Płyta konstrukcyjna z betonu zbrojonego włóknami stalowymi

Ze względu na małe zagrożenie dla bezpieczeństwa typowa posadzka przemysłowa jest uważana za element budynku podporządkowany konstrukcyjnie. Jednakże, dzięki niemieckim wytycznym DAfStb Stahlfaserbeton, zalety betonu zbrojonego włóknami stalowymi są obecnie wykorzystywane również w elementach o wysokim potencjale zagrożenia, tj. elementach konstrukcyjnych budynku. Klasycznym przykładem posadzki konstrukcyjnej jest płyta fundamentowa magazynu wysokiego składowania w tzw. konstrukcji silosu, czyli taka, która dźwiga regały wspierające konstrukcję dachu oraz elewacji.

Jest ona jednocześnie i płytą fundamentową, i posadzką przemysłową. Oprócz obciążeń generowanych przez magazynowanie palet, przy wymiarowaniu płyty uwzględnia się również obciążenie budynkiem, wiatrem, śniegiem i trzęsieniem ziemi. Pozytywny wpływ betonu zbrojonego włóknami stalowymi jest matematycznie brany pod uwagę przy weryfikacji w granicznym stanie nośności oraz użytkowania.

Płyta konstrukcyjna w takim magazynie przenosi całą konstrukcję budynku i musi spełniać wymagania posadzki przemysłowej z bardzo dużymi obciążeniami. Zastosowanie betonu zbrojonego włóknami stalowymi w płycie konstrukcyjnej umożliwia zmniejszenie ilości stali zbrojeniowej oraz optymalizację procesu budowlanego. Wytyczne DAfStb Stahlfaserbeton, pełniące w Niemczech rolę normy (niestety, wciąż nie ma jakichkolwiek norm europejskich także w Polsce nt. wymiarowania elementów betonowych zbrojonych włóknami stalowymi i trzeba się posiłkować jedynym dostępnym dokumentem na ten temat, jakim są niemieckie wytyczne), dostarczają podstawy do wymiarowania i konstruowania elementów betonowych zbrojonych włóknami stalowymi.

Co to jest magazyn wysokiego składowania?

Magazyn wysokiego składowania w konstrukcji silosu, zwany również silosem magazynowym lub magazynem samonośnym, to obiekt, w którym regały są konstrukcją wsporczą dla ścian i dachu budynku. Może on mieć półki regałowe o wysokości do 50 m, z pojemnością obejmującą kilkaset tysięcy miejsc paletowych. Większość tych systemów jest zarządzana całkowicie elektronicznie, a palety transportowane przenośnikami lub wózkami transportowymi.

Czytaj też: Antypoślizgowe posadzki przemysłowe – wymagania, klasyfikacja, użytkowanie

Fot. 1. Chłodnia w zakładzie Twardzik Chłodnia Owoców i Warzyw w Łaziskach k/Opola Lubelskiego w czasie konstrukcji

Zalety magazynu wysokiego składowania to:

• duża oszczędność miejsca dzięki kompaktowej zabudowie i duże wykorzystanie powierzchni,
• szybsze korzystanie z systemu dzięki krótszemu czasowi wybudowania magazynu,
• niższe koszty operacyjne,
• niższy koszt wykonania magazynu.

Przy wymiarowaniu takich płyt, oprócz zwykłych wymagań nośności i bezpieczeństwa konstrukcji, należy wziąć pod uwagę również zwiększone wymagania co do użytkowalności, które często stają się istotne w procesie projektowania. Są to:

• wymóg ograniczenia obrotów płyty (wymóg quasi-sztywnej płyty) w FEM 9.831,
• bezspoinowe wykonanie płyty konstrukcyjnej,
• minimalne zbrojenie ze względu na ograniczenie szerokości rys.

Wymóg sztywności płyty często skutkuje grubszymi płytami niż przy wymogu uzyskania odpowiedniej nośności, co pociąga za sobą wzrost koniecznego zbrojenia. Z drugiej strony, z uwagi na kotwienie słupów półek regałowych do płyty wymaga się, aby zbrojenie górne było możliwie najmniejsze. Wykorzystanie betonu zbrojonego włóknami stalowymi jest również zauważalne z praktycznego punktu widzenia. Zastosowanie zbrojenia w postaci włókien stalowych zamiast zbrojenia tradycyjnego (siatki, pręty) pozwala zmniejszyć ilość wymaganej stali. Podstawą oceny betonowych elementów zbrojonych włóknami stalowymi z dodatkiem lub bez zbrojenia tradycyjnego są niemieckie wytyczne DAfStb Stahlfaserbeton, wydanie listopad 2011 r., jako uzupełnienie DIN EN 1992-1-1 w połączeniu z DIN 1992-1-1/NA, DIN EN 206-1, DIN 1045-2, DIN EN 13670 oraz DIN 1045-3.

Sprawdź: Przyczyny powstawania wad i uszkodzeń posadzek przemysłowych

Polska płyta konstrukcyjna zbrojona włóknami stalowymi

Pierwsza płyta konstrukcyjna (fot. 1) w pełni zautomatyzowanego magazynu wysokiego składowania wykonana z betonu zbrojonego włóknami stalowymi Dramix® 5D 65/60BG (fot. 2), jaka powstała w Polsce, to płyta w chłodni zakładu Twardzik Chłodnia Owoców i Warzyw w Łaziskach k/Opola Lubelskiego. Wymiary płyty wynosiły 33,95 x 20,9 m, a wysokość regałów – 9,9 m. Płyta, zaprojektowana jako bezspoinowa (nie zawiera żadnych dylatacji nacinanych) przez firmę Bekaert, miała grubość 31 cm, ale, z uwagi na system rurek ogrzewania podłogowego umieszczony w płycie, jej efektywna grubość przejmująca obciążenia wynosiła 28 cm. Obciążenia, na jakie została zwymiarowana płyta, wynosiły:

• ciężar własny dachu: 10,2 kN/podporę,
• ciężar palet na regałach: 45 kN/podporę,
• obciążenie wiatrem: 10 kN/podporę,
• obciążenie śniegiem: 11 kN/podporę.

Płyta została posadowiona na odpowiednio przygotowanej podbudowie, dla której moduły odkształcenia wynosiły: EV2 =70 MPa, EV2/EV1 = 2,5; a ponieważ była to chłodnia, na podbudowie ułożono 20-centymetrową warstwę styropianu Styrodur® 5000CS. Oczywiście płyta była pływająca, więc między nią a warstwą styropianu ułożono dwie warstwy folii polietylenowej.

Dla ww. obciążeń i tak przygotowanej podbudowy firma Bekaert zaprojektowała płytę konstrukcyjną w systemie „tylko włókna”:

• grubość płyty: 28 cm,
• klasa betonu: C30/37,
• zbrojenie: włókna stalowe: 30 kg/m³ Dramix^® 5D 65/60BG (dł. 60 mm, śr. 0,90 mm, smukłość: 65 – fot. 2); siatka stalowa: na całym obwodzie płyty z prętów ośrednicy 10 i oczek 15 x 15 cm w dolnej części przekroju płyty, szerokość – 4 m.

Płyta konstrukcyjna Dramix® 5D 65/60BG

Rodzaj włókien zastosowanych do zbrojenia opisanej wyżej płyty konstrukcyjnej to Dramix^® 5D – nowa generacja włókien stalowych, zapewniająca maksymalną wydajność dzięki połączeniu doskonale wyprofilowanych końcówek kotwiących, bardzo plastycznej stali (wydłużenie jednostkowe wynosi prawie 7%) i bardzo dużej jej wytrzymałości na rozciąganie, tj. powyżej 2200 MPa. Niezwykle wysoka efektywność mechaniczna tych włókien sprawia, że są one idealnym rozwiązaniem jako zbrojenie konstrukcyjne posadzek konstrukcyjnych, płyt fundamentowych i płyt na palach.

Fot. 2. Włókna stalowe Dramix® 3D, 4D i 5D

Końcówka kotwiąca tego włókna jest dużo bardziej rozwinięta (fot. 2) niż w typowych włóknach oferowanych na rynku od ponad 50 lat, co powoduje jej doskonałe zakotwienie i nieuleganie odkształceniu w betonie pod wpływem naprężeń. Włókno pozostaje w tym samym miejscu, a ciągliwa stal łatwo się wydłuża, zwiększając wytrzymałość i plastyczność betonu. Celem równomiernego rozprowadzenia w mieszance betonowej, włókna Dramix^® 5D 65/60BG są klejone w pasma. Zapobiega to również zbijaniu się ich w kule.

Dla porównania włókien Dramix^® 5D z tymi o mniejszej efektywności mechanicznej, na fot. 2 przedstawiono również włókna:

• Dramix^® 3D – powszechnie stosowane do zbrojenia posadzek przemysłowych, dylatowanych i bezspoinowych;
• Dramix^® 4D – stosowane do zbrojenia posadzek z wymaganiem ograniczenia szerokości rys.

Więcej informacji o włóknach stalowych Dramix^® 3D, 4D i 5D, oraz ich zastosowaniach jest dostępnych w artykule „Włókna stalowe Dramix^®” („Inżynier Budownictwa” nr 1/2013), na dramix.bekaert.com oraz w biurze firmy Bekaert.

Płyta konstrukcyjna Dramix® 5D – wnioski i perspektywy

Zastosowanie wysokoefektywnego betonu zbrojonego włóknami stalowymi Dramix^® 5D w płytach konstrukcyjnych magazynu samonośnego pozwala uzyskać korzyści ekonomiczne oraz szereg innych, takich jak:

• oszczędność czasu,
• znaczne uproszczenie prac zbrojeniowych,
• wykonalność większych powierzchni bez dylatacji nacinanych,
• niższe koszty kotwienia podpór regałów do płyty.

Nie można odnieść się do korzyści ekonomicznych w przypadku tej konkretnej płyty, ponieważ projekt płyty zbrojonej tradycyjnie nie został wykonany. Jednak dla inwestora oszczędność kosztów wykonania płyty konstrukcyjnej była drugorzędna. Istotny był klarowny i dopracowany projekt, uproszczenie prac montażowych oraz oszczędność czasu. I właśnie te korzyści zdecydowały o tym, że inwestor był przekonany do rozwiązania.

Pozytywne wyniki tego oraz innych projektów wykonanych z włóknami Dramix^® 5D w całej Europie i nie tylko pokazują rosnące znaczenie tej metody realizowania płyt konstrukcyjnych. Dlatego coraz więcej inwestorów decyduje się na magazyn wysokiego składowania w konstrukcji silosu oraz współpracę z nami w zakresie obliczeń statycznych płyty konstrukcyjnej zbrojonej włóknami stalowymi Dramix^®.

Bekaert Poland Sp. z o.o.

ul. Ku Wiśle 7, 00-707 Warszawa
tel. 22 851 41 63
dramix.bekaert.com