Projektowanie ciepłej płyty fundamentowej – wybrane problemy

03.02.2021

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.

projektowanie płyty fundamentowej

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.

projektowanie płyty fundamentowej

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.

 

projektowanie płyty fundamentowej

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%!

 

projektowanie płyty fundamentowej

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.

 

projektowanie płyty fundamentowej

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:

www.facebook.com

www.piib.org.pl

www.kreatorbudownictwaroku.pl

www.izbudujemy.pl

Kanał na YouTube

Używamy cookies i podobnych technologii m.in. w celach: świadczenia usług, reklamy, statystyk. Korzystanie z witryny bez zmiany ustawień Twojej przeglądarki oznacza, że będą one umieszczane w Twoim urządzeniu końcowym. Pamiętaj, że zawsze możesz zmienić te ustawienia. Szczegóły znajdziesz w Polityce Prywatności.