Zdarza się, że na etapie adaptacji projektu lub nawet w trakcie budowy dokonywana jest zmiana materiału, z którego wznoszone są ściany. Czy taka zmiana może prowadzić do błędu konstrukcyjnego?
Ściany nośne w budynkach można wykonać z różnych materiałów budowlanych. Do najbardziej typowych rozwiązań należy zaliczyć: ceramikę (poryzowaną), beton komórkowy i silikaty. Elementy te łączy się np. zaprawą cementowo-wapienną lub cementową, zaprawą do cienkich spoin czy też klejem poliuretanowym. Bardzo często na etapie adaptacji projektu czy też już w trakcie budowy dokonywana jest zmiana materiału pierwotnego ścian lub/i technologii ich wykonania. Powodem takiej decyzji jest np. aktualna sytuacja na rynku związana z dostępnością produktu czy cena danego wyrobu. Zdarza się też tak, że to wykonawca preferuje któreś z rozwiązań i nakłania inwestora do zmian. Czy dobierając materiał zamienny tylko pod względem wytrzymałościowym (tj. nie gorszym) możemy popełnić konstrukcyjny błąd?
Obliczenia
W celu odpowiedzi na powyższe pytanie wykonano obliczenia komputerowe w programie Axis Vm ver. X5 R4s. Przyjęto obiekt dwukondygnacyjny z płaskim dachem, posadowiony na płycie fundamentowej o grubości 25 cm (rys. 1).
W obiekcie stropy zaprojektowano jako monolityczne o grubości 20 cm, a trzpienie i belki żelbetowe o grubości ścian. Podłoże przyjęto jako Winklera w dwóch wariantach sztywności pionowej:
– A: 2000 kN/m/m2,
– B: 4000 kN/m/m2.
Do zamodelowania ścian nośnych posłużyły dwa rozwiązania znacząco różniące się pod względem modułu sprężystości E:
– I: Porotherm 25 DryFix kl. 15 na zaprawie do cienkich spoin lub piance poliuretanowej. Producent [1] podaje wartość E równą 1500 MPa. Ciężar objętościowy materiału (bez wypraw) wynosi około 8 kN/m3. Współczynnik Poissona ν = 0,15.
– II: Silka E24 kl. 15 na zaprawie systemowej do cienkich spoin. Producent [2] podaje wartość E równą 5500 MPa. Ciężar objętościowy materiału (bez wypraw) wynosi około 16 kN/m3. Współczynnik Poissona ν = 0,25.
Do obiektu przyłożono, oprócz ciężaru własnego konstrukcji, wszystkie typowe obciążenia stałe i zmienne. Grubości ścian w wariancie I i II przyjęto jako jednakowe i wynoszące 25 cm.
Dokładnej analizie poddano dwa wybrane odcinki ścian nośnych parteru. Na rys. 1 oznaczono je kolorem fioletowym. Miejsca te wybrano z uwagi na znaczące wytężenie tych elementów. Ponadto w celu szerszej analizy dokonano odczytu zmiany wartości siły pionowej w trzpieniu żelbetowym występującym w rozpatrywanej ścianie zewnętrznej.
Rys. 1. Widok układu ścian ceramicznych (kolor brązowy) oraz elementów żelbetowych C20/25 (kolor szary): a) parteru, b) piętra, c) całości
>>> Ciepła płyta fundamentowa – sposoby zabezpieczenia przed wysadzinami mrozowymi
>>> Projektowanie ciepłej płyty fundamentowej – wybrane problemy
>>> Modelowanie konstrukcji murowych z wykorzystaniem MES
Wyniki obliczeń
Dokonano odczytu wartości sił pionowych (obliczeniowych) w ścianach u ich podstawy tj. na styku z płytą fundamentową, jako wartości średnie z danego odcinka na którym znak był jednakowy (ściskanie) (rys. 2 i 3). W tym samym przekroju odczytano również siły pionowe w trzpieniu. Uzyskane rezultaty obliczeń przedstawiono zbiorczo w tablicy 1.
Rys. 2. Wpływ zmiany sztywności podłoża na siły pionowe [kN/m] w ścianie nośnej wewnętrznej wykonanej z Porothermu DryFix 25, a) 2000 kN/m/m2, b) 4000 kN/m/m2
Rys. 3. Wpływ zmiany materiału ścian konstrukcyjnych na siły pionowe [kN/m] w ścianie nośnej zewnętrznej przy sztywności podłoża wynoszącej 2000 kN/m/m2, a) Porotherm Dryfix 25, b) Silka E24
Tablica 1. Wyniki sił wewnętrznych pionowych w analizowanych elementach
Analiza i wnioski po przeprowadzeniu obliczeń
- sztywność podłoża w niewielkim stopniu wpłynęła na zmianę sił wewnętrznych w rozpatrywanych elementach,
- siły pionowe w ścianach z silikatów (wariant II) wzrosły o 38% w porównaniu do Porothermu (wariant I),
- dużej zmianie uległa siła osiowa w elemencie żelbetowym (trzpieniu) tj. nastąpił wzrost wartości, aż o 72% przy ścianie z Porothermu.
Obliczenia potwierdziły, że większy ciężar własny konstrukcji (model ze ścianami z silikatów) w rezultacie da większe wartości sił pionowych w ścianach. W takim przypadku należy sprawdzić, czy zmieniona konstrukcja ściany poradzi sobie z nowym zwiększonym obciążeniem.
Ponadto zauważono interesujący wzrost sił osiowych w analizowanym elemencie żelbetowym (trzpień) zlokalizowanym w ścianie z Porothermu. W tym wypadku zmiana materiału ścian spowodowała odciążenie konstrukcji murowej a dociążenie trzpienia. Skutkuje to koniecznością ponownej weryfikacji nośności konstrukcji żelbetowej.
Czy zatem dobierając materiał zamienny tylko pod względem wytrzymałościowym (tj. nie gorszym) można popełnić błąd konstrukcyjny? Tak, można! Przy zmianie materiału ścian konstrukcyjnych może dojść do wzrostu obciążenia, a także do redystrybucji sił w konstrukcji, co może doprowadzić do przeciążenia elementów wcześniej mało wytężonych.
dr inż. Radosław Kupczyk
Politechnika Śląska w Gliwicach
Wydział Budownictwa
Katedra Konstrukcji Budowlanych
Literatura
[1] Wytyczne do projektowania konstrukcji murowych w systemie Porotherm Dryfix. Wienerberger, luty 2013.
[2] Projektowanie konstrukcyjne budynków z bloków Silka. Zeszyt techniczny. Wydanie VI, luty 2014.
>>> Przegrody w budownictwie mieszkaniowym
>>> Mury skrępowane – ustalenia ogólne i normowe
>>> Nośność murów ceramicznych wzmocnionych słupkami żelbetowymi
>>> Prace murarskie bez błędów
