Ściany trójwarstwowe w budynkach wielkopłytowych

W budynkach wielkopłytowych, w początkowym okresie ich wznoszenia, stosowano ściany zewnętrzne jednowarstwowe lub dwuwarstwowe, w których łączono beton zwykły z betonem lekkim (betonem komórkowym, keramzytobetonem). Po rozpoczęciu produkcji lekkich materiałów ocieplających na szeroką skalę rozpoczęto stosowanie ścian trójwarstwowych, umożliwiających spełnienie obowiązujących wówczas wymagań izolacyjności cieplnej, bez konieczności zwiększania grubości ścian.

fot. stock.adobe / ChemiQ

Budowa płyt trójwarstwowych

Płyty ścienne trójwarstwowe składają się z trzech warstw [2], [9]:

• fakturowej wykonanej z betonu zbrojonego o grubości 50 lub 60 mm, osłaniającej warstwę izolacji termicznej;
• izolacji termicznej z wełny mineralnej lub styropianu;
• konstrukcyjnej wykonanej z betonu zbrojonego o grubości od 80 do 150 mm.

Warstwa fakturowa była zbrojona, w celu zabezpieczenia jej przed skutkami skurczu betonu, siatką o oczkach nie większych niż 20 x 20 cm i ilości stali na metr kwadratowy płyty ok. 1 kg, co odpowiada siatce z drutów o średnicy 3 mm o oczkach 10 x 10 cm. W celu ochrony zbrojenia przed korozją stosowano otulinę o grubości 2,5 cm.

Na przyjętą grubość warstwy fakturowej wpływ miała także jej bezwładność cieplna (zminimalizowanie temperatury na powierzchni oraz średniej w warstwie przy bezpośrednim jej napromieniowaniu słonecznym).

Warstwy izolacji termicznej i warstwy fakturowe mocowano do warstw konstrukcyjnych za pomocą łączników stalowych, tzw. wieszaków, które zapewniały odpowiednią odkształcalność oraz wystarczającą nośność do przeniesienia sił występujących podczas produkcji, transportu i eksploatacji obiektu. Aby zapobiec unoszeniu się krawędzi warstwy fakturowej pod wpływem temperatury, jej krawędzie łączono z warstwą konstrukcyjną za pomocą łączników stalowych, tzw. szpilek.

Czytaj też: Wielka płyta – dostosowanie instalacji elektrycznych do współczesnych potrzeb i przepisów

Łączniki fakturowe ścian trójwarstwowych

Łączniki fakturowe (wieszaki i szpilki) zaprojektowano i przewidziano do realizacji z prętów ze stali odpornych na korozję, o odpowiednich właściwościach wytrzymałościowych, i o średnicach:

• wieszaki – 6 lub 8 mm (wyjątkowo dopuszczano 9 mm),
• szpilki – 3 lub 4,5 mm.

Wieszaki rozmieszczano w płycie w taki sposób, aby mogły zapewnić swobodę odkształceń warstwy fakturowej, wywołanych dużymi obciążeniami termicznymi.

Właściwą liczbę wieszaków ustalano obliczeniowo i przyjmowano nie mniej niż dwa wieszaki. W elementach z otworami okiennymi i drzwiowymi wieszaki umieszczano (rys. 1):

• w każdym polu (filarku) wydzielonym przez otwory okienne,
• w podokiennikach o długości przekraczającej 210 cm,
• w podokiennikach „wspornikowych” (występujących przy otworach drzwiowych) o wysięgu 120 cm.

Rys. 1. Zasady rozmieszczania wieszaków w płytach [5]

Przy produkcji prefabrykatów fakturą do dołu zalecano stosowanie dwóch wieszaków w obu typach podokienników. Wieszaki sytuowano pionowo i odpowiednio kotwiono. Kształt i sposób zakotwienia wieszaków pokazano na rys. 2.

Rys. 2. Kształt i sposób zakotwienia wieszaków w warstwie fakturowej: a) przy produkcji fakturą
do dołu, b) przy produkcji fakturą do góry [5]

W zależności od sposobu produkcji prefabrykatów stosowano dwa typy wieszaków, tj. dwugarbne – przy produkcji fakturą do dołu, oraz jednogarbne – przy produkcji fakturą do góry.

Szpilki rozmieszczano wzdłuż krawędzi płyty i krawędzi otworu w odstępach co 50-60 cm, przykład rozmieszczenia szpilek pokazano na rys. 3.

Rys. 3. Zasady rozmieszczania szpilek w płytach: a) bezotworowych, b) z otworem [5]

Część szpilki wbijana w dolną warstwę betonową była karbowana w celu zwiększenia jej przyczepności, minimalna głębokość zakotwienia wynosiła 6 cm, z tym że dopuszczano pod pewnymi warunkami możliwość 5-centymetrowego zakotwienia. Górną część szpilki kotwiono mechanicznie przez nawleczenie szpilki na pręty siatki zbrojeniowej. Sposób zakotwienia szpilek przedstawia rys. 4. Kształty i wymiary wieszaków oraz szpilek również byty zunifikowane (produkcję nadzorował „Metalplast”).

Rys. 4. Sposób kotwienia szpilek [5]

Nośność obliczeniowa wieszaków zależała od gatunku stali i wynosiła dla stali [5]:

• H13N4G9 – 19,2 kN,
• H17N4G9 – 17,3 kN,
• OH17N4G8 – 15,6 kN,
• OH18N9 – 11,4 kN.

Usterki występujące podczas montażu łączników fakturowych

Do najczęściej spotykanych usterek popełnianych podczas montażu łączników fakturowych można zaliczyć:

w przypadku wieszaków:

• niezamontowanie wieszaka (fizyczny jego brak),
• przesunięcie wieszaka z właściwego położenia,
• odchylenie płaszczyzny wieszaka od pionu, mostki termiczne występujące wokół wieszaka (rozsunięcie materiału izolacyjnego i wypełnienie go betonem),
• niewłaściwe otulenie betonem prętów kotwiących wieszak w warstwie fakturowej,
• niewłaściwe zakotwienie wieszaka;

w przypadku szpilek:

• niewłaściwe rozmieszczenie,
• odchylenie płaszczyzny szpilki od kierunku prostopadłego do płaszczyzny płyty,
• brak właściwego zakotwienia.

Polecamy też: Budynki z wielkiej płyty – stan złączy konstrukcyjnych i możliwości ich naprawy

Uszkodzenia płyt trójwarstwowych podczas eksploatacji budynków

W wyniku długotrwałej eksploatacji budynków wielkopłytowych, często bez przeprowadzania niezbędnych napraw i remontów, sporadycznie uwidaczniają się uszkodzenia elementów, w tym także warstw fakturowych ścian zewnętrznych [12]. Dokonywanie napraw powierzchni tych ścian wiąże się także z koniecznością docieplania budynków, wynikającą z zaostrzania przepisów związanych z oszczędnością energii [6].

Najsłabszym miejscem ścian trójwarstwowych w budynkach wzniesionych w technologiach wielkopłytowych jest połączenie warstwy fakturowej z warstwą nośną, na co wskazują autorzy wielu publikacji i badań [11], [13].Wieszaki utrzymujące warstwę fakturową usytuowane są tak, że po montażu elementu nie ma możliwości ich konserwacji, naprawy lub wymiany. W niesprzyjających warunkach atmosferycznych, a także w przypadku zawilgocenia izolacji termicznej stal ulega korozji sprzyjającej rozwojowi zjawisk elektrochemicznych. W miejscach ubytków lokalnych betonu inicjowane są procesy ługowania. Przy występowaniu nieszczelności warstwy fakturowej woda opadowa dostaje się do wnętrza ściany, przyspieszając procesy korozyjne, co jest szczególnie groźne w agresywnym środowisku w okręgach przemysłowych. Wyniki badań płyt, przeprowadzone przez różnych autorów, np. [1,7, 8, 10], potwierdzają występowanie błędów produkcyjnych i montażowych, jak na przykład stosowanie łączników z niewłaściwej klasy i rodzaju stali, a niekiedy przy stosowaniu stali nierdzewnej pręty miały parametry (skład chemiczny) niespełniające wymagań dotyczących odpowiedniej odporności na oddziaływanie czynników środowiskowych. Stwierdzano także błędy w rozmieszczeniu, liczbie i średnicach zastosowanych wieszaków. Wszystkie wymienione usterki mogą spowodować wystąpienie niekontrolowanego uszkodzenia płyt, polegającego na odpadnięciu z elewacji fragmentów warstw elewacyjnych.

Ocena i naprawa ścian trójwarstwowych w budownictwie wielkopłytowym

Zagrożenia bezpieczeństwa eksploatacji płyt mogą być spowodowane:

• spękaniami i zarysowaniami betonu warstwy elewacyjnej,
• nieprawidłowościami zbrojenia łączącego warstwę fakturową z warstwą nośną,
• zjawiskiem przemarzania powodującym zmiany parametrów wytrzymałościowych materiałów,
• niedostateczną wytrzymałością betonu.

Ocena powyższych przyczyn powoduje, że każda ekspertyza (ocena) ścian zewnętrznych nie dość, że będzie skomplikowana, wymagająca wykonania wielu odkrywek i badań betonu i stali – zawsze jednak będzie obarczona dużym stopniem niepewności. Wnioski z ekspertyzy będą wymagały późniejszych, cyklicznych potwierdzeń.

W przypadku przewidywanego docieplania budynku naprawa uszkodzeń ścian zewnętrznych powinna być przeprowadzana przed lub w trakcie robót związanych z termomodernizacją budynku. Należy przy tym pamiętać, że systemy ociepleniowe, nawet te tzw. lekkie, powodują zwiększenie obciążenia warstwy elewacyjnej ścian, a tym samym obciążenia łączników.

Dokonywanie termomodernizacji budynku bez przeprowadzenia wnikliwej oceny technicznej płyt warstwowych wraz ze szczególną oceną wieszaków elewacyjnych, a także bez ich wzmocnienia wielu autorów publikacji uważa za duży błąd, np. [8]. Autorzy ci stwierdzili, że racjonalnym rozwiązaniem problemu jest wzmocnienie zewnętrznych ścian budynków przed planowaną ich termomodernizacją lub w przypadku stwierdzenia bezpośredniego zagrożenia bezpieczeństwa konstrukcji budynków [3].

W tej sytuacji, ze względu na niepewność oceny bezpieczeństwa i trwałości połączeń warstwy elewacyjnej z warstwą nośną, profilaktycznie rekomenduje się wzmocnienie (faktycznie: odtworzenie) połączenia tych warstw przez wykonanie dodatkowego ich kotwienia za pomocą łączników mechanicznych lub kotew wklejanych (rys. 5) [10], [14].

Rys. 5. Wzmocnienie połączenia warstw ściany trójwarstwowej za pomocą łączników stalowych: a) z trzpieniem osadzonym „na sucho” w pasowanym otworze, b) z trzpieniem wklejanym w warstwie nośnej; 1 – warstwa konstrukcyjna ściany, 2 – izolacja termiczna, 3 – warstwa fakturowa, 4 – stalowy łącznik, 5 – kompozycja żywiczna, 6 – mimośrodowa nakładka [10]

Usytuowanie i liczbę dodatkowych łączników należy ustalić obliczeniowo przy założeniu, że łączniki te przeniosą wszystkie istniejące obciążenia działające na warstwę fakturową oraz od projektowanego systemu ocieplającego.

Literatura

1. J. Dębowski, Typowe uszkodzenia w budynkach wielkopłytowych, „Przegląd Budowlany” nr 10/2012.
2. Z. Dzierżewicz, W. Staropolski, Systemy budownictwa wielkopłytowego w Polsce w latach 1970-1985, Wolters Kluwer Polska, 2010 (wyd.1).
3. K. Konieczny, Dodatkowe połączenia warstwy fakturowej z warstwą konstrukcyjną wielkopłytowych ścian zewnętrznych, „Budynki wielkopłytowe – wymagania podstawowe”, 10. zeszyt 4, ITB, Warszawa 2002.
4. J. Krentowski, R. Tribiłło, Praktyczne aspekty wzmacniania zewnętrznych ścian warstwowych, „Inżynieria i Budownictwo” nr 1/2010.
5. A. Pogorzelski, Instrukcja wykonywania połączeń warstw w prefabrykowanych betonowych ścianach warstwowych dla budownictwa mieszkaniowego, COBPBO, Warszawa 1982.
6. Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 12. 12 kwietnia 2002 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (t.j. Dz.U. z 2015 r. poz. 1422 z późn. zm.). 
7. L. Runkiewicz, Uszkodzenia i zagrożenia budynków wielkopłytowych a potrzeby ich modernizacji i wzmacniania, „Poradnik inspektora nadzoru, kierownika budowy i inwestora” nr 3/2013, WACETOB.
8. K. Staszałek, Problemy wzmocnień wielkiej płyty przed termomodernizacją, „Inżynier Budownictwa” nr 1/2013.
9. Systemy budownictwa mieszkaniowego i ogólnego W-70, Szczecin, SBO, SBM-75,WUF-T, OWT-67, WWP Arkady, Warszawa 1974.

10. J. Szulc, Diagnozowanie techniczne budynków wzniesionych w technologiach uprzemysłowionych. Systemy wielkopłytowe. Ogólne wytyczne, ITB, Warszawa 2018.

11. Z. Ściślewski, I. Woyzbun, M. Wojtowicz, Badania i ocena betonowych płyt warstwowych w budynkach mieszkalnych, Instrukcja nr 360/99, ITB, Warszawa 1999.

12. T. Taczanowska, A. Ostańska, Dokładność realizacji a potrzeba modernizacji budynków wielkopłytowych, Medium, Warszawa 2012.

13. M. Wojtowicz, Możliwość awarii warstwowych ścian zewnętrznych budynków wielkopłytowych – problem realny czy sensacja medialna, XXV Konferencja Naukowo-Techniczna „Awarie budowlane”, Szczecin-Międzyzdroje 2011.

14. R. Zamorowska, J. Sieczkowski, Złożone systemy ocieplania ścian zewnętrznych budynków (ETICS) z zastosowaniem styropianu lub wełny mineralnej i wypraw tynkarskich, seria Warunki techniczne wykonania i odbioru robót budowlanych, zeszyt C8, ITB, Warszawa 2019.

dr inż. Jarosław Szulc

mgr inż. Jan Sieczkowski

Instytut Techniki Budowlanej, Warszawa

Czytaj: Bloki z wielkiej płyty – technologia i elementy konstrukcyjne