ANALIZA PRZYCZYN KATASTROFY BUDOWLANEJ BUDYNKU MIESZKALNEGO JEDNORODZINNEGO PODCZAS JEGO NADBUDOWY I ROZBUDOWY

Transkrypt

1 XXVI Konferencja awarie budowlane 2013 Naukowo-Techniczna JERZY PIENIĄŻEK, Politechnika Warszawska ANALIZA PRZYCZYN KATASTROFY BUDOWLANEJ BUDYNKU MIESZKALNEGO JEDNORODZINNEGO PODCZAS JEGO NADBUDOWY I ROZBUDOWY ANALYSIS OF CAUSES OF SINGLE FAMILY BUILDING CRASH DURING SUPERSTRUCTURE AND ENLARGEMENT Streszczenie W referacie opisano katastrofę budowlaną budynku mieszkalnego jednorodzinnego zlokalizowanego w Stasim Lesie pod Warszawą. Do katastrofy doszło podczas nadbudowy i rozbudowy budynku. Przeanalizowano i ustalono przyczyny katastrofy oraz podano zalecenia techniczne. Abstract The paper describes collapse of the single - family building, located in Stasim Las near Warsaw. The collapse occurred during the extension works. Failure analyses have been performed and technical recommendations have been established. 1. Wprowadzenie W chwili obecnej w Polsce, w celu uzyskania dodatkowych powierzchni mieszkalnych oraz użytkowych, wykonuje się nadbudowy i rozbudowy istniejących budynków. Takim inwestycjom poddaje się nie tylko budynki kilku lub kilkunastoletnie ale również budynki stare, wybudowane nawet w okresie międzywojennym. Rozbudowuje i nadbudowuje się także budynki mieszkalne jednorodzinne eksploatowane od kilkudziesięciu lat. Bardzo często brak jest dokumentacji archiwalnej obiektu, który ma być nadbudowany lub rozbudowany. Takie inwestycje powinny być bardzo starannie przygotowane. Przed wykonaniem projektu nadbudowy i rozbudowy należy sporządzić ekspertyzę techniczną stwierdzającą możliwość wykonania takiej inwestycji. Powinny być wykonane badania geotechniczne oraz odkrywki fundamentów ustalające lub potwierdzające (w przypadku istnienia dokumentacji archiwalnej) sposób posadowienia obiektu. Projekt techniczny nadbudowy i rozbudowy musi uwzględnić wszystkie zalecenia podane w ekspertyzie aby inwestycja przebiegała bezpiecznie. Niestety, bardzo często, szczególnie w przypadku budynków jednorodzinnych, projekt nadbudowy i rozbudowy nie jest poprzedzany ekspertyzą (ze względów pseudo-oszczędnościowych). Rozpoznanie konstrukcji przez projektanta jest niedostateczne co w konsekwencji doprowadza do naruszenia konstrukcji budynku, a w skrajnych przypadkach do katastrof budowlanych. 2. Opis budynku Przedmiotowy budynek został wybudowany w latach pięćdziesiątych ubiegłego wieku. Jest to budynek parterowy, niepodpiwniczony z poddaszem nieużytkowym. W rzucie poziomym ma kształt prostokąta o wymiarach 12,50 8,70 m (rys. 1). Wzniesiono go w technologii tradycyjnej. Układ konstrukcyjny ścian jest poprzeczny. Budynek posadowiono na ścianach

2 212 Pieniążek J.: Analiza przyczyn katastrofy budowlanej budynku mieszkalnego fundamentowych, bez ław pod nimi. Ściany fundamentowe wykonano z kamienia polnego nieregularnego, połączonego zaprawą cementowo-wapienną. Grubość ścian fundamentowych jest identyczna jak ścian parteru ustawionych na nich. Ściany zewnętrzne szczytowe, będące ścianami nośnymi, jak i ściany zewnętrzne podłużne, będące ścianami osłonowymi, zostały wykonane identycznie, jako ściany szczelinowe, w których część zewnętrzną elewacyjną wymurowano z cegły wapienno- piaskowej o grubości 25 cm, natomiast część wewnętrzną konstrukcyjną z cegły ceramicznej pełnej o grubości 12 cm. Szczelina powietrzna ma szerokość ok. 7 cm. W ścianach tych brak jest przewiązek lub kotew pomiędzy oblicówką (częścią elewacyjną), a częścią konstrukcyjną. Jedynie pod stropem części te (elewacyjna i konstrukcyjna) zostały połączone dwiema warstwami cegły. Ściany wewnętrzne konstrukcyjne, o grubości 25 cm, wymurowano z cegły ceramicznej pełnej Strop nad parterem jest typu Kleina z płytą półciężką (żeberkową) wykonaną z cegły ceramicznej dziurawki. Zastosowano belki stalowe z dwuteowników 160, oparte na ścianach poprzecznych. Maksymalna rozpiętość płyty stropowej w świetle wynosi 490 cm. Budynek został przykryty dachem o konstrukcji drewnianej. Rys. 1. Rzut budynku z zaznaczoną strefą katastrofy 3. Prace budowlane wykonane do momentu katastrofy Prace budowlane, związane z nadbudową i rozbudowa przedmiotowego budynku, zostały rozpoczęte po sporządzeniu projektu technicznego i uzyskaniu pozwolenia na budowę. Projekt nie został poprzedzony ekspertyzą stwierdzającą możliwość nadbudowy i rozbudowy. Projektant, bez wykonania dokładnych badań konstrukcji budynku, stwierdził, że ściany nośne zewnętrzne wykonane są z cegły wapienno-piaskowej i mają grubość 52 cm. Zaprojektował (bez wykonania odkrywek), podbicie fundamentów zakładając że ściany fundamentowe są betonowe. Nie została sprawdzona przez projektanta nośność istniejących stropów, na których zaprojektowano pomieszczenia użytkowe.

3 Budownictwo ogólne 213 Budowę rozpoczęto od demontażu więźby dachowej. Na ścianach podłużnych wykonano ścianki kolankowe, a nad nimi wieniec żelbetowy (rys. 2). Rozpoczęto montaż drewnianej więźby dachowej. Od strony północnej rozpoczęto dobudowywanie ganku. W celu wykonania podbicia fundamentów od strony zachodniej i południowej (na całej długości ścian) oraz częściowo wschodniej zostały odkopane, na całą ich głębokość, kamienne ściany fundamentowe (rys. 3, 6). Na niewielkich fragmentach odsłoniętych ścian fundamentowych usunięto spod nich grunt. Rys. 2. Elewacja wschodnia w trakcie nadbudowy Rys. 3. Odkopane kamienne ściany fundamentowe budynku

4 214 Pieniążek J.: Analiza przyczyn katastrofy budowlanej budynku mieszkalnego 4. Opis katastrofy budowlanej W dniu r. w godzinach wieczornych nastąpiło osunięcie się i wywrócenie na zewnątrz południowej ściany szczytowej (nośnej) obciążonej stropem (rys. 4, 5). Rys. 4. Widok budynku od strony południowej po katastrofie Wywracająca się ściana szczytowa spowodowała znaczne uszkodzenia zachodniej ściany zewnętrznej. Pojawiły się są na niej liczne pęknięcia o rozwartości rys dochodzących do 10 mm (rys. 6). Na południowej części ściany zachodniej, w miejscu zamurowanego okna, wystąpiło pionowe jej pęknięcie na całej wysokości i wychylenie na zewnątrz odcinka ściany o długości około 2,5 m (rys. 7). Zniszczone zostały płyty stropowe nad pomieszczeniami od strony południowej (rys. 8, 9). Ściana podłużna zachodnia odspoiła się od ściany poprzecznej wewnętrznej oraz wystąpiły ukośne pęknięcia na ścianie wewnętrznej (rys. 10). Rys. 5. Zniszczenie budynku widoczne od strony południowej

5 Budownictwo ogólne 215 Rys. 6. Pęknięcia na ścianie zachodniej Silnym uszkodzeniom uległa płyta stropowa nad pomieszczeniami znajdującymi się od strony północnej. Na stropie powstały pęknięcia o znacznej rozwartości rys dochodzących do 20 mm (rys. 11) i przebiegających wzdłuż stopek belek stalowych. Rys. 7. Pęknięta i wychylona ściana zachodnia Rys. 8. Zniszczona, zawalona płyta stropowa Rys. 9. Zniszczona płyta stropowa Rys. 10. Pęknięcia na styku ścian i ściany wewn.

6 216 Pieniążek J.: Analiza przyczyn katastrofy budowlanej budynku mieszkalnego Spękaniom uległy również ściany w pomieszczeniach od strony północnej (rys. 11). Pęknięcia te występują pod oparciami belek stropowych (rys. 11) i mają najczęściej przebieg pionowy. Rys. 11. Pęknięcia płyt stropowych i ścian w pomieszczeniach od strony północnej 5. Analiza przyczyn katastrofy Główną przyczyną katastrofy budowlanej, jakiej uległ opiniowany budynek, była utrata stateczności południowej szczytowej ściany nośnej budynku co spowodowało jej zawalenie się. Przedmiotowa ściana została posadowiona, tak jak cały budynek (rys. 3), tylko na kamiennej ścianie fundamentowej z kamieniami słabo zespolonymi zaprawą cementowo-wapienną. Nie zastosowano pod budynkiem ław fundamentowych. W trakcie prac budowlanych, z niewiadomych przyczyn, zostały odkopane ściany fundamentowe budynku od strony zachodniej, południowej (zawalona ściana) i częściowo wschodniej. Odkopanie ścian fundamentowych osłabiło w dużym stopniu posadowienie budynku. Ściany zewnętrzne zostały wykonane jako szczelinowe bez przewiązań pomiędzy warstwą licową i konstrukcyjną. Takie wykonanie ścian znacznie zmniejszyło ich stateczność. Dodatkowym osłabieniem nośności ściany szczelinowej było zastosowanie warstwy konstrukcyjnej wykonanej z cegły ceramicznej pełnej o grubości tylko 12 cm (rys. 5, 12). Na wielkość powstałych uszkodzeń, podczas zaistniałej katastrofy, miał także wpływ brak wieńców stropowych usztywniających budynek w płaszczyźnie poziomej. Brak wieńców spowodował większą podatność obiektu na zarysowania i pęknięcia ścian. Rozpoczęte roboty budowlane polegające na: rozbiórce dachu, dociążeniu zewnętrznych ścian bocznych (podłużnych) podwyższonymi ściankami kolankowymi z wieńcem żelbetowym wykonanym na nich, zamontowaniu murłat i ułożeniu krokwi bez pośredniego podparcia ich płatwiami ustawionymi na słupkach, spowodowało wtórne osiadanie tych ścian (brak ław fundamentowych). Ściana szczytowa bez przewiązań, obciążona stropem i podkopana, została wypchnięta przez osiadające ściany podłużne, utraciła stateczność i uległa zawaleniu (rys. 12). Wywrócona ściana spowodowała zawalenie się płyt stropowych (brak podparcia) w pomieszczeniach południowych. Stropy w tych pomieszczeniach uległy zniszczeniu. Uszkodzona została również ściana zachodnia. Widoczne są na niej pęknięcia i odkształcenia (wychylenie się części ściany na zewnętrz budynku). Obciążenia dynamiczne, jakie powstały podczas katastrofy budowlanej w południowej części budynku, spowodowały pęknięcia stropów i ścian w części północnej obiektu. Projekt nadbudowy i rozbudowy budynku został sporządzony nieprofesjonalnie. Zamieszczona w projekcie krótka notatka projektanta, oceniająca stan techniczny istniejącego budynku, sporządzona bez dokładnego zbadania konstrukcji, jest dużym jego błędem. Projektant nie

7 Budownictwo ogólne 217 sprawdził rodzaju posadowienia budynku poprzez wykonanie odkrywki fundamentu, nie rozpoznał rodzaju konstrukcji ścian, jak również nie sprawdził nośności istniejącego stropu po zmianie funkcji poddasza z nieużytkowego na użytkowe i nie zaprojektował ewentualnego wzmocnienia płyty stropowej. Wykonane przez autora referatu obliczenia wykazały, iż po zaadaptowaniu poddasza na użytkowe, w istniejącej konstrukcji stropu stan graniczny nośności będzie spełniony, natomiast zostanie przekroczony stan graniczny użytkowalności. Ugięcie będzie większe od dopuszczalnego o 25%. Rys. 12. Zawalona ściana południowa i zawalona płyta stropowa Karygodnym błędem wykonawczym było odkopanie słabych konstrukcyjnie ścian fundamentowych na znacznej długości. Wykonawca po odkopaniu fragmentu takiej ściany powinien natychmiast wezwać projektanta w celu określenia dalszego działania, tzn. czy przerwać dalsze roboty z nadbudową i rozbudową i zabezpieczyć budynek, czy ewentualnie przystąpić do wzmacniania ścian fundamentowych i podbijania ich ławami co byłoby przedsięwzięciem bardzo kosztownym i biorąc pod uwagę całą konstrukcję budynku, ekonomicznie nieopłacalnym. Błędy projektowe i wykonawcze doprowadziły do katastrofy budowlanej budynku. 6. Wnioski Projekt nadbudowy i rozbudowy opiniowanego budynku został sporządzony bez poprzedzenia go ekspertyzą techniczną stwierdzająca możliwość takiej nadbudowy i rozbudowy, która to ekspertyza zawsze powinna być wykonana dla tego typu prowadzonej inwestycji. Budynek mający przeszło sześćdziesiąt lat, wykonany sposobem gospodarczym z materiałów nie najwyższej jakości, w którym brak jest ław fundamentowych, ściany fundamentowe

8 218 Pieniążek J.: Analiza przyczyn katastrofy budowlanej budynku mieszkalnego wykonano z kamienia słabo zespolonego, ściany nośne zewnętrzne szczelinowe są bez przewiązań, a stropy po zmianie funkcji poddasza mają przekroczony stan graniczny użytkowalności, nie kwalifikuje się ze względów konstrukcyjnych i ekonomicznych do nadbudowy. Podczas zaistniałej katastrofy zniszczona została ściana szczytowa południowa i stropy oparte na niej, oraz nadwyrężona została ściana zewnętrzna zachodnia i stropy od strony północnej. Biorąc pod uwagę powyższe uszkodzenia i bardzo słabą konstrukcję obiektu, stwierdzono, iż budynek nadaje się tylko do rozbiórki. W zaistniałym stanie, po katastrofie, budynkowi groziło dalsze postępujące niszczenie, co mogło doprowadzić do zawalenia się pozostałej części budynku. W związku z taką sytuacją, dla bezpieczeństwa ludzi, którzy mogli przebywać w obrębie tego obiektu, zalecono rozpocząć rozbiórkę w jak najszybszym terminie, ale po uprzednim opracowaniu projektu robót rozbiórkowych. Literatura 1. Pieniążek J., Gruszka Cz.: Ekspertyza techniczna dotycząca oceny stanu technicznego budynku mieszkalnego jednorodzinnego zlokalizowanego w Stasim Lesie koło Warszawy w celu ustalenia przyczyn katastrofy budowlanej oraz ustalenia możliwości doprowadzenia obiektu di stanu właściwego zgodnie z Postanowieniem PINB w Legionowie, Warszawa, wrzesień 2011 r. 2. Mitzel A., Stachurski W., Suwalski J.: Awarie konstrukcji betonowych i murowych, Arkady, Warszawa 1982 r. 3. Masłowski E., Spiżewska D.: Wzmacnianie konstrukcji budowlanych, Arkady, Warszawa 2000 r.