Polskie budynki z wielkiej płyty są ocieplane i odnawiane. Każdą modernizację powinna poprzedzać szczegółowa analiza stanu technicznego budynku.
Wybudowane w latach 1960–1990 budynki wielkopłytowe stanowią obecnie podstawowy składnik zasobów mieszkaniowych w Polsce (fot. 1–3). Montaż konstrukcji budynków na placu budowy z gotowych prefabrykatów odbywał się w szybkim tempie i bardzo często jakość robót budowlanych nie była dostatecznie dobra [1, 2, 3]. Budownictwo to kojarzone jest dzisiaj raczej z niską jakością wykonania. Nie istnieją kompleksowe badania, analizy i statystyki, z których wynikałoby, które budynki znajdują się w dobrym lub złym stanie technicznym. Wiadomo jednak, że w znacząco licznej grupie mogą znajdować się budynki z istotnymi uszkodzeniami, dotyczy to zwłaszcza złączy (połączeń między poszczególnymi prefabrykatami).
Fot. 1 Osiedle budynków wielkopłytowych
Przeprowadzone prace modernizacyjne w większości przypadków ograniczają się do prac termomodernizacyjnych. Przy tym wszystkim nie dokonuje się kompleksowej oceny stanu technicznego tych budynków i określenia stopnia ich zużycia. Jest to szczególnie istotne, gdyż na tej podstawie powinny dopiero być przyjmowane koncepcje i zakresy rzeczowe prac remontowo-naprawczych. W obecnych warunkach polskich ma to fundamentalne znaczenie, ponieważ z niekwestionowanych powodów ekonomicznych nie ma możliwości, aby w najbliższych kilkudziesięciu latach budynki te zostały zastąpione nowymi obiektami, tak jak się to czyni obecnie np. w Niemczech i we Francji. Na podstawie przeprowadzonych badań, analiz i symulacji komputerowych zadecydowano tam o gruntownej modernizacji takich obiektów bądź ich rozbiórce (rys. 1) [8, 9, 10].
Dość powszechnie się uważa, że budynki z wielkiej płyty były przewidziane (zaprojektowane) na czas użytkowania ok. 50–60 lat. Oznacza to, że jesteśmy blisko końca tego okresu. Należy więc dokonywać kompleksowych badań i analiz, na podstawie których będzie można ustalić aktualny, rzeczywisty stan techniczny budynków wielkopłytowych i następnie wskazać niezbędne prace naprawcze i modernizacyjne tych obiektów.
Fot. 2 Budynek wielkopłytowy
Mieszkania w budynkach z wielkiej płyty są tańsze od innych mieszkań i dlatego nadal cieszą się dużym zainteresowaniem. Nic nie wskazuje na to, że w najbliższych latach trend ten się zmieni. Zespoły budynków z wielkiej płyty stanowią ok. 35% wszystkich zasobów mieszkaniowych w Polsce, Czechach i Słowacji, 29% na Węgrzech, 26% w Rumunii i 27% w Bułgarii. W Polsce w tak ukształtowanej przestrzeni funkcjonuje ok. 50% gospodarstw domowych, gdy tymczasem w krajach starej Unii obejmuje to niewielki procent ludności.
Na tle przedstawionych faktów wyłaniają się następujące problemy dotyczące:
– przeglądu i dokładnej charakterystyki systemowego budownictwa wielkopłytowego w Polsce realizowanego w latach 1960–1990;
– opracowania i wdrożenia efektywnych systemów diagnostycznych, szczególnie wykorzystujących metody nieniszczące (nieinwazyjne);
– opracowania i wdrożenia metodologii określania skwantyfikowanego stopnia techniczno-użytkowego budynków wielkopłytowych;
– opracowania i wdrożenia kompleksowych technologii napraw, modernizacji i rewitalizacji budynków wielkopłytowych;
– opracowania i wdrożenia systemu finansowania w Polsce kompleksowych napraw, modernizacji i rewitalizacji budynków wielkopłytowych.
Fot. 3 Budynek wielkopłytowy
Główne wady i uszkodzenia budynków wielkopłytowych
Budynki mieszkalne zrealizowane metodami uprzemysłowionymi, a w szczególności w technologii wielkopłytowej, mają pewną specyfikę odróżniającą je od budownictwa tradycyjnego. Różnice te mają następujące podstawy:
– rodzaj zastosowanych materiałów i ich zestawienie odbiegało istotnie od wcześniejszych rozwiązań;
– wymiary prefabrykowanych elementów konstrukcyjnych i sposób ich produkcji wyraźnie różniły się od dotychczas stosowanych;
– połączenie konstrukcyjnych elementów (złącza) i technologie montażu budynków nie miały w przeszłości odpowiedników.
Wymienione różnice przekładać się muszą oczywiście na specyfikę konserwacji, napraw oraz usuwanie wad, remonty i modernizacje takich obiektów.
Rys. 1 Przykładowe przebudowy budynków wielkopłytowych w Niemczech [9]
Uszkodzenia budynków wielkopłytowychmożna podzielić na dwie zasadnicze grupy [1]:
grupa I – uszkodzenia typowe występujące w każdym rodzaju budynków, niezależnie od zastosowanej technologii, użytych materiałów itp. Uszkodzenia tej grupy obejmują elementy wykończenia budynku, pokrycia dachów, obróbki blacharskie, izolacje przeciwwilgociowe lub/i izolacje przeciwwodne;
grupa II – wady i uszkodzenia charakterystyczne dla budownictwa wielkopłytowego, wynikające z zastosowanych materiałów, rodzajów elementów prefabrykowanych, rodzajów złączy itp. Wady i uszkodzenia należące do tej grupy dotyczą (rys. 2–4):
– prefabrykatów ścian zewnętrznych (odpadanie warstwy fakturowej, zarysowania i spękania, przecieki wód opadowych przez fakturę, nadmierne zawilgocenia, przemarzanie itp.);
– warstwy ocieplającej (obniżenie cech izolacyjnych wynikające z zawilgocenia lub/i zmiany struktury materiału termoizolacyjnego, odspajanie się tej warstwy od innych warstw ściany);
– spoin (ubytki na krawędziach warstwy fakturowej, złe wyprofilowanie kanału dekompresji, za duża rozwartość szczelin między elementami, brak uszczelnienia spoin itp.);
– złączy, tj. połączeń prefabrykatów między sobą (źle wykonane połączenie, nieszczelności, korozja stali wywołana głównie zjawiskami karbonatyzacji betonu itp.);
– płyt stropowych (głównie tzw. klawiszowanie);
– ściennych elementów wewnętrznych (rysy, spękania, oddzielenia itp.);
– podłoży podposadzkowych (spękania, odspojenia, zapadania itp.);
– stolarki (nieszczelności, niska izolacyjność cieplna, uszkodzenia mechaniczne);
– instalacji centralnego ogrzewania, gazowej, elektrycznej i wodno-kanalizacyjnej;
– wind i zsypów.
Rys. 2 Nieprawidłowo wentylowany stropodach budynku wybudowanego w systemie OWT-67N
Rys. 3 Niewystarczająco stabilne połączenie ściany zewnętrznej ZWOP ze ścianą wewnętrzną W i stropem S w budynku wybudowanym w systemie Wk-70
Skwantyfikowany sposób oceny stanu technicznego i wartości użytkowej budynków wielkopłytowych
Podjęcie jakichkolwiek działań związanych z dalszym użytkowaniem budynków wielkopłytowych musi się wiązać z określeniem ich stanu technicznego i użytkowego, stopniem zużycia, trwałością, niezawodnością i stopniem bezpieczeństwa. Podstawowe wymagania niezawodności konstrukcji obiektów budowlanych przewidują, że konstrukcje i elementy konstrukcyjne powinny być tak zaprojektowane, wykonane i potem utrzymywane w wymaganym stanie technicznym, aby z odpowiednim stopniem (wskaźnikiem) niezawodności mogły:
– oprzeć się działaniom, które mogą zaistnieć podczas budowy i użytkowania;
– zachowywać się właściwie w normalnych warunkach użytkowania;
– utrzymywać konstrukcyjną całość w przypadku pożaru, lokalnego wybuchu i miejscowych uszkodzeń.
Wymienione wymagania powinny być spełniane w projektowanym czasie użytkowania konstrukcji, tzn. że konstrukcja budynku w tym czasie musi spełniać następujące warunki:
– mieć odpowiednią trwałość i niezawodność oraz założony (odpowiedni) standard użytkowy,
– być tak zaprojektowana i wykonana, aby uwzględniała konsekwencje awarii,
– być ekonomiczna.
Rys. 4 Przykłady źle uszczelnionej dylatacji pionowej między segmentami budynku wybudowanego w systemie Wk-70
Ważnym elementem tych postulatów jest więc stateczność, zachowanie i utrzymanie na odpowiednim poziomie technicznym, funkcjonalnym i ekonomicznym wymienionych wyżej elementów w czasie. W takim przypadku istotnym elementem jest odpowiedni monitoring stanu technicznego i użytkowego obiektu budowlanego (fot. 4–5).
Na stan techniczny i na wartość użytkową budynku składają się zużycie: techniczne (fizyczne), funkcjonalne (użytkowe) i środowiskowe.
Zużycie technicznewynika przede wszystkim z wieku obiektu budowlanego, trwałości zastosowanych materiałów, jakości wykonawstwa budowlanego, wad projektowych, prowadzonej gospodarki remontowej itp. Zużycie techniczne określa się procentowo przy użyciu tzw. stopnia zużycia technicznego, niezależnie od przyczyn, które doprowadziły do stwierdzonego stanu. Stopień zużycia powinien więc określać rzeczywisty stan techniczny obiektu i urządzeń z nim związanych w dniu badania i oględzin budynku. W każdym budynku wyróżnia się trzy następujące główne grupy elementów: konstrukcyjne, wykończeniowe i wyposażeniowe. Stan techniczny budynku uzależniony jest w istotnym zakresie od trwałości tych elementów. Na zużycie techniczne budynku wpływają:
– rodzaj budynku i typ konstrukcji,
– elementy budynku lub ich części,
– zużycie fizyczne,
– zdarzenia losowe,
– zawodność ludzka.
Fot. 4 Zawilgocenie ściany szczytowej budynku wielkopłytowego
Zużycie funkcjonalneto zużycie wynikające z porównania zastosowanych w danym przypadku zaprojektowanych i faktycznie wykonanych rozwiązań użytkowych do obecnie preferowanych (ocena nowoczesności), a także porównania wynikającego ze sposobu wykończenia i wyposażenia w urządzenia techniczne oraz również przeznaczenia utrudniającego lub umożliwiającego zmianę sposobu wykorzystania. Stopień zużycia funkcjonalnego określa się procentowo na podstawie oceny budynku uwzględniającej m.in.: postęp technologiczny w budownictwie, brak możliwości dostosowania budynku do aktualnych potrzeb oraz zmiany w preferencjach społecznych odnośnie do zapotrzebowania na określony typ budynków.
Zużycie środowiskowewynika z dokonanych lub planowanych zmian w otoczeniu budynku, powodujących uciążliwości w korzystaniu z tego budynku. Zużycie to może występować w budynku lub/i jego otoczeniu. Wpływać na nie może:
– hałas,
– wibracje,
– promieniowanie,
– zapachy, wyziewy,
– szkodniki biologiczne.
Fot. 5 Uszkodzenia i zawilgocenia płyt balkonowych oraz ścian piwnic
Wydaje się, że najlepszym i najbardziej obiektywnym sposobem służącym do optymalnej oceny stopnia zużycia technicznego budynków wielkopłytowych jest średnioważony stopień zużycia technicznego Sz wyrażony w procentach. Sposób ten polega na ustaleniu stopnia zużycia poszczególnych elementów budynku, a następnie na obliczeniu zintegrowanego współczynnika Sz. Współczynnik Sz określa wzór:
(1)
gdzie:
Ui – wartość i-tego elementu budynku odniesiona do wartości całego budynku (wartość względna elementu budynku), Sei – stopień zużycia i-tego elementu wyrażony w procentach, n – liczba ocenianych elementów budynku.
Wartości względne elementu budynku Ui (tzw. wagi) należy ustalić oddzielnie dla różnych budynków w ramach rozważanych systemów. Ustalenie stopnia zużycia elementu Sei powinno być domeną rzeczoznawców budowlanych i rezultatem oględzin, badań i pomiarów, czyli wynikać z dokonanej diagnostyki technicznej obiektu budowlanego. Bardzo pomocnym materiałem (źródłem) byłby specjalnie opracowany poradnik zawierający między innymi różne kryteria służące do bardziej obiektywnego określenia zużycia elementów rozważanego budynku.
Ostatecznie można dokonać następującej syntezy zaproponowanego wyżej sposobu oceny stanu techniczno-użytkowego budynku:
– I metoda – model dekompozycyjny wyróżniający trzy parametry, tj.:
Sz – stopień zużycia technicznego, %
Sf – stopień zużycia funkcjonalnego, %
Ss – stopień zużycia środowiskowego, %
– II metoda – model zintegrowany wyróżniający jeden parametr nazywany zintegrowanym stopniem charakteryzującym stan techniczno-użytkowy budynku lub parametrem opisującym względną wartość użytkową budynku:
S = wzSz + wfSf + wsSs (2)
gdzie wz, wf, ws oznaczają wagi odnoszące się odpowiednio do zużycia technicznego, zużycia funkcjonalnego i zużycia środowiskowego, przy czym
wz + wf + ws = 1 (3)
Niezależnie od przyjętej metody syntezy należy ustalić pewne wartości graniczne (Sz, Sf, Ss, S) oraz wagi (wz , wf , ws).
Rys. 5 Rysy w płytach ściennych spowodowane uszkodzeniami płyt w czasie produkcji lub transportu [2]: a) w narożu i nadprożu, b) rysa pionowa, c) rysa pozioma
O diagnostyce budynków wielkopłytowych
W trakcie normalnej eksploatacji budynków przeprowadza się zgodnie z obowiązującym prawem okresowe przeglądy oraz ocenę techniczną w przypadkach awarii, zagrożenia bezpieczeństwa, remontu, modernizacji itp. Przeprowadzoną diagnostykę budowlaną przedstawia się zwykle w postaci opracowania nazywanego ekspertyzą obiektu budowlanego. Na ogół ekspertyza budowlana powinna składać się z czterech podstawowych części:
1) określenia faktycznego stanu budynku, a więc jego wymiarów, właściwości zastosowanych materiałów, występujących zjawisk niekorzystnie wpływających na obiekt (zwłaszcza na konstrukcję), oraz stanu zachowania konstrukcji (odkształceń, zarysowań itp.);
2) określenia przyczyn występujących zjawisk na podstawie pomiarów, badań in situ, badań laboratoryjnych, analiz teoretycznych i symulacji obliczeniowych;
3) analizy konstrukcji obiektu;
4) określenia wniosków dotyczących bezpiecznego użytkowania, trwałości, niezawodności z jednoczesnym określeniem sposobu usunięcia wad, uszkodzeń, wykonania wzmocnień, modernizacji itp.
Ogólnie można stwierdzić, że diagnostyka budowlana oznacza rozpoznanie stanu technicznego obiektu budowlanego i jego tendencji rozwojowych (ewolucji) na podstawie stwierdzonych objawów (symptomów) i wiedzy odnoszącej się do ogólnych praw i zjawisk. Stosowane w diagnostyce technicznej metody badawcze można podzielić na:
– oględziny, pomiary i badania in situ niewymagające odkrywek itp.;
– badania laboratoryjne próbek pobranych z konstrukcji budynku, np. betonu, stali zbrojeniowej, termoizolacji;
– badania nieniszczące, np. dotyczące termoizolacyjności przegród (zwłaszcza ścian zewnętrznych), stanu złączy, destrukcji strukturalnej, poziomu zawilgocenia i zasolenia itd.
Biorąc pod uwagę fakt, że budynki wielkopłytowe są użytkowane, bardzo ważnym zadaniem jest, aby szczególnie intensywnie rozwijać i stosować metody nieniszczące. Ogólnie metody nieniszczące (nieinwazyjne) stosowane w budownictwie dzielimy na [5]: sklerometryczne, akustyczne, elektromagnetyczne, elektryczne, radiologiczne.
Do oceny wytrzymałości materiałów budowlanych wbudowanych w obiekt preferowane są metody sklerometryczne i akustyczne (np. do oceny wytrzymałości betonu). Do oceny wymiarów elementów oraz lokalizacji wad i uszkodzeń zalecane są metody akustyczne (ultradźwiękowa, echa, impast-echo, analiza spektralna fal powierzchniowych, impulse-response, radarowa, sejsmiczna, emisja akustyczna) i radiologiczne. Do ustalenia lokalizacji zbrojenia i określenia zaawansowania korozyjnego stosuje się metody elektromagnetyczne, radiologiczne i elektryczne. Wreszcie do pomiaru wilgotności stosuje się metody chemiczne i fizyczne. W stosunku do budynków wielkopłytowych wszystkie wymienione metody diagnostyczne wydają się być metodami optymalnymi, ale należy te metody specjalnie ukierunkować na problemy występujące w tego typu specyficznym budownictwie (np. opracować poradniki z procedurą prowadzenia badań i pomiarów, przykładową analizą ich rezultatów i wnioskowania).
Rys. 6 Rysy poziome w złączu poziomym między ścianą a stropem, spowodowane różnicą temperatur nad i pod stropem [2]: a) pod słabo ocieplonym stropodachem (wewnątrz pomieszczenia), b) na ścianie zewnętrznej, c) nad podłogą w budynku niepodpiwniczonym (wewnątrz pomieszczenia), d) na ścianie zewnętrznej (1 – rysa, A – ściana szczytowa, B – ściana podłużna)
Zakończenie
Specyfika konstrukcji budynków wielkopłytowych, jakość robót budowlanych, dyscyplina eksploatacyjna i konserwacyjna powodują, że budynki te nie są w najlepszym stanie technicznym. Obecnie istnieje poważny problem dotyczący diagnozowania tych obiektów oraz napraw, modernizacji i przystosowania do aktualnych standardów (rewitalizacja). W tym wszystkim należy dostrzegać w pierwszej kolejności bezpieczeństwo użytkowania budynków wielkopłytowych (bezpieczeństwo konstrukcji, użytkowania instalacji), trwałość, niezawodność oraz przystosowanie dla osób niepełnosprawnych. Należy również zwracać uwagę na obecnie obowiązujące standardy użytkowe (wielkość pomieszczeń, oświetlenie naturalne, wentylację itp.).
Biorąc powyższe pod uwagę, racjonalne wydaje się następujące postępowanie dotyczące budynków wielkopłytowych, które powinno być zadaniem dla władz centralnych (rządowych):
– opracowanie procedur diagnostycznych budynków wielkopłytowych z wykorzystaniem przede wszystkim metod nieniszczących;
– opracowanie procedury określania stopnia zużycia charakteryzującego stan techniczno-użytkowy oraz wskaźnika bezpieczeństwa i niezawodności konstrukcji;
– opracowanie systemów technologicznych wzmocnienia, napraw, modernizacji, renowacji i przebudowy (rewitalizacji);
– stworzenie systemu dotacji i preferencyjnego kredytowania rewitalizacji budynków (osiedli) wielkopłytowych.
Na tej podstawie można z powodzeniem podejmować racjonalne działania związane z konkretnym budynkiem wielkopłytowym lub osiedlami składającymi się z takich budynków, tj. opracowanie:
– ekspertyzy budowlanej na podstawie dokonanej diagnostyki technicznej oraz określenie skwantyfikowanego stopnia zużycia techniczno-użytkowego budynku;
– projektu naprawy, wzmocnienia, modernizacji, przebudowy (rewitalizacji).
dr inż. Justyna Sobczak-Piąstka
prof. dr hab. inż. Adam Podhorecki
Uniwersytet Technologiczno-Przyrodniczy im. Jana i Jędrzeja Śniadeckich w Bydgoszczy
Literatura
1. Z. Dzierżewicz, W. Staropolski, Systemy budownictwa wielkopłytowego w Polsce w latach 1970–1985. Przegląd rozwiązań materiałowych, technologicznych i konstrukcyjnych, Oficyna Wolters Kluwer Polska, Warszawa 2010.
2. B. Lewicki i inni, Budynki wznoszone metodami uprzemysłowionymi, Arkady, Warszawa 1979.
3. W. Runkiewicz, Błędy i uszkodzenia w budownictwie wielkopłytowym. Błędy i uszkodzenia budowlane oraz ich usuwanie, WEKA, Warszawa 2000.
4. T. Biliński, W. Gaczek, Systemy uprzemysłowionego budownictwa ogólnego, PWN, Warszawa 1982.
5. J. Hoła, K. Schabowicz, Nieniszcząca diagnostyka obiektów budowlanych. Przegląd wybranych najnowszych metod z przykładami zastosowań, 56. Konferencja Naukowa KILiW PAN oraz KN PZITB, Kielce-Krynica 2010.
6. A. Basista, Betonowe dziedzictwo. Architektura w Polsce czasów komunizmu, Wydawnictwo Naukowe PWN, Kraków 2001.
7. Dokumentacja konstrukcyjna systemu Wk-70, Centralny Ośrodek Badawczo–Projektowy Budownictwa Ogólnego, Warszawa 1980–1982.
8. H. Weigler, H.G.Schaefer, E. Hasse, Zur Tragfaehigkeit von Wand-Decken-Knoten im Grosstafelbau, Erschienen in: Schriftenreihe des Deutschen Ausschusses fuer Stahlbeton; Bau- und Wohnforschung, Fraunhofer IRB Verlag, 1980.
9. A. Mettke, Tagungsband Alte Platte – Neues Design – Die Platte lebt, Fachtagung am 16./17. 02.2005 an der BTU Cottbus 2005.
10. K. Adami, Beitrag zur physikalisch nichtlinearen Analyse von Aussteifungssystemen mit Methoden der mathematischen Optimierung, Dissertation, Bauhaus Universität Weimar 2004.
