PROEKOLOGICZNE I ENERGOOSZCZĘDNE ROZWIĄZANIA STROPÓW ŻELBETOWYCH

Transkrypt

1 Budownictwo o zoptymalizowanym potencjale energetycznym Beata ORDON-BESKA Politechnika Częstochowska PROEKOLOGICZNE I ENERGOOSZCZĘDNE ROZWIĄZANIA STROPÓW ŻELBETOWYCH The paper is concerned on reinforced concrete voided flat slab solution. Kinds of structures as well technology of constructing are shortly described. Construction, costing, energy saving and environmental advantages of chosing constructions such as BubbleDeck and Cobiax Deck in opposite to plain reinforced concrete flat slab are detailed in the paper. WPROWADZENIE Przegroda pozioma, jaką jest strop, pełni w obiekcie budowlanym rolę wieloraką: jest elementem nośnym, określa warunki zagospodarowania pomieszczeń; jest również elementem architektonicznym wpływającym przez swoją konstrukcję na estetykę wnętrz; stanowi barierę dla szeroko rozumianego środowiska zewnętrznego, wpływającą na komfort akustyczny oraz komfort użytkowania, a w konsekwencji na zapotrzebowanie ciepła. W niniejszym artykule przedstawiono aspekty: ekonomiczny, ekologiczny i energooszczędny stosowania płaskich stropów BubbleDeck [1-3] i Cobiax [4, 5] w obiektach budowlanych. Stropy te - dzięki możliwości uzyskania dużych rozpiętości, a także podparciu realizowanemu zarówno na ścianach, jak i na słupach - znajdują coraz szersze zastosowanie w obiektach biurowych, wystawienniczych, handlowych, użyteczności publicznej i wielofunkcyjnych. Zastosowanie tej konstrukcji pozwala na obniżenie całości kosztów realizacji obiektu w stosunku do kosztów ponoszonych przy płycie pełnej, a także na ograniczenie emisji szkodliwych substancji do atmosfery i energochłonności w procesie produkcji elementów budowlanych. 1. KONSTRUKCJA PŁYTY STROPU Stropy BubbleDeck i Cobiax [4, 5] są stropami płaskimi z przestrzeniami powietrznymi ukształtowanymi wkładami z tworzywa sztucznego. W stropach BubbleDeck stosuje się wkłady kuliste [1-3]. Wysokość h konstrukcyjna stropu wynosi 230, 280, 340, 390, 450, 510 i 600 mm przy średnicy d wkładów odpowiednio 180, 225, 270, 315, 360, 410 i 500 mm. Możliwa do osiągnięcia rozpiętość przęsła wynosi od 3,7 do 16 m w stropach jednoprzęsłowych i od 4,7 do 22,9 m w stropach co

2 188 B. Ordon-Beska najmniej dwuprzęsłowych. Średnica zbrojenia wynosi od 6 do 16 mm. Strop jest wykonywany w trzech typach [1, 2]: Monolityczny (rys. 1); z prefabrykowanymi zestawami wkładów w stalowych koszach. Wkłady umieszcza się na tradycyjnym deskowaniu, uciągla zbrojenie, a w razie potrzeby dozbraja szkielet. Po ułożeniu zbrojenia górnego następuje betonowanie. Ten typ stropu wymaga szczególnie dokładnej kontroli robót montażowych i betoniarskich, których niestaranne wykonanie może skutkować zmniejszeniem otuliny zbrojenia oraz grubości warstwy betonu nad i pod wkładami, co w konsekwencji może obniżyć nośność i trwałość stropu. Rys. 1. Płyta monolityczna Częściowo prefabrykowany (rys. 2); podstawowymi elementami stropu są płyty filigranowe z ułożonymi na nich w trakcie produkcji zestawami tzw. koszy z wkładami kulistymi. Płyta filigranowa stanowi deskowanie stropu i wymaga jedynie punktowego lub liniowego podparcia. Ogranicza to ilość deskowania potrzebnego do wzniesienia konstrukcji, skraca czas budowy, obniża jej koszty. Dodatkowo, dzięki zatopieniu dolnych elementów stalowych kosza, nie jest możliwe przemieszczenie wkładów w górę, jakość konstrukcji jest więc wyższa niż w przypadku stropu monolitycznego. Płyta filigranowa ma grubość całkowitą 6, 7 lub 8 cm. W najcieńszym miejscu bezpośrednio pod wkładami grubość warstwy betonu hf równa się tylko 2 lub 5 cm. Po wbudowaniu płyt i ułożeniu niezbędnego zbrojenia nośnego oraz na połączeniach płyt betonuje się strop do żądanej grubości całkowitej. Ten typ stosowany jest na mniejszych powierzchniach i przy wymianie stropów. d beton monolityczny płyta filigranowa Rys. 2. Płyta częściowo prefabrykowana

3 Proekologiczne i energooszczędne rozwiązania stropów żelbetowych 189 Całkowicie prefabrykowany (rys. 3); jest to strop składający się z elementów prefabrykowanych o żądanej całkowitej grubości płyty. Pracuje jako strop jednokierunkowy. Elementy podpiera się na belkach prefabrykowanych lub na ścianach. Rys. 3. Płyta całkowicie prefabrykowana Stropy Cobiax wykonuje się z zastosowaniem wkładów kulistych lub spłaszczonych. Wkłady kuliste stosowane są do płyt o grubości od 30 do 60 cm, a spłaszczone (rys. 4). do płyt o grubości od 20 do 28 cm [6, 7]. Wykonuje się je jako monolityczne lub częściowo prefabrykowane. Rozpiętość przęsła wynosi w układach wieloprzęsłowych nawet 20 m przy grubości płyty 60 cm. Wkłady wykonywane są z polietylenu wysokiej gęstości z recyklingu. Rys. 4. Fragment kosza z wkładami spłaszczonymi [4] Stropy obu typów opiera się na ścianach, belkach lub na słupach. W przypadku oparcia płyty na belkach lub ścianach działają w niej stosunkowo niewielkiej wartości podporowe siły tnące, których przeniesienie zapewnia się przez zastosowanie odpowiednio wyprofilowanego zbrojenia ułożonego pomiędzy wkładami lub dodatkowo pomija się skrajne rzędy wkładów, uzyskując w ten sposób wzdłuż podparcia pełny przekrój żelbetowy. W przypadku zastosowania podpór słupowych nośność stropu na przebicie jest na ogół niewystarczająca. Na podstawie badań podaje się [1], że wynosi ona 60% nośności płyty pełnej. Wymusza to konieczność zaprojektowania wokół słupa strefy zbrojonej na przebicie bez wkładów, której zasięg określa się na podstawie przebiegu sił tnących. Strefa ta ma kształt prostokąta lub okręgu (rys. 5). Jeżeli sztywność stropu na zginanie jest niezadowalająca, na osiach łączących słupy formuje się belki ukryte przez rozsunięcie koszy z wkładami.

4 190 B. Ordon-Beska wzmocnienie na przebicie belka usztywniająca strop słup Rys. 5. Rozmieszczenie stref bez wkładów 2. KOSZTY MATERIAŁOWE I ODDZIAŁYWANIE NA ŚRODOWISKO Stropy Cobiax i BubbleDeck są zdecydowanie lżejsze od stropów pełnych o tej samej grubości. Redukcja masy może wynosić nawet do 35% masy betonu w płycie pełnej [1, 5], a redukcja masy zbrojenia może sięgać 15% [7]. Pociąga to oczywiście za sobą spadek nośności, który jednak w dużym stopniu jest rekompensowany spadkiem obciążenia własnego. Dzięki zastosowaniu systemu prefabrykacji maleje czas wznoszenia obiektów. Szacuje się, że może on zmaleć nawet o 40% w stosunku do czasu potrzebnego do wykonania identycznej konstrukcji z pełnymi stropami monolitycznymi [7]. System prefabrykacji i skrócenie czasu budowy, zmniejszenie masy betonu i stali skutkują dalej spadkiem kosztów budowy. Ocenia się, że może on wynosić do 20% kosztów budowy całego obiektu [1]. Nie do przecenienia są także skutki wykorzystania omawianych rozwiązań w kontekście oddziaływania na środowisko naturalne. Wraz ze zmniejszeniem ilości materiałów następuje redukcja szkodliwych dla środowiska substancji chemicznych, maleje także ilość gazów cieplarnianych. Jak podano w [8], w każdych 5000 m 2 stropu BubbleDeck zawartość CO 2 w porównaniu z zawartością w stropie pełnym spada o 278 ton. Zastrzeżenia może budzić zastosowanie tworzywa sztucznego. Jego masa stanowi jednak tylko 1% masy betonu w obszarach z wkładami. Ponadto do ich produkcji stosowany jest materiał pochodzący z recyklingu, zatem jego zastosowanie należy rozpatrywać w kontekście zagospodarowania odpadów szkodliwych dla środowiska. 3. IZOLACYJNOŚĆ CIEPLNA W konsekwencji różnic konstrukcyjnych w omawianych stropach występują obszary różniące się charakterystyką wytrzymałościową, lecz mające zbliżoną izo-

5 Proekologiczne i energooszczędne rozwiązania stropów żelbetowych 191 lacyjność cieplną. Według normy PN-EN ISO 6946:2008 [9], izolacyjność cieplna niewentylowanej warstwy powietrza o grubości powyżej 180 mm utrzymuje się na stałym poziomie i przy przepływie strumienia ciepła w górę wynosi 0,16 m 2 K/W, a przy przepływie strumienia ciepła w dół wynosi 0,23 m 2 K/W (tab. 1). Tabela 1. Opór cieplny niewentylowanych warstw powietrza o wysokiej emisyjności powierzchni [9] Grubość warstwy powietrza, mm Opór cieplny m 2 K/W Kierunek strumienia ciepła W górę Poziomy W dół 0 0,00 0,00 0,00 5 0,11 0,11 0,11 7 0,13 0,13 0, ,15 0,15 0, ,16 0,17 0, ,16 0,18 0, ,16 0,18 0, ,16 0,18 0, ,16 0,18 0,23 PODSUMOWANIE I WNIOSKI Stropy BubbleDeck oraz Cobiax stosowane są w budownictwie coraz powszechniej. Z punktu widzenia konstruktora pozwalają osiągnąć duże rozpiętości, co sprzyja lepszemu wykorzystaniu przestrzeni wewnętrznej obiektu i znacząco skraca czas budowy. Mogą być stosowane w różnych obiektach, począwszy od nowo budowanych obiektów użyteczności publicznej i mieszkaniowych, a skończywszy na obiektach remontowanych o niewielkiej powierzchni zabudowy. Kształt płyty stropowej można modelować dowolnie, co zwraca na nią większą uwagę architekta. Opisywane rozwiązania wydają się być korzystne z uwagi na zmniejszenie kosztów ponoszonych przez inwestora, a w dalszym okresie funkcjonowania obiektu - na zmniejszenie kosztów użytkowania i rozbiórki. Oszczędność całkowitej energii niezbędnej do wzniesienia obiektu, ograniczenie emisji dwutlenku węgla i wykorzystanie materiałów z recyklingu sytuują przedstawione rozwiązania w grupie rozwiązań proekologicznych i energooszczędnych. Podobnie jak strop żelbetowy pełne stropy też nie mają istotnego wpływu na izolacyjność cieplną przegrody w aspekcie spełnienia wymagań ochrony cieplnej budynku zgodnie z warunkami technicznymi budowlanymi (Dziennik Ustaw

6 192 B. Ordon-Beska Nr 201, poz. 1238). Ich opór cieplny w zależności od grubości (od 23 do 60 cm) kształtuje się na poziomie R = 0,2 0,5 m 2 K/W. Dlatego też w celu zapewnienia niskich strat ciepła przez przegrodę stropową, dla której współczynnik przenikania ciepła powinien być mniejszy niż 0,25 (np. strop nad przejazdem lub nieogrzewanym pomieszczeniem), należałoby zastosować warstwę termoizolacji o grubości co najmniej 20 cm dla warunków polskich. Zważywszy na to, że pod względem materiałowym stropy BubbleDeck i Cobiax nie są z założenia jednorodne, a istotną dla konstrukcji cechą jest ich mały ciężar, co uzyskano dzięki lekkim wkładom z tworzywa sztucznego wypełnionym powietrzem, celowe wydaje się rozważenie zastąpienia ich lekkimi wkładami z materiałów termoizolacyjnych, np. ze styropianu XPS lub wypełnienie materiałem o niskiej gęstości. LITERATURA [1] BubbleDeck Voided Slab Solution. Technical Manual and Documents. June [dostęp: 1 grudnia 2011]. Dostępny w Internecie: < [2] Guðmundur Björnson: BubbleDeck Two Way Hollow Deck. September [dostęp: 1 grudnia 2011]. Dostępny w Internecie: < [3] Fixing tests for BubbleDeck [dostęp: 1 grudnia 2011]. Dostępny w Internecie: < BubbleDeck_Report.pdf> [4] Cobiax Insight. Customer Magazine, [dostęp 1 grudnia 2011]. Dostępny w Internecie: < [5] Baumat. Materiały informacyjne. [dostęp: 1 grudnia 2011]. Dostępny w Internecie: < baumat.com.pl/stropy-cobiax_.html> [6] Cobiax. Materiały informacyjne. [dostęp: 1 grudnia 2011]. Dostępny w Internecie: < [7] Ptacek D., Semi-precast solution. Concrete, June [8] Lai T., Structural behaviour of BubbleDeck slabs and their application to lightweight bridge decks. Massachusetts Institute of Technology, June [9] PN-EN ISO 6946:2008: Komponenty budowlane i elementy budynku. Opór cieplny i współczynnik przenikania ciepła. Metoda obliczania.