 Sd Rd 6. Podsmowanie Z przedstawionych rozważań i obliczeń wynika, że wykonanie na istniejącej konstrkcji strop nowej płyty i skteczne połączenie poprzez zespolenie beton z betonem wzdłż żeber, może przedłżyć istnienie podziemnego obiekt i zapewnić bezpieczne żytkowanie strop. W prowadzonych rozważaniach należy wziąć pod wagę wpływ decyzji na istniejącą zabdowę, proces rozbiórki i stan teren po rozbiórce. Należy również porównać koszty rozbiórki i zagospodarowanie teren z kosztami wykonania żelbetowej płyty. BIBLIOGRFI [1] Łapko., Bjarne Ch. J., Podstawy projektowania i algorytmy obliczeń konstrkcji żelbetowej, Warszawa, rkady 005,006 [] PN-84/B-0364 Konstrkcje Betonowe, żelbetowe i sprężone. Obliczenia statyczne i projektowanie [3] PN-B-0364:00 Konstrkcje Betonowe, żelbetowe i sprężone. Obliczenia statyczne i projektowanie [4] PN-8/B-0003 Obciążenia bdowli. Obciążenia zmienne technologiczne. Podstawowe obciążenia technologiczne i montażowe [5] PN-8/B-0004 Obciążenia bdowli. Obciążenia zmienne technologiczne. Obciążenia pojazdami [6] PN-8/B-0001 Obciążenia bdowli. Obciążenia stałe [7]. Grochowska E., Matysiak., Nośność wzmocnionego żelbetowego strop obiekt podziemnego. X Konerencja Nakowa Konstrkcje Zespolone, Zielona Góra 014 WYKORZYSTNE MTERIŁY [1] Ekspertyza techniczna wykonana w Zespole Rzeczoznawców i Projektantów w Zielonej Górze, grdzień 013 r. R T Y KU ŁY P R O B L E M O W E PRZEGLĄD BUDOWLNY 10/