Inwestorzy coraz częściej wybierają rozwiązania projektowe pozwalające budować domy o charakterystyce energooszczędnej. Ciepła płyta fundamentowa doskonale wpisuje się w ten trend. Rozwiązanie to polega na wykonaniu fundamentu budynku w izolacji cieplnej ze styropianu.
Rys. 1. Forma styropianowa ze sklejonych płyt XPS i gotowa płyta fundamentowa
W niniejszym artykule zwrócono uwagę na problem nośności ścian murowanych wykonywanych na ciepłych, i nie tylko, płytach fundamentowych.
Projektowanie płyty fundamentowej – stosowane rozwiązania
Najczęściej płytę fundamentową przyjmuje się o stałej grubości pod całą powierzchnią najniższej kondygnacji budynku. Obrys zewnętrzny płyty może, ale nie musi pokrywać się z krawędzią zewnętrzną ścian – rys. 2.
Rys. 2. Ukształtowanie naroża płyty
Ze względu m.in. na dużo łatwiejsze kształtowanie izolacji cieplnej oraz hydroizolacji, wariant I jest przez inwestorów i wykonawców preferowany.
Oparcie ściany
W przeprowadzonej analizie komputerowej domu jednorodzinnego (rys. 3) o typowych dla tego konstrukcji obciążeniach wykazano, że przekazywanie sił pomiędzy płytą fundamentową a ścianą odbywa się mimośrodowo co nie jest korzystne dla nośności muru.
Rys. 3. Model obliczeniowy w programie Axis VM i rzeczywisty
W modelu przestrzennym budynku otrzymano siły wewnętrzne (pionowe) w ścianie zewnętrznej, które to następnie zadano w modelu stworzonym do analizy połączenia ściany z fundamentem – rys. 4.
Rys. 4. Rozkład siły pionowej w ścianie (średnio ≈63 kN/m) oraz model zaawansowany ograniczony do strefy oparcia ściany murowanej na fundamencie (obciążenie 63 kN/0,25 m = 252 kN/m)
Ścianę murowaną o gr. 25 cm (wykonaną z Porotherma Dryfix o module sprężystości E = 1500 MPa) połączono z fundamentem płytowym żelbetowym (C20/25 E = 30000 MPa) o gr. 25 cm elementami kontaktowymi nie przenoszącymi rozciągania. Na granicy obu materiałów traktowanych jako sprężystych założono warstwę zaprawy o gr. 1,5 cm (E = 6500 MPa). Sztywność podłoża Winklera wariantowano przyjmując 2000, 4000 i 6000 kN/m/m. Wyniki obliczeń zamieszczono na rys. 5.
Rys. 5. Rozkład siły pionowej (oraz wypadkowa) w strefie kontaktowej (od lewej dla podłoża o sztywności 2000, następnie 4000 i 6000 kN/m/m). Obliczenia wykonano w programie Axis VM
Z przeprowadzonej analizy wynika, że przekazanie obciążenia ze ściany na fundament następuje w sposób mimośrodowy a wypadkowa siły ściskającej znajduje się w odległości od 5 do 6 cm od wnętrza budynku.
Wyznaczone wartości mimośrodu siły wypadkowej były do siebie we wszystkich wariantach zbliżone i wyniosły odpowiednio dla podłoża najsłabszego 0,3 t i 0,26 t dla najmocniejszego (gdzie t oznacza grubość ściany).
Z uwagi na wartość średnich naprężeń pionowych ≈ 0,13 MPa na podstawie PN-B-03002-1999 wskazaną ścianę należy obliczać stosując model przegubowy. Obliczone w programie komputerowym mimośrody działania wypadkowej siły pionowej są zgodne z zaleceniem normowym przyjmowania w obliczeniach wartości 0,33t. W rozpatrywanym wypadku wytężenie rozpatrywanej ściany wg wskazanej normy wyniosło około 50%.
Jeżeli chcielibyśmy „odchudzić” konstrukcję poprzez usunięcie znajdującego się w pobliżu końca ściany trzpienia (rys. 6) siły w analizowanym murze wzrosłyby do wartości około 150 kN/m a wytężenie osiągnęłoby poziom 118%!
Rys. 6. Dodany trzpień żelbetowy 25 x 25 cm w ścianie
Przyjmując do obliczeń wariant II, w którym płyta fundamentowa wysunięta zostaje względem lica ściany o wartość 0,25 lub 0,5 m, to w obu tych przypadkach mimośrody przekazania obciążenia pomiędzy elementami maleją. Nie jest to jednak, jak mogłoby się wydawać, spadek znaczący – rys. 7.
Zastosowany zabieg wysunięcia fundamentu jest korzystny bo zwiększa obszar ściskania w murze a tym samym powoduje wzrost nośności ściany.
Wariant II kształtowania krawędzi fundamentu płytowego jest zatem rozwiązaniem korzystniejszym dla pracy ścian zewnętrznych.
Rys. 7. Płyta fundamentowa wyprowadzona poza lico ściany o 0,25 i 0,5 m (podłoże 2000 kN/m/m)
Podsumowanie
Podpieranie zewnętrznych ścian budynków fundamentem płytowym nie jest dla nich korzystne. Powoduje to to, że siły ściskające pomiędzy tymi elementami przekazują się w sposób mimośrodowy. Strefa ściskana w ścianie zostaje zredukowana co ma bezpośredni wpływ na jej nośność (znacząco, nawet kilkukrotnie ją zmniejsza).
Obciążenia w budynku jednorodzinnym pomimo tego, że są stosunkowo niewielkie to przyłożone niekorzystnie (np. tak jak w analizowanym przypadku – mimośrodowo) mogą doprowadzić do uszkodzeń a nawet zniszczeń głównych elementów konstrukcyjnych (w tym wypadku ścian murowanych).
Radosław Kupczyk
Politechnika Śląska w Gliwicach
Wydział Budownictwa
Katedra Konstrukcji Budowlanych
Sprawdź też:
- Hydroizolacja budynku posadowionego na skarpie. Płyta fundamentowa lub ławy
- Hydroizolacja fundamentów budynku posadowionego na skarpie. Ławy schodkowe
- Płyta fundamentowa w garażu – technologia, uszkodzenia
- Produkty budowlane
