Strona główna | TechnikaAwaria dachu żelbetowej prefabrykowanej hali magazynowej

Awaria dachu żelbetowej prefabrykowanej hali magazynowej

W artykule przedstawiono opis uszkodzeń układu konstrukcyjnego żelbetowej, prefabrykowanej hali magazynowej które powstały w wyniku zdarzenia losowego polegającego na uderzeniu wózkiem widłowym w jeden ze słupów wewnętrznych. W pracy poddano analizie wpływ deformacji fragmentu połaci dachowej na stan techniczny elementów konstrukcyjnych i wykończeniowych hali magazynowej jako całości. Zaproponowano koncepcje prac mających na celu usunięcie występujących uszkodzeń. 

Rys. 1. Schemat oraz zakres uszkodzeń układu konstrukcyjnego hali magazynowej: obszar: 1 – bezpośrednich  deformacji i pęknięć, 2 – wtórnych zarysowań 

Wstęp
Błędy projektowe i wykonawcze wpływają bezpośrednio na bezpieczeństwo konstrukcji i bezpieczeństwo użytkowania obiektów budowlanych,

w tym również hal magazynowych. Czynnikiem decydującym o okresie użytkowania obiektu budowlanego jest sposób jego eksploatacji [1–2]. Jednak bardzo często na dalszą możliwwość eksploatacji obiektów budowlanych, w tym również hal magazynowych decydujący wpływ mają inne uwarunkowania, takie jak np. zdarzenia losowe [3–6]. Przykładem takiego czynnika jest obciążenie akcydentalne w postaci uderzenia wókiem widłowym. Celem artykułu jest przedstawienie wpływu uszkodzenia połaci dachowej hali magazynowej na trwałość eksploatacyjną układu konstrukcyjnego. 

Dane ogólne
Stanowiąca przedmiot opracowania hala zrealizowana została w połowie lat 80. XX wieku, z przeznaczeniem do użytkowania jako obiekt magazynowy. Wykonana została jako jednokondygnacyjna, jednonawowa, czteroprzęsłowa, nie podpiwniczona, z rampą transportową wzdłuż ściany zewnętrznej podłużnej.

Układ konstrukcyjny stanowiły poprzeczne żelbetowe, prefabrykowane ramy rozmieszczone w rozstawie co 600 cm, rozstaw przęseł ram wynosił również 600 cm. W świetle osi konstrukcyjnych w rzucie poziomym hala magazynowa miała wymiary 8400 × 2400 cm.

Słupy żelbetowe, prefabrykowane wykonane zostały z elementów dwuteowych o wymiarach zewnętrznych 25 × 40 cm, rygle poziome wykonano z prefabrykatów o przekroju teowym o szerokości półki górnej 25 cm i szerokości środnika 8 cm. Przekrycie hali magazynowej wykonstruowano z zastosowaniem żelbetowych, żebrowych płyt prefabrykowanych typu panwiowego o wymiarach 150 × 600 cm.

W okresie minionym miało miejsce zdarzenie losowe, polegające na uszkodzeniu wewnętrznego słupa konstrukcyjnego w osiach 5–D. Uderzenie wózka widłowego miało miejsce wzdłuż osi D, od strony osi 6 w kierunku osi 4 (rys. 1).

Opis uszkodzeń hali
W poziomie dachu widoczne było zapadnięcie płyt panwiowych na obszarze odpowiadającym polu ograniczonemu osiami 4–6 oraz D–E (rys. 2a).

a)

b)

Rys. 2. Połać dachowa hali magazynowej: a) widok zapadnięcia pola ograniczonego osiami 4–6 oraz C–E, b) zbliżenie uszkodzenia pokrycia papowego

Wielkość obniżenia konstrukcji dachu wynosiła w środku zapadnięcia ok. 100 cm, a przybliżona średnica zapadnięcia wynosiła ok. 240 cm. Kąt pochylenia pobocznicy zapadliska wynosi w przybliżeniu ok. 400. 

W wyniku uszkodzenia płyt panwiowych pęknięciu uległo pokrycie z papy termozgrzewalnej (rys. 2b). Podczas opadów atmosferycznych poprzez pęknięcia pokrycia papowego penetrowała woda opadowa, powodując zamakanie posadzki wewnątrz hali.

W wyniku uderzenia dwuteowy słup żelbetowy, prefabrykowany uległ przesunięciu o ok. 50 cm w poziomie posadzki. Pomierzone odchylenie słupa od pionu wynosiło ok. 8° (rys. 3). Kierunek deformacji słupa wskazywał, że uderzenie wózka widłowego miało miejsce wzdłuż osi D, od strony osi 6 w kierunku osi 4 (rys. 4a). Uszkodzony słup nie uległ jakimkolwiek przemieszczeniom (widocznych gołym okiem) wzdłuż osi 5, pomiędzy osiami C–E (rys. 4b).

a)

b)

Rys. 4. Wychylenie z pionu słupa w osiach 5-D w hali magazynowej-przemieszczenie w poziomie posadzki wzdłuż osi D, od strony osi 6, w kierunku osi 4: a) widok, b) brak widocznego przemieszczenia w poziomie posadzki wzdłuż osi 5

W wyniku deformacji dachu nastąpiło przemieszczenie elementów prefabrykowanych opartych na głowicy słupa żelbetowego, prefabrykowanego (rys. 5). Przemieszczenie konstrukcji przekrycie spowodowało, że ścięciu uległa strefa podporowa dwuteownika prefabrykowanego (żelbetowego rygla) opartego na słupie w osiach 5–D, wzdłuż osi 5, pomiędzy osiami C–D.


Rys. 5. Ścięcie prefabrykatu ryglowego hali magazynowej (wzdłuż osi 5, pomiędzy osiami C–D) opartego na głowicy słupa (w osiach 5–D)

W wyniku przemieszczenia słupa i elementów przekrycia bezpośrednio nad nim powstało rozszczelnienie styków pomiędzy pozostałą częścią prefabrykatów dachowych. W widoku od spodu widoczne były zarysowania płyt panwiowych w osiach 4 oraz 6, pomiędzy osiami C–E. Zarysowaniu uległy również płyt panwiowe w polu ograniczonym osiami 6–7 oraz C–E, w szczególności w miejscu oparcia na ryglu w osi 6. 

Analiza stanu technicznego hali
Jako następstwo gwałtownej deformacji układu konstrukcyjnego ścięciu uległa strefa podporowa prefabrykowanego rygla dachowego w osi 5, pomiędzy osiami C–D, który zawisł na odchylonym od piony słupie w osiach 5–D (rys. 5). Widoczne na powierzchni uszkodzonego słupa zarysowania (występujące zarówno w płaszczyźnie środnika, jak również w płaszczyznach półek słupa dwuteowego, pochylone w stosunku do poziomu na wszystkich powierzchniach pod kątem 45°) świadczą o odspojeniu otuliny betonowej od prętów zbrojeniowych słupa (rys. 6).


Rys. 6. Zarysowania słupa w osiach 5–D w wyniku uderzenia wózkiem widłowym

Analizując rozwiązania konstrukcyjne hali magazynowej można sformułować tezę, że brak zaistnienia katastrofy postępującej po uderzeniu wózkiem widłowym w słup wewnętrzny w osiach 5–D był wynikiem zastosowania zbrojenia w pachwinie powyżej rygli prefabrykowanych w osi 5, w miejscu oparcia żelbetowych, żebrowych płyt prefabrykowanych typu panwiowego-zbrojenie to zadziałało jak cięgno zabezpieczając płyty dachowe.

Wykonstruowanie dylatacji poprzecznej układu konstrukcyjnego, pomiędzy osiami 8 i 8’ (rys. 1) ograniczyło przeniesienie się zniszczeń na część hali magazynowej obejmującą obszarze ograniczonym osiami 8’–15. 

Propozycja zakresu prac naprawczych
Uwzględniając uwarunkowania techniczno-ekonomiczne prace remontowo-naprawcze należało przeprowadzić w następującym zakresie:
  • na podstawie opracowanego projektu rozbiórki przeprowadzić rozbiórkę uszkodzonych elementów konstrukcyjnych Podczas prac projektowych szczególną uwagę należało zwrócić na następujące zagadnienia:
    • demontaż istniejących warstw stropodachu (pokrycia papowego wraz z warstwą dociskową z gładzi betonowej oraz elementami izolacji termicznej) na całej połaci dachowej,
    • rozbiórkę żelbetowych prefabrykowanych płyt przekrycia w obszarze ograniczonym osiami 4–6 oraz C–E z możłiwością rozszerzenia zakresu prac demontażowych o pole ograniczone osiami 6–7 oraz C–E,
    • demontaż uszkodzonych żelbetowych prefabrykowanych rygli dachowych w osi 5, pomiędzy osiami C–E,
    • rozbiórkę dwuteowego żelbetowego prefabrykowanego słupa w osiach 5–D,
    • rozbiórkę stopy fundamentowej pod słup w osiach 5–D,
  • na podstawie opracowanego projektu budowlanego odtworzyć uszkodzone elementy konstrukcyjne oraz wykończeniowe hali magazynowej. Podczas prac projektowych szczególną uwagę należało zwrócić na następujące zagadnienia (rys. 7):
    • wykonanie stopy fundamentowej pod słup w osiach 5–D,
    • odtworzenie słupa w osiach 5–D jako stalowego-wstępnie ze stalowej rury kwadratowej 120 × 120 × 5 mm,
    • odtworzenie rygli w osi 5, pomiędzy osiami C–E-wstępnie z dwuteowników stalowych I120 mm,
    • odtworzenie konstrukcji przekrycia z zastosowaniem blachy trapezowej jako szalunku traconego (bez obliczeniowego uwzględnienia nośności blachy jako elementu współpracującego z przekrojem żelbetowym nowoprojektowanej płyty dachowej) – wstępnie należy zastosować blachę trapezową T55. Odtworzenie konstrukcji przekrycia wymagało wykonania wzmocnienia istniejących rygli dachowych dla oparcia blachy trapezowej-wstępnie wzdłuż osi 4 i 6, pomiędzy osiami C–E z zetownika stalowego Z80 × 65 × 6 mm,
    • odtworzenie pokrycia dachowego na całej jego powierzchni dachu-należało zastosować następujący układ warstw-jednakowy na górnej powierzchni pozostawionych dachowych płyt panwiowych oraz nowowykonanych jako monolityczne płyt dachowych:
      • warstwa szczepna z mineralnej, modyfikowanej polimerami drobnoziarnistej zaprawy cementowej,
      • warstwa reprofilacyjna górnej powierzchni z mineralnej zaprawy szpachlowej typu PCC o właściwościach dostosowanych do wielkości ubytków,
      • powłokowa izolacja przeciwwodnej spełniająca role paroizolacji z półpłynnej folii izolacyjnej,
      • plyty polistyrenu ekspandowanego EPS120 o grubości 5 cm,
      • warstwy dociskowa z betonu klasy C20/25 (B20) o grubości 5 cm, dozbrojona przeciwskurczowo siatką z prętów ?3 mm o oczkach 15 × 15 cm2 lub wykonanej z zastosowaniem zbrojenia rozproszonego. Wykonana warstwa dociskowa powinna być zdylatowana w pola o powierzchni ≤10 m2 przy stosunku boków pól od 1:1 do 1:1.5, a szczeliny dylatacyjne powinny być wykonane poprzez nacięcie gładzi do głębokości min. 1/4 grubości. Powstałą szczelinę należało wypełnić materiałem trwale plastycznym,
      • warstwa impregnacyjna z szybkoschnącego asfaltowo-żywicznego roztworu gruntującego, modyfikowanego SBS-em,
      • pokrycie papowe w układzie 2 wartw papy termozgrzewlanej na welonie poliestrowym modyfikowanej SBS-em.
Wnioski
W wyniku uderzenia wózkiem widłowym dwuteowy, prefabrykowany słup żelbetowy uległ przesunięciu o ok. 50 cm w poziomie posadzki, co spowodowało jego odchylenie od pionu o ok. 8°. Jednocześnie nastąpiło zapadnięcie konstrukcji przekrycia hali magazynowej oraz dodatkowo wystąpiły uszkodzenia płyt prefabrykowanych przekrycia dachowego w pozostałej części dachu.  

W wyniku zdarzenia losowego hala magazynowa znajdowała się w stanie lokalnej awarii fragmentu układu konstrukcyjnego, z tendencją do wystąpienia katastrofy budowlanej o charakterze postępującym.


Rys. 7. Wstępny zakres prac remontowo-naprawczych układu konstrukcyjnego hali magazynowej

Bezpośrednią przyczyną braku zaistnienia katastrofy postępującej po uderzeniu wózkiem widłowym w słup wewnętrzny było zastosowanie zbrojenia w pachwinie powyżej rygli prefabrykowanych, w miejscu oparcia prefabrykowanych żelbetowych, żebrowych płyt typu panwiowego.

Ponieważ inicjacja katastrofy postępującej hali magazynowej mogła mieć miejsce w sposób gwałtowny w przypadku nawet nieznacznego zwiększenia obciążenia w poziomie konstrukcji przekrycia, np. po opadach śniegu lub w wyniku nieznacznej zmiany położenia uszkodzonego słupa wewnętrznego, który w wyniku uszkodzenia pracował jako zastrzał podtrzymujący rygiel dachowy, należało przystąpić do prac naprawczych konstrukcji przekrycia w trybie pilnym.

Literatura:
[1]  Baranowski W.: Zużycie obiektów budowlanych. Wydawnictwo Warszawskiego Centrum Postępu Techniczno-Organizacyjnego Budownictwa, Ośrodek Szkolenia WACETOB sp. z o.o., Warszawa, 2000.
[2]  Substyk M.: Utrzymanie i kontrola okresowa obiektów budowlanych. Wydawnictwo ODDK, Warszawa, 2012.
[3]  Szulc J., Nagórski T., Cholewicki A.: Projektowanie żelbetowych budynków szkieletowych w cel ograniczenia katastrofy postępującej. Wydawnictwo ITB, Warszawa, 2013.
[4]  Słowek G., Pikos M.: Naprawa stanu awaryjnego słupów żelbetowych spowodowanego błędami wykonawczymi. XXIV Konferencja Naukowo-Techniczna Awarie Budowlane 2009, Szczecin-Międzyzdroje, 801–808, 2009. 
[5]  Skwarek M., Hulimka J.: Błędy projektowe i wykonawcze przyczyną obniżenia sztywności konstrukcji hali. XXIV Konferencja Naukowo-Techniczna Awarie Budowlane 2009, Szczecin-Międzyzdroje, 587–594, 2009. 
[6]  Janowski Z., Koziński K., Janowski M.: Katastrofa żelbetowej prefabrykowanej hali produkcyjnej i jej odbudowa. XXVII Konferencja Naukowo-Techniczna Awarie Budowlane 2015, Szczecin-Międzyzdroje, 609–616, 2015. 
[7]  Bukowski B.: Morfologia rys w konstrukcjach betonowych i żelbetowych. Archiwum Inżynierii Lądowej, 3, 4, Warszawa 1957.



dr hab. inż. Maciej Niedostatkiewicz
Politechnika Gdańska
Wydział Inżynierii Lądowej
i Środowiska
Katedra Budownictwa i Inżynierii Materiałowej
Pracownia Projektowo-Inżynierska Maciej Niedostatkiewicz


Źródło: Dachy, nr 2 (194) 2016
DODAJ KOMENTARZ
Wymagane: Zaloguj się aby dodać komentarz > Zaloguj się
TEMAT MIESIĄCA
Pod własnym dachem

Kiedy dekarzem zostaje ktoś, kto od zawsze marzył o własnym domu, można się spodziewać, że gdy uda mu się zrealizować to marzenie, jego dach będzie dopieszczony w najdrobniejszych szczegółach. Jeśli dodatkowo człowiek ten jest pasjonatem swego fachu, jest prawie pewne, że będzie to dach niezwykły. Czytaj więcej